Команда ученых, используя космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб», исследовала состав льда на пяти крупнейших спутниках Урана и обнаружила, что вода на них содержит значительно больше тяжелого водорода (дейтерия), чем атмосфера самой планеты. По своему составу эта замороженная вода больше похожа на воду в кометах, чем на вещество родительской планеты.
Это свидетельствует о том, что спутники, вероятно, образовались во внешних областях Солнечной системы, а уже позже были захвачены гравитацией ледяного гиганта.
Загадка «лежачей» планеты и ее спутников
Спутники Урана обращаются почти в плоскости экватора планеты, хотя сам Уран лежит практически «на боку» — его ось вращения отклонена примерно на 98 градусов относительно плоскости орбиты.
Из-за этого астрономы уже десятилетиями спорят о происхождении спутников: сформировались ли они вместе с Ураном, возникли ли после гигантского столкновения, которое могло опрокинуть планету, или происходят из материала, захваченного из внешних областей Солнечной системы.
Чтобы проверить эти сценарии, астрономы проанализировали инфракрасные спектры пяти крупнейших спутников Урана — Миранды, Ариэля, Умбриэля, Титании и Оберона, полученные космическим телескопом «Джеймс Уэбб». В спектрах ученые искали признаки воды, содержащей тяжелый изотоп водорода — дейтерий (D).
Соотношение обычного водорода (H) и дейтерия является своеобразным «химическим отпечатком», который позволяет установить место формирования космических объектов.
Анализ показал, что среднее соотношение дейтерия к водороду во льду спутников почти в пять раз превышает значение, измеренное в атмосфере Урана. При этом полученные значения близки к тем, что ранее наблюдались у комет.
Кроме того, четыре внешних спутника имеют практически одинаковый изотопный состав воды, тогда как у Миранды содержание дейтерия несколько выше — следовательно, этот спутник мог иметь иную историю формирования, чем остальные.
Полученные результаты свидетельствуют, что во время формирования спутников их вещество почти не смешивалось с материалом самого Урана. Это делает маловероятными как модели совместного формирования из общего протопланетного облака, так и сценарий, согласно которому спутники образовались из диска вещества, возникшего после гигантского столкновения.
Вместо этого данные лучше согласуются со сценариями, в которых спутники сформировались из материала внешней Солнечной системы или из обломков более древней системы спутников.
Понимание истории Солнечной системы
Открытие имеет значение не только для понимания происхождения спутников Урана, но и для реконструкции процессов формирования планет-гигантов и их спутников в ранней Солнечной системе.
Если спутники Урана действительно сформировались из материала, захваченного извне, это указывает на то, что в ранней Солнечной системе происходили масштабные миграции вещества между внутренними и внешними областями.
Кроме того, высокое содержание дейтерия в кометах и спутниках Урана может указывать на общее происхождение этих объектов из холодных внешних регионов протопланетного диска, где вода конденсировалась при низких температурах и сохраняла высокое содержание тяжелого водорода.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Читайте также: Идут ли на Уране и Нептуне алмазные дожди?
