天王星的摇摆卫星可以帮助航天器寻找隐藏的海洋 _天王星

阿里埃勒是天王星的第四大卫星，被认为是由相等的岩石和冰组成的。得克萨斯大学地球物理研究所开发的一种新的计算机模型可用于探测Ariel冰面下的液态水海洋。来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室
据得克萨斯大学奥斯汀分校：1986年，当美国国家航空航天局的旅行者2号飞越天王星时，它拍摄到了被冰层覆盖的大型卫星的颗粒状照片。近40年后的今天，美国国家航空航天局计划向天王星发射另一艘宇宙飞船，这次是为了探测这些冰冷的卫星是否隐藏着液态水海洋。
该任务仍处于早期规划阶段。但德克萨斯大学地球物理研究所（UTIG）的研究人员正在为此做准备，他们正在构建一个新的计算机模型，该模型可以仅使用航天器的相机来探测冰层下的海洋。
这项研究很重要，因为科学家们不知道哪种海洋探测方法对天王星最有效。科学家们想知道那里是否有液态水，因为它是生命的关键成分。
新的计算机模型通过分析月球绕母行星旋转时的小振荡或摆动来工作。从那里，它可以计算出里面有多少水、冰和岩石。摆动较小意味着月球大部分是固体，而摆动较大意味着冰面漂浮在液态水海洋上。当与重力数据结合时，该模型可以计算海洋的深度以及上覆冰的厚度。
天王星和海王星属于一类被称为冰巨星的行星。天文学家在太阳系外探测到的冰巨星比任何其他类型的系外行星都多。UTIG行星科学家Doug Hemingway开发了该模型，他说，如果发现天王星的卫星有内部海洋，这可能意味着整个星系中存在大量潜在的生命世界。
他说：“在天王星的卫星内发现液态水海洋将改变我们对生命可能存在的可能性范围的思考。” 。
UTIG的研究发表在《地球物理研究快报》杂志上，将帮助任务科学家和工程师提高探测海洋的机会。UTIG是德克萨斯大学奥斯汀分校杰克逊地球科学学院的一个研究单位。
太阳系中的所有大卫星，包括天王星，都被潮汐锁定。这意味着引力与它们的自转相匹配，因此在它们绕轨道运行时，同一侧总是面向它们的母行星。然而，这并不意味着它们的自转是完全固定的，所有被潮汐锁定的卫星在绕轨道运行的过程中都会来回振荡。确定摆动的程度将是了解天王星的卫星是否包含海洋的关键，如果是这样，它们可能有多大。
内部有液态水海洋的月球会比那些一直是固体的月球摆动得更多。然而，即使是最大的海洋也只会产生轻微的摆动：月球在轨道上运行时，自转可能只会偏离几百英尺。
这仍然足以让经过的航天器探测到。事实上，这项技术以前曾被用来证实土星的卫星土卫二有一个内部全球海洋。
为了弄清楚同样的技术是否适用于天王星，海明威对天王星的五颗卫星进行了理论计算，并提出了一系列合理的方案。例如，如果天王星的卫星Ariel摆动300英尺，那么它很可能有一个100英里深的海洋，周围环绕着20英里厚的冰壳。
探测较小的海洋意味着航天器将不得不靠近或携带更强大的相机。但UTIG研究副教授Krista Soderlund表示，该模型为任务设计者提供了一个计算尺，让他们知道什么有效。
“这可能是发现海洋或发现我们到达时没有这种能力之间的区别， ”没有参与当前研究的Soderlund说。
Soderlund曾与美国国家航空航天局合作研究天王星任务概念。她也是美国国家航空航天局欧罗巴快船任务科学团队的一员，该任务最近发射并携带了UTIG开发的冰穿透雷达成像仪。
海明威说，下一步是将模型扩展到包括其他仪器的测量，以了解它们如何改善卫星内部的图像。
这篇期刊文章由加州大学圣克鲁斯分校的弗朗西斯·尼莫合著。