Ультрамощный телескоп Уэбб разгадал тайну спутников Урана, мучившую ученых 40 лет

Четыре десятилетия назад межпланетная станция «Вояджер-2» передала на Землю детальные снимки ледяных лун Урана — Ариэля, Умбриэля, Титании и Оберона, запечатлев на них разветвленные каньоны, гладкие равнины и возможные следы криовулканической активности. Тем не менее, бортовое оборудование аппарата не позволяло исследовать химический состав поверхности. Наземные обсерватории годами безуспешно пытались определить состав этих небесных тел, поскольку плотная атмосфера Земли полностью поглощает критически важный спектральный диапазон углекислого газа.

Новейший спектрограф космической обсерватории «Джеймс Уэбб» (JWST) впервые сумел преодолеть эти барьеры, пролив свет на истинную природу происхождения CO₂ на уранских спутниках.

Исследовательская группа из Университета Джонса Хопкинса детально изучила данные JWST, полученные в сентябре 2023 года по отдельности для ведущих (обращенных вперед по орбите) и ведомых полушарий каждого спутника. Выяснилось, что концентрация углекислого газа максимальна на ведомых сторонах, которые подвергаются интенсивному бомбардированию заряженными частицами из уранской магнитосферы. Потоки электронов, протонов и тяжелых ионов разрушают водяной лед и углеродные соединения реголита, инициируя радиолитический синтез CO₂. Примечательно, что внутренние спутники Ариэль и Умбриэль продемонстрировали значительно большую насыщенность углекислотой по сравнению с удаленными Титанией и Обероном.

Тем не менее, телескоп «Джеймс Уэбб» зафиксировал феномены, недоступные наземным приборам. На ведущих полушариях всех четырех лун, где воздействие радиации минимально, была уверенно зарегистрирована та самая неуловимая полоса на длине волны 4,27 микрометра. Более того, в спектральных характеристиках Ариэля и Умбриэля проступили четкие линии кристаллического CO₂, характерные исключительно для мощных ледяных отложений, а также широкий пик на отметке 4,02 микрометра, указывающий на карбонатные минералы, подобные тем, что фиксировались на Церере и каллистоанском спутнике Юпитера. Подобные карбонаты возникают в результате реакций углекислого газа с силикатными породами в присутствии жидкой воды. Дополнительно спектрометр обнаружил на Ариэле и Умбриэле следы клатратов CO₂ — соединений включения, где молекулы газа заключены в кристаллическую решетку льда, что типично для условий высокого давления в глубинных недрах.

Полученные данные складываются в целостную картину геологических процессов: тонкая пленка мелкодисперсного инея CO₂ покрывает массивный базис из крупнозернистого льда с включениями клатратов. Часть углекислоты мигрирует по поверхности под влиянием сезонного прогрева, оседая в криогенных ловушках экваториальных регионов. Главным же открытием стало понимание того, что радиолиз не способен полностью объяснить наблюдаемые объемы газа. Присутствие карбонатов и клатратов, не привязанных исключительно к ведомым полушариям, указывает на существование второго источника — непрерывного выхода летучих соединений из недр спутниковых тел.

Если эта гипотеза верна, то в прошлом недра Ариэля и Умбриэля обладали запасами жидкой воды, следовательно, в системе Урана могли складываться благоприятные предпосылки для пребиотической эволюции. Поставить точку в этом вопросе сможет лишь специализированная космическая миссия, оснащенная инфракрасным картографом и масс-спектрометром, однако до ее реализации именно открытия телескопа «Джеймс Уэбб» служат основой для понимания этих уникальных миров.

Источник: iXBT