Webb detecteert koolstofoxiden op Uranus' maan Ariël die wijzen op de aanwezigheid van een verborgen oceaan

Het oppervlak van Ariël, de maan van Uranus, is bedekt met een grote hoeveelheid koolstofdioxide-ijs, vooral op de “achterste hemisfeer”, die altijd in de richting van de baanbeweging van de maan wijst. Dit feit is een verrassing omdat zelfs in de koude gebieden van het Uranussysteem – die twintig keer verder van de zon verwijderd zijn dan de aarde – koolstofdioxide gemakkelijk in een gas verandert en verloren gaat in de ruimte.

Wetenschappers hebben de hypothese geopperd dat iets koolstofdioxide aan het oppervlak van Ariël levert. Sommigen ondersteunen het idee dat interacties tussen het oppervlak van de maan en geladen deeltjes in de magnetosfeer van Uranus leiden tot de productie van koolstofdioxide via een proces dat radiolyse wordt genoemd, waarbij deeltjes worden afgebroken door ioniserende straling.

Maar een nieuwe studie die op 24 juli in de Astrophysical Journal Letters werd gepubliceerd, doet de weegschaal doorslaan ten gunste van een alternatieve theorie: dat kooldioxide en andere moleculen afkomstig zijn uit het binnenste van Ariël, en misschien zelfs uit een ondergrondse vloeibare oceaan.

Met behulp van NASA's James Webb-ruimtetelescoop om chemische spectra van de maan te verzamelen en deze vervolgens te vergelijken met spectra van chemische mengsels die in het laboratorium zijn gesimuleerd, ontdekte een onderzoeksteam onder leiding van Richard Cartwright van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland dat Ariël enkele van de rijkste afzettingen van koolstofdioxide in het zonnestelsel bevat, waar het ongeveer 10 millimeter dik of meer is op het achterste halfrond van de maan. Onder deze afzettingen bevond zich nog een raadselachtige ontdekking: de eerste duidelijke tekenen van kooldioxide.

“Zo hoort het niet te zijn. Je moet de temperatuur verlagen naar 30 Kelvin [minus 405 degrees Fahrenheit] ‘Voordat de koolmonoxide is neergedaald’, zegt Cartwright. Ondertussen is de gemiddelde oppervlaktetemperatuur van Ariël ongeveer 65 graden Fahrenheit. “Er bestaat geen twijfel over dat koolmonoxide actief moet worden aangevuld.”

Hij voegde eraan toe dat radiometrische analyse mogelijk verantwoordelijk is voor een deel van deze verjonging. Laboratoriumexperimenten hebben aangetoond dat stralingsbombardementen op waterijs vermengd met koolstofrijk materiaal kooldioxide en koolmonoxide kunnen produceren. Radiolyse zou dus een bron van herbevoorrading kunnen zijn en de rijke overvloed van beide moleculen op de achterste hemisfeer van Ariël kunnen verklaren.

Maar er blijven veel vragen over het magnetische veld van Uranus en de omvang van zijn interacties met de manen van de planeet. Zelfs tijdens de scheervlucht van Voyager 2 langs Uranus, ongeveer veertig jaar geleden, vermoedden wetenschappers dat dergelijke interacties beperkt zouden kunnen zijn, omdat de as van het magnetische veld van Uranus en het baanvlak van zijn manen ongeveer 58 graden van elkaar verwijderd zijn. Recente modellen hebben deze voorspelling ondersteund.

In plaats daarvan kan het grootste deel van de koolstofoxiden afkomstig zijn van chemische processen die plaatsvonden (of nog steeds plaatsvinden) in een waterige oceaan onder het ijskoude oppervlak van Ariël, en naar buiten sijpelen door scheuren in het ijskoude oppervlak van de maan of misschien zelfs door vulkanische pluimen.

Bovendien suggereren nieuwe spectroscopische waarnemingen dat het oppervlak van Ariël mogelijk ook carbonaatmineralen bevat: zouten die alleen kunnen worden geproduceerd door de reactie van vloeibaar water met gesteente.

“Als onze interpretatie van dit koolstofhoudende kenmerk correct is, is dit een zeer grote bevinding, omdat het betekent dat het zich binnenshuis moet hebben gevormd. Dit is iets dat we zeker moeten bevestigen, hetzij door toekomstige observaties, modellering of een combinatie van technieken,” zei Cartwright.

Omdat het oppervlak van Ariël bedekt was met scheurachtige valleien, kriskras door elkaar lopende groeven en zachte plekken waarvan werd aangenomen dat ze werden veroorzaakt door cryovulkanische lekkages, vermoedden onderzoekers al dat de maan actief was of nog steeds was. Een onderzoek uit 2023 onder leiding van Ian Cohen van het Applied Physics Laboratory suggereerde zelfs dat Ariël en/of zijn zustermaan Miranda materiaal naar de magnetosfeer van Uranus zouden kunnen uitzenden, misschien ook via pluimen.

“Al deze nieuwe inzichten onderstrepen hoe belangrijk het Uranus-systeem is,” zei Cohen. “Of het nu gaat om het ontsluiten van de sleutels tot de vorming van het zonnestelsel, het beter begrijpen van het complexe magnetische veld van de planeet, of het bepalen of deze manen potentiële oceaanwerelden zijn. Velen van ons zijn lid van de gemeenschap.” “Planetary Sciences kijkt echt uit naar een toekomstige missie om Uranus te verkennen.”

In 2023 heeft de planetaire wetenschapsgemeenschap via de Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey prioriteit gegeven aan de eerste speciale missie naar Uranus, waardoor de hoop is gewekt dat een wetenschappelijke reis naar de turquoise ijsreus in het verschiet ligt.

Cartwright ziet dit als een kans om waardevolle gegevens te verzamelen over de ijzige reuzenplaneten in het zonnestelsel en hun manen die mogelijk oceanen bevatten, die beide toepassingen hebben voor werelden die in andere sterrenstelsels worden ontdekt.

Maar het is ook een kans om eindelijk concrete antwoorden te krijgen die alleen kunnen worden verkregen door binnen het systeem te blijven. De meeste groeven die op het oppervlak van Ariël zijn waargenomen (waarvan wordt vermoed dat het interne openingen zijn) bevinden zich bijvoorbeeld aan de achterkant. Als kooldioxide en koolmonoxide op de een of andere manier door deze groeven lekken, kan dit een alternatieve verklaring bieden waarom ze zo overvloedig aanwezig zijn aan de achterkant van de ariël.

“Dit is een beetje overdreven, omdat we nog niet veel van het maanoppervlak hebben gezien,” waarschuwde Cartwright. Voyager 2 veroverde slechts ongeveer 35% van het oppervlak van Ariël tijdens zijn korte vlucht. ‘We zullen dit pas weten als er zorgvuldiger observaties zijn gedaan’, zei hij.

De James Webb-telescoop onthult kooldioxide-ijs, geconcentreerde kooldioxide-afzettingen en bewijs van carbonaten die waarschijnlijk afkomstig zijn uit Ariël.De Astrophysical Journal Letters (open toegang)

Astrobiologie