Het oppervlak van Uranus' maan Ariel is bedekt met een aanzienlijke hoeveelheid kooldioxide-ijs, vooral op het “achterste halfrond” dat altijd van de baanrichting van de maan af wijst. Dit is een verrassend feit, want zelfs in de frigide uithoeken van het Uranische stelsel, 20 keer verder van de zon dan de aarde, verandert kooldioxide gemakkelijk in gas en gaat het verloren in de ruimte. Wetenschappers hebben getheoretiseerd dat er iets is dat kooldioxide naar het oppervlak van Ariel voert.
Sommigen zijn voorstander van het idee dat de wisselwerking tussen het maanoppervlak en geladen deeltjes in de magnetosfeer van Uranus kooldioxide creëert via een proces dat radiolyse wordt genoemd, waarbij moleculen worden afgebroken door ioniserende straling. Maar een nieuwe studie, gepubliceerd op 24 juli in The Astrophysical Journal Letters, laat de weegschaal doorslaan ten gunste van een alternatieve theorie, namelijk dat kooldioxide en andere moleculen uit het binnenste van Ariel komen, mogelijk zelfs uit een ondergrondse vloeibare oceaan. Met behulp van NASA's James Webb Space Telescope om chemische spectra van de maan te verzamelen en deze vervolgens te vergelijken met spectra van gesimuleerde chemische mengsels in het lab, heeft een onderzoeksteam onder leiding van Richard Cartwright van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, ontdekt dat Ariel enkele van de meest kooldioxiderijke afzettingen in het zonnestelsel heeft, met een geschatte dikte van 10 millimeter of meer op het achterste halfrond van de maan. Onder deze afzettingen bevond zich nog een andere raadselachtige vondst: de eerste duidelijke signalen van koolmonoxide. “Het zou er gewoon niet moeten zijn. Je moet 30 Kelvin bereiken voordat koolmonoxide stabiel is,” zei Cartwright. De oppervlaktetemperatuur van Ariel is gemiddeld ongeveer 65 graden warmer. “De koolmonoxide zou actief moeten worden aangevuld, zonder twijfel.”
Radiolyse zou nog steeds verantwoordelijk kunnen zijn voor een deel van die aanvulling, voegde hij eraan toe. Laboratoriumexperimenten hebben aangetoond dat stralingsbombardementen op waterijs gemengd met koolstofrijk materiaal zowel kooldioxide als koolmonoxide kunnen produceren. Radiolyse kan dus een herbevoorradingsbron zijn en de rijke overvloed aan beide moleculen op het achterste halfrond van Ariel verklaren. Maar er blijven nog veel vragen over de Uraanse magnetosfeer en de mate van interactie met de manen van de planeet. Zelfs toen Voyager 2 bijna 40 jaar geleden langs Uranus vloog, vermoedden wetenschappers al dat zulke interacties beperkt zouden zijn omdat de magnetische veldas van Uranus en het baanvlak van zijn manen ongeveer 58 graden uit elkaar liggen. Recente modellen ondersteunen die voorspelling. In plaats daarvan kan het grootste deel van de koolstofoxiden afkomstig zijn van chemische processen die plaatsvonden (of nog steeds plaatsvinden) in een wateroceaan onder het ijzige oppervlak van Ariel, die ontsnapt via scheuren in de ijzige buitenkant van de maan of mogelijk zelfs via eruptieve pluimen.
Bovendien wijzen de nieuwe spectrale waarnemingen erop dat het oppervlak van Ariel mogelijk ook carbonaatmineralen bevat - zouten die alleen kunnen ontstaan door de interactie van vloeibaar water met rotsen. “Als onze interpretatie van dat carbonaatelement juist is, dan is dat een belangrijk resultaat omdat het betekent dat het in het binnenste van de aarde gevormd moet zijn”, aldus Cartwright. “Dat is iets wat we absoluut moeten bevestigen, hetzij door toekomstige waarnemingen, modellering of een combinatie van technieken.” Omdat het oppervlak van Ariel bedekt is met gashoudende ravijnen, kriskras door elkaar lopende groeven en gladde plekken die vermoedelijk afkomstig zijn van cryovolcanische lekkages, hebben onderzoekers al vermoed dat de maan actief was of nog steeds kan zijn. Een studie uit 2023 onder leiding van Ian Cohen van APL suggereerde zelfs dat Ariel en/of haar zustermaan Miranda materiaal zouden kunnen uitstoten in de magnetosfeer van Uranus, mogelijk ook via pluimen.
“Al deze nieuwe inzichten onderstrepen hoe fascinerend het Uranische systeem is”, aldus Cohen. “Of het nu gaat om het ontsluiten van de sleutels tot de vorming van het zonnestelsel, het beter begrijpen van de complexe magnetosfeer van de planeet of het bepalen of deze manen potentiële oceaanwerelden zijn, velen van ons in de planetaire wetenschapsgemeenschap kijken echt uit naar een toekomstige missie om Uranus te verkennen.” In 2023 gaf de planetaire wetenschap prioriteit aan de eerste speciale missie naar Uranus in het kader van het decadale onderzoek naar planetaire wetenschap en astrobiologie, waardoor de hoop werd gewekt dat een wetenschappelijke reis naar de turkooizen ijsreus in het verschiet ligt. Cartwright ziet dat als een kans om waardevolle gegevens te verzamelen over de ijsreuzen van het zonnestelsel en hun mogelijk oceaanbevattende manen, die beide van toepassing zijn op de werelden die in andere sterrenstelsels worden ontdekt.
Maar het is ook een kans om eindelijk concrete antwoorden te krijgen die alleen mogelijk zijn door in het systeem te zitten. De meeste groeven die bij Ariel zijn waargenomen - vermoedelijke openingen naar binnen - bevinden zich bijvoorbeeld aan de achterkant. Als er op de een of andere manier kooldioxide en koolmonoxide door die groeven lekt, zou dat een alternatieve verklaring kunnen zijn voor het feit dat die stoffen zoveel talrijker zijn aan de achterkant van Ariel. “Het is een beetje vergezocht omdat we nog niet veel van het maanoppervlak hebben gezien,” waarschuwde Cartwright. Voyager 2 legde slechts ongeveer 35% van het oppervlak van Ariel vast tijdens zijn korte flyby. “We zullen het pas weten als we meer gerichte waarnemingen doen,” zei hij.
Bron: Phys.org
