Долгое время астрономы сомневались в существовании жидкой воды на этом спутнике Урана: учитывая его диаметр в 471 километр и температуру поверхности, сопоставимую с температурой жидкого азота, Миранда представлялась слишком малым объектом для поддержания подледного океана в течение длительного периода.
Американские ученые провели детальный анализ изображений, полученных «Вояджером-2» в 1986 году во время его мимолета мимо Урана. На снимках, в частности, зафиксирована область Миранды, крупного спутника, расположенного ближе всего к Урану (расстояние между ними составляет 130 тысяч километров). Запечатлели лишь южную часть спутника, поскольку северное полушарие оказалось во власти зимы и находилось в тени.
Миранда относится к наиболее удаленным от Земли лунам в Солнечной системе. Находясь вместе с Ураном на расстоянии до трех миллиардов километров от Солнца – в 20 раз дальше, чем Земля – она подвержена экстремальным условиям. Температура её поверхности колеблется от минус 213 до минус 189 градусов Цельсия. В это время года даже азот замерзает, а летом может испаряться. Однако, учитывая небольшие размеры тела, содержание азота, вероятно, незначительно. По мнению ученых, поверхность Миранды сформирована водяным льдом, который, возможно, содержит примеси аммиака.
Самая необычная черта спутника – это его поверхность. Как правило, тела диаметром менее 500 километров характеризуются низкой геологической активностью из-за быстрого остывания. В результате на их поверхности формируется большое количество кратеров, образованных ударами астероидов. Однако на Миранде относительно небольшие участки с ровным ландшафтом, где неровности со временем сгладились, но кратеры всё же присутствуют. Большая часть площади этого спутника, составляющей 700 тысяч квадратных километров, занимает сложный рельеф: холмистые равнины, разломы, каньоны, крутые склоны и уступы. Также на Миранде обнаружены три весьма необычные кольцевые структуры, размер которых превышает 200 километров, что составляет значительную долю его поверхности.
Понятно, что формирование столь сложной поверхности не могло произойти без геологических процессов. Ранее считалось, что причиной послужил приливной нагрев, возникающий из-за взаимодействия Миранды с Ураном и другими его спутниками. Однако авторы недавнего научного исследования, опубликованной в журнале The Planetary Science Journal, мы продолжили работу и попытались создать компьютерное моделирование, которое бы генерировало изображение южного полушария Миранды, основываясь на наборе случайных параметров, соответствующих данным, полученным аппаратурой «Вояджера-2.
Моделирование привело к непротиворечивым результатам лишь в одном, довольно необычном сценарии. Сочетание сложных геологических особенностей поверхности оказалось согласовано только с наличием подповерхностного океана у Миранды. Результаты моделирования указывают на то, что такой океан мог сформироваться, если в прошлом у этого спутника существовал орбитальный резонанс с другим спутником Урана, например, с Ариэлем (диаметр превышает 1150 километров, что делает его значительно крупнее соседнего спутника). Орбита Ариэля располагается примерно на 60 тысяч километров дальше от Урана, чем орбита Миранды. Под орбитальным резонансом понимают ситуацию, когда периоды обращения двух или более небесных тел находятся в соотношении, например, один к двум (возможны и другие целые числа).
При орбитальном резонансе небесные тела в определенных точках своих орбит периодически оказываются в противостоящем положении. В результате этого сила гравитационного притяжения между ними испытывает резкие колебания, увеличиваясь в момент противостояния и уменьшаясь в другие моменты. Подобное явление оказывает двойственное влияние: оно стабилизирует орбиты, но также вызывает значительные деформации тел под воздействием приливных сил.
Для Миранды такая деформация вызывала значительное повышение температуры в ее внутренности. Согласно расчетам, глубина глобального подледного океана на ее поверхности достигала примерно 100 километров еще в период от 100 до 500 миллионов лет назад. В то же время, толщина ледяного покрова, покрывающего океан, не превышала 30 километров. Таким образом, относительно небольшой по размерам спутник обладал водоемом с объемом, значительно превосходящим объем крупнейших земных морей.
Несмотря на то, что орбитальный резонанс между Мирандой и другими спутниками Урана уже нарушен, океан на этом спутнике в основном оставался незамерзшим и в наше время. Если бы он все же замерз, расширение льда привело бы к образованию значительных трещин на поверхности, поскольку лед занимает больший объем, чем жидкая вода. Однако подобных разломов на Миранде не наблюдается.
В Солнечной системе на данный момент насчитывается не менее полутора десятков карликовых планет и спутников, где предполагается наличие подледных океанов. Ранее считалось, что подобные океаны могут существовать и у других спутников Урана, в том числе у Миранды, а также у более крупного Ариэля. На поверхности Ариэля зафиксированы признаки недавних криовулканических извержений. Кроме того, вероятность существования океанов рассматривается и для Титании и Оберона, являющихся двумя другими крупными спутниками Урана. Новое исследование, посвященное Миранде, указывает на то, что общее число подобных объектов в системе Урана составляет как минимум четыре.
Эти объекты представляют интерес для исследователей, поскольку подледный океан может обладать характеристиками, способствующими зарождению жизни. К примеру, на спутнике Сатурна Энцеладе из криовулканов извергается соленая вода, содержащая органические соединения. Предполагается, что подобная соленая вода, насыщенная органикой, послужила отправной точкой для возникновения жизни и на нашей планете.