Een nieuwe studie suggereert dat Uranusmaan Miranda een wateroceaan onder zijn oppervlak kan hebben, een bevinding die veel aannames over de geschiedenis en samenstelling van de maan in twijfel trekt en hem in het gezelschap kan plaatsen van de weinige werelden in ons zonnestelsel met mogelijk levensonderhoudende omgevingen. “Om bewijs te vinden van een oceaan in een klein object als Miranda is ongelooflijk verrassend,” zei Tom Nordheim, een planeetwetenschapper aan het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, en co-auteur van de studie gepubliceerd in The Planetary Science Journal.
“Het helpt bij het opbouwen van het verhaal dat sommige van deze manen bij Uranus echt interessant kunnen zijn, dat er mogelijk meerdere oceaanwerelden rond een van de meest afgelegen planeten in ons zonnestelsel zijn, wat zowel opwindend als bizar is.” Onder de manen in het zonnestelsel valt Miranda op. Op de weinige beelden die Voyager 2 in 1986 vastlegde, is te zien dat Miranda's zuidelijke halfrond (het enige deel dat we hebben gezien) een Frankenstein-achtige mengelmoes is van gegroefd terrein dat wordt afgebakend door ruwe littekens en kratergebieden, als vierkanten op een dekbed. De meeste onderzoekers vermoeden dat deze bizarre structuren het resultaat zijn van getijdenkrachten en verhitting binnenin de maan. Caleb Strom, een promovendus aan de Universiteit van North Dakota die samenwerkte met Nordheim en Alex Patthoff van het Planetary Science Institute in Arizona, onderzocht de Voyager 2-beelden opnieuw. Het team probeerde de raadselachtige geologie van Miranda te verklaren door de oppervlaktekenmerken terug te draaien en zo te achterhalen wat de inwendige structuur van de maan moet zijn geweest om de geologie van de maan te vormen als reactie op de getijden.
Nadat eerst de verschillende oppervlaktekenmerken zoals scheuren, ribbels en Miranda's unieke trapeziumvormige coronae in kaart waren gebracht, ontwikkelde het team een computermodel om verschillende mogelijke structuren van het inwendige van de maan te testen, waarbij de voorspelde spanningspatronen werden vergeleken met de werkelijke geologie van het oppervlak. De opstelling die de beste match tussen de voorspelde spanningspatronen en de waargenomen oppervlaktekenmerken opleverde, vereiste het bestaan van een enorme oceaan onder het ijzige oppervlak van Miranda zo'n 100-500 miljoen jaar geleden. Deze ondergrondse oceaan was volgens het onderzoek minstens 100 kilometer diep en verborgen onder een ijskorst van niet meer dan 30 kilometer dik. Aangezien Miranda een straal heeft van slechts 235 kilometer, zou de oceaan bijna de helft van het maanlichaam hebben gevuld. “Dat resultaat was een grote verrassing voor het team,” zei Strom.
De onderzoekers denken dat de getijdenkrachten tussen Miranda en nabijgelegen manen de sleutel waren tot het ontstaan van die oceaan. Deze regelmatige gravitatiekrachten kunnen worden versterkt door baanresonanties, een configuratie waarbij de periode van elke maan rond een planeet een exact geheel getal is van de perioden van de andere. Jupiters manen Io en Europa hebben bijvoorbeeld een 2:1 resonantie: Voor elke twee banen die Io om Jupiter maakt, maakt Europa er precies één, wat leidt tot getijdenkrachten waarvan bekend is dat ze een oceaan onder het oppervlak van Europa in stand houden. Deze baanconfiguraties en de resulterende getijdenkrachten vervormen de manen als rubberen ballen, wat leidt tot wrijving en hitte die het binnenste warm houdt. Hierdoor ontstaan ook spanningen die het oppervlak doen barsten, waardoor een rijke schakering aan geologische kenmerken ontstaat. Numerieke simulaties suggereren dat Miranda en haar buurmanen in het verleden waarschijnlijk zo'n resonantie hadden. Dit biedt een potentieel mechanisme dat het inwendige van Miranda kan hebben verwarmd om een oceaan aan de oppervlakte te produceren en te behouden.
Op een bepaald moment desynchroniseerde het baanballet van de manen, waardoor het opwarmingsproces vertraagde en het binnenste van de maan begon af te koelen en te stollen. Maar het team denkt niet dat het binnenste van Miranda al volledig bevroren is. Als de oceaan volledig bevroren zou zijn, legde Nordheim uit, dan zou hij zijn uitgezet en bepaalde opvallende scheuren op het oppervlak hebben veroorzaakt, maar die zijn er niet. Dit suggereert dat Miranda nog steeds aan het afkoelen is en misschien zelfs nu nog een oceaan onder het oppervlak heeft. De huidige oceaan van Miranda is waarschijnlijk relatief dun, aldus Strom. “Maar de suggestie van een oceaan in een van de meest afgelegen manen in het zonnestelsel is opmerkelijk,” zei hij. Er werd niet voorspeld dat Miranda een oceaan zou hebben. Vanwege haar geringe grootte en hoge leeftijd dachten wetenschappers dat ze waarschijnlijk een bevroren bol ijs zou zijn. Men ging ervan uit dat de warmte die overbleef bij de vorming al lang geleden was verdwenen. Maar Patthoff wees erop dat voorspellingen over ijsmanen fout kunnen zijn, zoals blijkt uit Saturnus' maan Enceladus.
Voordat het Cassini-ruimtevaartuig in 2004 arriveerde, dachten veel wetenschappers dat Enceladus een bevroren bal van ijs en rots was. Maar in werkelijkheid herbergde het een wereldoceaan en actieve geologische processen. “Weinig wetenschappers hadden verwacht dat Enceladus geologisch actief zou zijn,” zei Patthoff. “Maar op dit moment schiet er waterdamp en ijs uit het zuidelijk halfrond.” Enceladus is nu een belangrijk doelwit in de zoektocht naar leven buiten de aarde. Miranda zou een vergelijkbaar geval kunnen zijn. Miranda is qua grootte en samenstelling vergelijkbaar met Enceladus en volgens een onderzoek uit 2023 onder leiding van Ian Cohen van APL zou Miranda actief materiaal de ruimte in schieten. Als het een oceaan heeft (of zelfs heeft gehad), zou het een toekomstig doelwit kunnen zijn om bewoonbaarheid en leven te bestuderen. Nordheim waarschuwt echter dat we nog te veel niet weten over Miranda en de Uraanse manen om te speculeren over het bestaan van leven. “We weten pas zeker of er een oceaan is als we teruggaan en meer gegevens verzamelen”, zegt hij. “We halen het laatste beetje wetenschap dat we kunnen uit de beelden van Voyager 2. Voorlopig zijn we enthousiast over de foto's van de maan. Voor nu zijn we enthousiast over de mogelijkheden en staan we te popelen om terug te keren om Uranus en zijn mogelijke oceaanmanen grondig te bestuderen.”
De geheimen van de ijzige manen van Uranus onthuld
De ijzige manen van Uranus hebben wetenschappers gefascineerd sinds Voyager 2 er prachtige beelden en waardevolle gegevens over vastlegde tijdens zijn korte flyby in 1986. Dit nieuwste onderzoek, geleid door Caleb Strom en Tom Nordheim van APL, maakt deel uit van een bredere inspanning bij APL om de geheimen van deze mysterieuze manen en de ongewone planeet waar ze omheen draaien, te ontrafelen:
- 2023: Een team onder leiding van Ian Cohen van APL analyseerde opnieuw deeltjes- en magnetische gegevens van Voyager 2's flyby en ontdekte dat Uranus' manen Ariel en Miranda mogelijk beide materiaal afgeven aan de ruimteomgeving rond Uranus, mogelijk via pluimen.
- 2024: Richard Cartwright van APL gebruikte waarnemingen van Ariel, de maan van Uranus, door de James Webb ruimtetelescoop van NASA om te concluderen dat de maan mogelijk een oceaan onder het oppervlak heeft die de afzettingen van kooldioxide-ijs aan het oppervlak aanvult - een onderwerp dat hij presenteerde op de recente bijeenkomst van de American Astronomical Society.
Bron: Phys.org/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory
