木星和土星系統中的幾顆冰衛星似乎擁有內部液態水海洋。我們對天王星衛星的了解較為有限，但未來對天王星系統的探索有可能探測到地下海洋。為此進行規劃需要了解衛星的內部結構（有或沒有海洋）與可觀測量的關係。德克薩斯大學地球物理研究所和加州大學聖克魯斯分校的新研究表明，它們旋轉狀態的某些方面可以診斷天王星衛星（例如米蘭達、阿里爾和烏姆布里爾）內是否存在內部液態水海洋，並將其與重力場測量相結合可以對天王星衛星的內部結構和歷史提供全面的約束。
天王星的四個主要衛星中可能存在海洋層：Ariel、Umbriel、Titania 和 Oberon；鹹海洋位於冰下、富含水的岩石和乾燥岩石層之上；米蘭達太小，無法為海洋層保留足夠的熱量。圖片來源：NASA / JPL-Caltech。
1986 年，當 NASA 的航行者 2 號飛越天王星時，它拍攝到了大型冰雪覆蓋衛星的顆粒狀照片。
現在，美國宇航局計劃向天王星發射另一艘航天器，這一次的裝備是為了看看這些冰冷的衛星是否隱藏著液態水海洋。
該任務仍處於早期規劃階段，但行星研究人員正在為此做準備，他們正在構建一種新的計算機模型，該模型可用於僅使用航天器的相機來探測冰下的海洋。
他們的計算機模型的工作原理是分析月球繞其母行星旋轉時的微小振盪或擺動。
從那裡它可以計算出裡面有多少水、冰和岩石。較少的擺動意味著月球大部分是固體，而較大的擺動意味著冰冷的表面漂浮在液態水海洋上。
當與重力數據相結合時，該模型可以計算海洋的深度以及上覆冰的厚度。
德克薩斯大學地球物理研究所的行星科學家道格·海明威博士說：“如果發現天王星的衛星有內部海洋，這可能意味著我們的銀河系中存在大量潛在的生命棲息地。”
“在天王星衛星內發現液態水海洋將改變我們對生命可能存在的可能性範圍的看法。”
太陽系中的所有大型衛星，包括天王星衛星，都被潮汐鎖定。
這意味著重力與它們的自轉相匹配，因此當它們繞軌道運行時，同一面始終面向它們的母行星。
然而，這並不意味著它們的自轉是完全固定的，所有潮汐鎖定的衛星在繞軌道運行時都會來回振盪。
確定擺動的程度對於了解天王星的衛星是否包含海洋以及如果存在的話海洋有多大至關重要。
內部有液態水海洋晃動的衛星比那些完全是固體的衛星搖擺得更厲害。然而，即使是最大的海洋也只會產生輕微的晃動：月球在其軌道上運行時，其自轉可能只會偏離幾百英尺。
這仍然足以讓經過的航天器探測到。事實上，該技術之前曾被用來確認土星的衛星土衛二擁有內部全球海洋。
為了弄清楚同樣的技術是否適用於天王星，海明威博士和他的同事、加州大學聖克魯斯分校的弗朗西斯·尼莫博士對天王星的五顆衛星進行了理論計算，並提出了一系列看似合理的情景。
探測較小的海洋意味著航天器必須靠近或配備更強大的相機。
海明威博士說：“下一步是擴展模型，將其他儀器的測量納入其中，看看它們如何改善衛星內部的圖像。”
團隊的工作發表在雜誌上地球物理研究通訊.
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DJ海明威和 F.尼莫。 2024 年。利用天王星衛星的天平動和重力尋找地下海洋。地球物理研究通訊51（18）：e2024GL110409；編號：10.1029/2024GL110409
本文是德克薩斯大學提供的新聞稿的一個版本。
