證據顯示，天王星的衛星艾瑞爾（Ariel）可能曾經在其冰封的外殼下蘊藏著一個巨大的海洋。發表在《Icarus》期刊上的研究，探討了這個隱藏的海洋如何隨著時間演變，並提出它曾經可能深達一百英里（約170公里）。相較之下，太平洋的平均深度約為2.5英里（約4公里）。
「就冰質衛星而言，艾瑞爾相當獨特，」論文共同作者、行星科學研究所資深科學家Alex Patthoff表示。
一個擁有驚人暴力過去的衛星
艾瑞爾是天王星衛星中最明亮的一顆，也是離天王星第二近的衛星。它的直徑僅720英里（1,159公里）（相當於從土桑的PSI到猶他州鹽湖城的距離），是天王星系統中第四大的衛星。
儘管體積相對較小，艾瑞爾卻擁有異常複雜的地表。根據論文第一作者、北達科他大學近期畢業生Caleb Strom的說法，古老的撞擊坑等特徵與年輕得多的地形並存。一些平滑的區域甚至可能透過低溫火山作用形成，這是一種水、冰或其他揮發性物質從冰冷世界噴發而非熔岩噴發的過程。
艾瑞爾還覆蓋著斷層、山脊和地塹，這些區域的地殼部分向下沉降到周圍地形之下。其中一些構造的規模比太陽系中幾乎任何地方發現的都要大。
重建艾瑞爾隱藏的內部結構
這些巨大的地表特徵是新研究的動機。研究人員希望確定艾瑞爾過去的內部結構和軌道可能如何產生如今可見的斷裂。
一個關鍵因素是軌道離心率，它描述了軌道與完美圓形軌道的差異程度。艾瑞爾內部結構和軌道離心率的變化都可能影響作用在其冰殼上的潮汐應力大小。當衛星繞天王星運行時，引力會反覆地拉伸和壓縮它，可能對地表施加足夠的應力，造成大規模的斷裂。
「首先，我們繪製了在地表上看到的大型構造圖，然後我們使用電腦程式模擬了地表上的潮汐應力，這是由於艾瑞爾在繞軌道運行時，從接近足球形狀變為略微像橄欖球的形狀，然後再變回來，」Patthoff說。「透過將模型與我們在地表上看到的結合，我們可以推斷出艾瑞爾過去的離心率以及海洋可能有多厚。」
研究人員發現，艾瑞爾過去的軌道離心率可能約為0.04，大約是現今數值的40倍。
儘管0.04仍然代表一個看起來幾乎是圓形的軌道，但這種差異會極大地放大作用在艾瑞爾上的潮汐力。它的軌道會比木星的衛星歐羅巴（Europa）的軌道離心率高約四倍，而歐羅巴的冰殼已經因持續的引力拉伸和壓縮而嚴重斷裂。
這些力量可能在塑造艾瑞爾戲劇性的地貌方面發揮了重要作用。
「為了產生這些斷裂，你必須要有非常薄的冰層覆蓋著非常大的海洋，或者有較高的離心率和較小的海洋，」Patthoff說。「但無論哪種情況，我們都需要一個海洋才能產生我們在艾瑞爾表面看到的斷裂。」
天王星可能曾擁有雙重海洋世界
艾瑞爾的研究是該系列研究的第二篇，該系列旨在探討天王星衛星表面下可能曾經存在過什麼。去年，同一個研究團隊報告了對另一顆繞天王星運行的冰質衛星米蘭達（Miranda）的類似研究結果。
總體而言，這些發現提出了天王星系統中可能不止一顆衛星曾經擁有大量地下海洋的可能性。
「我們發現證據表明，天王星系統可能擁有雙重的海洋世界，」共同作者、約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的Tom Nordheim表示，他是資助米蘭達和艾瑞爾研究的NASA太陽系工作計畫的首席研究員。「不幸的是，我們只看到了艾瑞爾和米蘭達的南半球。但我們的研究結果可以預測，未來太空船可能會在這些衛星未成像的北半球看到什麼，例如那裡的斷裂和山脊的位置。最終，我們只需要回到天王星系統親眼看看。」
未來天王星任務可能揭示什麼
科學家仍然不知道艾瑞爾的深海確切存在於何時，或持續了多久。然而，新的研究結果為未來研究遙遠冰冷世界地下海洋的形成、演化和潛在消失過程提供了重要的基礎。
未來前往天王星的太空任務也可以透過成像艾瑞爾和米蘭達未探索的北半球，並尋找其模型預測的斷裂和山脊，來驗證研究人員的預測。
