Астрономы долго сомневались в возможности наличия жидкой воды на спутнике Урана. С диаметром всего 471 километр и температурой поверхности, соответствующей жидкому азоту, Миранда казалась слишком маленькой для сохранения подледного океана.
В 1986 году «Вояджер-2», пролетая мимо Урана, сделал снимки, которые американские исследователи изучили подробно. На фото запечатлена часть Миранды — ближайшего к Урану крупного спутника (расстояние до планеты составляет 130 тысяч километров). Тогда удалось сфотографировать только южное полушарие, так как северное было в зимней темноте.
Миранда — одна из самых отдалённых от Земли лун Солнечной системы. Вместе с Ураном она удаляется от Солнца на расстояние до трёх миллиардов километров, что в 20 раз больше расстояния от Земли до Солнца. Температура поверхности этого спутника Урана — от минус 213 до минус 189 градусов Цельсия. Во время местной зимы твердым становится даже азот, а летом он может испаряться. Впрочем, вряд ли азота на таком малом теле сколько-нибудь значимое количество. Считается, что поверхность Миранды состоит из водяного льда, возможно, с примесями аммиака.
Поверхность спутника — самое примечательное в нём. Обычно тело диаметром менее 500 километров почти лишен геологической активности из-за быстрого охлаждения. После этого поверхность покрывается кратерами от астероидов. На Миранде относительно плоских участков немного: старый ландшафт, все неровности со временем сгладились, но есть кратеры. Большая часть семисот тысяч квадратных километров спутника покрыта сложным рельефом: холмистые равнины, разломы, каньоны, крутые склоны и уступы. Также известны три необычных кольцевых области размером более 200 километров, покрывающие большую часть спутника.
Поверхность столь сложной структуры могло сформироваться только благодаря геологической активности. Ее возникновение связывали с тепловым воздействием приливов из-за взаимодействия Миранды с Ураном и его спутниками. опубликованной в журнале The Planetary Science JournalИ продолжив исследование, постарались создать компьютерную модель, которая бы по ряду случайных значений точно повторяла изображение южного полушария планеты Миранда, зарегистрированное «Вояджер-2».
Моделирование дало непротиворечивые результаты только при одном сценарии: наличии у Миранды подповерхностного океана. Это обусловлено сложными геологическими особенностями поверхности спутника. Моделирование показало, что океан мог образоваться только в случае орбитального резонанса с другим спутником Урана, например Ариэлем. Диаметр Ариэля (более 1150 километров) намного превышает размер Миранды. Орбита Ариэля находится примерно на 60 тысяч километров дальше от Урана, чем орбита Миранды.
При орбитальном резонансе в определённых точках орбит небесные тела регулярно оказываются друг против друга. В результате сила гравитации между ними то резко увеличивается (в момент противостояния), то резко уменьшается. Это с одной стороны стабилизирует их траектории, с другой — серьёзно деформирует оба тела приливными взаимодействиями.
Деформация Миранды приводила к серьезному нагреву ее внутренних слоев. Расчёты показывают, что глубина её подледного океана составляла около 100 километров ещё 100-500 миллионов лет назад. Толщина ледяной коры над этим океаном не превышала 30 километров. Несмотря на небольшой объём спутника, водоем имел больший общий объем, чем самый большой из земных морей.
Этот океан в основном не замерз даже в наше время, когда орбитальный резонанс у Миранды и других спутников Урана уже нарушен. Замерзание привело бы к появлению серьезных трещин на поверхности спутника из-за расширения льда, ведь лед по объему больше жидкой воды. На Миранде таких трещин нет.
В Солнечной системе насчитывается не менее полтора десятка карликовых планет и спутников с предполагаемыми подледными океанами. Среди спутников Урана и до Миранды были известны другие объекты с подобными океанами, например, значительно более крупный Ариэль. На его поверхности обнаружились следы геологически недавних извержений криовулканов. Кроме того, в глубинах Титании и Оберона, двух других крупных спутников Урана, также предполагается наличие океанов. Новое исследование, посвященное Миранде, указывает на то, что таких тел в системе Урана как минимум четыре.
Такие образования интересуют ученых тем, что под ледяными покровами могут существовать благоприятные для жизни условия. Например, на спутнике Сатурна Энцеладе из криогейзеров бьет вода с солями и органическими молекулами. Соль и богатая органиками вода считаются исходной средой возникновения жизни и на Земле.