1986年，当美国宇航局的旅行者2号飞越天王星时，它拍摄到了冰层覆盖的大型卫星的颗粒照片。近40年后的今天，美国国家航空航天局计划向天王星发射另一艘宇宙飞船，这次是为了探测这些冰冷的卫星是否隐藏着液态水海洋。
该任务仍处于早期规划阶段。但是德克萨斯大学地球物理研究所（UTIG）的研究人员正在为此做准备，他们建立了一个新的计算机模型，可以只用航天器的相机来探测冰下的海洋。
这项研究很重要，因为科学家们不知道哪种海洋探测方法对天王星最有效。科学家们想知道那里是否有液态水，因为这是生命的关键成分。
新的计算机模型通过分析卫星绕其母行星旋转时的微小振荡或摆动来工作。从那里，它可以计算出里面有多少水、冰和岩石。较小的摆动意味着卫星大部分是固体，而较大的摆动意味着冰的表面漂浮在液态水的海洋上。当与重力数据相结合时，该模型计算出海洋的深度以及上覆冰的厚度。
天王星和海王星都属于冰巨星。天文学家已经在太阳系外发现了比任何其他类型的系外行星都要多的冰巨星。开发该模型的UTIG行星科学家道格·海明威（Doug Hemingway）说，如果发现天王星的卫星内部有海洋，那可能意味着银河系中有大量潜在的宜居世界。
他说：“在天王星的卫星内发现液态水海洋将改变我们对生命可能存在的可能性的看法。”
utg的研究发表在《地球物理研究快报》上，将帮助任务科学家和工程师提高探测海洋的机会。UTIG是德克萨斯大学奥斯汀分校杰克逊地球科学学院的一个研究单位。
太阳系中所有的大卫星，包括天王星的卫星，都是潮汐锁定的。这意味着引力与它们的自转相匹配，所以当它们绕轨道运行时，总是同一面面对母行星。然而，这并不意味着它们的自旋是完全固定的，所有潮汐锁定的卫星在绕轨道运行时都会来回振荡。确定摆动的程度将是了解天王星卫星是否含有海洋的关键，如果有的话，它们可能有多大。
内部有液态水海洋的卫星会比那些一直都是固体的卫星摆动得更厉害。然而，即使是最大的海洋也只会产生轻微的摆动：月球在其轨道上运行时，自转可能只会偏离几百英尺。
这仍然足以让过往的航天器探测到。事实上，这项技术之前被用来证实土星的卫星土卫二内部有一个全球海洋。
为了找出同样的技术是否适用于天王星，海明威对天王星的五颗卫星进行了理论计算，并提出了一系列合理的设想。例如，如果天王星的卫星Ariel摆动300英尺，那么它很可能有一个100英里深的海洋，周围是20英里厚的冰壳。
探测更小的海洋意味着航天器必须离得更近，或者携带更强大的相机。但该模型为任务设计者提供了一个计算尺，让他们知道什么是可行的，UTIG研究副教授克里斯塔·索德伦德说。
索德伦德没有参与目前的研究，他说：“这可能是发现海洋或发现我们到达时没有这种能力的区别。”
索德伦德曾与美国宇航局合作过天王星任务的概念。她也是美国宇航局木卫二快船任务科学小组的一员，该任务最近发射并携带了由UTIG开发的冰穿透雷达成像仪。
海明威说，下一步是扩展模型，包括其他仪器的测量，看看它们如何改善卫星内部的图像。
这篇期刊文章由加州大学圣克鲁斯分校的弗朗西斯·尼莫（Francis Nimmo）共同撰写。这项研究是由UTIG资助的。
