全球規模の海洋を潜在的に抱えている衛星は、太陽系では比較的一般的な天体になる傾向にあります1。このような長生きする全球規模の海洋の存在は、一般に内部力学による表面の変化によって裏切られます2。したがって、ミマスは全球規模の海洋の存在を探す可能性が最も低い場所となります3。ここでは、カッシーニのデータに基づいたミマスの軌道運動の詳細な分析から、特にミマスの近点ドリフトに焦点を当てて、その重くクレーターのある氷の殻が深さ20〜30キロメートルの全球の海を隠していることを示します。離心率の減衰は、海洋が誕生してから 2,500 万年未満である可能性が高く、まだ進化していることを意味します。私たちのシミュレーションによると、海と氷の境界面が深さ 30 キロメートル未満に達したのはごく最近（200 ～ 300 万年未満）であり、ミマスの表面に活動の兆候が現れるには期間が短すぎました。
図 1 地下海洋の証拠。 a, 一部の衛星の軌道は逆方向に歳差運動することがあります 。これは、軌道が親惑星の周りの衛星の軌道とは反対の方向にゆっくりと回転することを意味します。 b、レイニーらは他の力学的な影響を除去した後、土星の衛星の一つであるミマスの軌道で少量の 後方歳差運動を検出した。著者らは、この歳差運動がミマスが完全に固体であると仮定する予測と一致しないことを示した。著者らの発見は、月の内部が非常に細長い岩石の核で構成されているのか、それとも内部の海で構成されているのかについての議論に決着を付けることになった。レイニーらは 、固体内の質量の内部分布が既存のデータを説明できないことを示し、ミマスには地下に海が存在するに違いないと結論付けました。
太陽系外縁衛星の氷の表面の下に液体の水の海が検出されたことは、これらの衛星が地球とは著しく異なる条件下で生命の住処となる可能性があることを示唆している。ただし、地下の海洋を直接検出するのは困難な場合があるため、海洋衛星の候補についての推論は通常、木星のエウロパや土星のエンケラドゥスなど、港湾海洋で知られている衛星との比較から導き出されます。これらの衛星は、海洋を維持する条件と、その表面が内部海洋の存在を示す方法の両方の点で、多くの類似点を持っています。これらの衛星によって基準が設定された場合、土星の小さな衛星ミマスは海洋衛星として簡単に除外されることになります。したがって、Lainey et al.1 が 280 ページで報告した結果によれば、ミマスには内部に海があるはずだということを知るのは驚くべきことです。
ミマスは小さな天体で、その最も特徴的な特徴は、月に『スター・ウォーズ』シリーズのデス・スター宇宙ステーションのような外観を与えるほど大きなクレーターです。それはわずかに卵型の形をしており、これは同期回転している (つまり、親惑星に対して同じ面を向いている) 惑星衛星によく見られます。ミマスのステルス海洋を特定するには、レイニーらの協力が必要でした。月の内部構造の影響を受ける、月の軌道と自転の変化を正確に測定して分析します。これらの変化は、月の慣性モーメントを測定することで追跡できます。慣性モーメントは回転加速に対する抵抗を測定し、月の表面の形状と内部の物質の分布の両方に依存します。
ミマスの慣性モーメントは、月が土星の重力に引っ張られるときに行う、リブレーションとして知られる揺動運動を観察することで、以前に調査されていました2。これら測定の結果、ミマスのリブはその表面の形状から予想されるよりもはるかに大きいことが明らかになりました。これは、月が慣性モーメントの差を大きくする非常に細長い岩石の核を持っているか、または月の外殻が核から独立して振動することを可能にする内部の海のいずれかを持っていることによって説明できるかもしれない。海洋について広く認められている証拠が他になかったため、多くの惑星科学者は細長い核の仮説を好んだ。しかし、かつては無視され、そして同様にもっともらしいが、海洋オプション 2 が今では別の隅から支持されています。
慣性モーメントは、親惑星や他の天体に作用する月の重力場を調整します。地球や土星のような偏球（わずかに平らな）天体は、その衛星の軌道を前方に歳差運動させます。これは、軌道によって描かれる楕円が、衛星の（はるかに速い）軌道運動の方向に、空間内でゆっくりと回転することを意味します。興味深いことに、同期回転する月の細長い形状は、逆の効果を引き起こします。月と惑星の相互軌道は、公転運動の方向とは逆に、後方に歳差運動します。
レイニーらは、NASA のカッシーニ探査機によって行われたミマスの位置の測定結果を分析することによって、彼らは、月はこのように後方に歳差運動する(図1)と結論づけた。これは、月自身の重力場の伸長から生じる傾向であるに違いない。大きな驚きは、ミマスが凍結していると仮定すると、その天秤座から計算された慣性モーメントが、その軌道歳差運動を説明するのに必要な慣性モーメントと一致しないことである。実際、レイニーらは、は、固体内の質量の内部分布がこれら 2 つのデータセットを説明できないことを示しました。唯一実現可能な結論は、ミマスには地下海があるということだ。
ミマスが海洋世界であることには多くの意味があります。まず、ミマスには大きな軌道離心率があり、その軌道は完全な円ではなく楕円を描きます。しかし、もし月の内部が他の天体によってミマスに及ぼされる重力に容易に反応できれば、この偏心性は急速に減少するだろう。これは、海洋または軌道離心率、あるいはその両方が、数千万年程度の短期間しか存在しなかったに違いないことを示しています。
若い海はミマスの地質から得られる制約とも一致します。特に、ハーシェルとして知られる大きなクレーターは、レイニーら (および他の人々 2) が予測するほど薄い氷の殻の中に形成されるはずはありません。むしろ、ハーシェルが形成されて以来、氷の殻は数十キロメートルも薄くなったに違いありません3。ミマスにはエウロパやエンケラドゥスなどの海洋衛星で観察されるような激しい亀裂が存在しない理由も、氷の殻が薄くなっていることで説明できるかもしれない。このように、地質学的特徴は、研究者が海洋形成のタイミングや海洋の成長を刺激した軌道条件を突き止めるのに役立ちます。
ミマスの海が比較的最近に形成された可能性があるという考えは、カッシーニ計画によって得られた手がかりにもかかわらず、謎のままである土星系の他の特徴にも影響を及ぼしている。土星の明るい氷の輪は、地質学的に見ると若いようですが 5、すべての科学者がこれに同意しているわけではありません 6。クレーターが多くある氷の衛星は古代のもののように見えますが、クレーターを作った天体の起源については議論があり 7,8、衛星自体も地質学的に若いという示唆もあります 9。ミマスとその海が提供する手がかりは、これらの難問のいくつかを解決するのに役立つ可能性があります。
最後に、ミマスを海洋世界のカタログに追加すると、これらの衛星がどのように見えるかについての全体像が変わります。比較的小さな氷の衛星に若い海洋が存在する可能性があるという考えは、これらの衛星の最も最近の歴史の中でも変容の過程が起こった可能性と同様に刺激的である。レイニーと同僚の発見は、太陽系全体の中規模の氷の衛星の徹底的な調査の動機となるでしょう。最も注目すべきは、天王星の周りを周回する一連の中型の氷の衛星があり、これは惑星科学と宇宙生物学の十年調査によって NASA の旗艦ミッションの最優先目標として選ばれたことである。
ミマスは科学者たちに教える重要な教訓も与えている。それは、直感は仮説を立てるのには優れているが、結論を導くには十分ではないということだ。太陽系には常に驚きが待ち受けており、研究者は新しいアイデアや予期せぬ可能性を認識するために、十分にオープンである必要があります。