Происхождение и эволюция Миранды , одного из спутников Урана , полны интересными геологическими событиями . Научным сообществом предложены несколько версий её формирования и геологической эволюции . Одна из версий заключается в том, что Миранда образовалась из газопылевой туманности или аккреционного диска вокруг Урана . Этот диск либо существовал со времён формирования планеты, либо образовался при огромном импактном воздействии , которое, скорее всего, и дало Урану очень большой наклон оси вращения .

Между тем на этом относительно небольшом спутнике есть детали, возраст которых удивительно мал по сравнению с возрастом самой Миранды . По-видимому, возраст самых молодых геологических образований Миранды составляет всего лишь несколько сотен миллионов лет . Моделирование термической истории небольших спутников (размера Миранды) предсказывает скорое охлаждение и полное отсутствие геологической эволюции после аккреции спутника из туманности . Геологическая активность в течение столь длинного времени не может быть объяснена ни энергией от начальной аккреции, ни энергией деления радиоактивных элементов .

Миранда по сравнению с остальными спутниками Урана имеет самую молодую поверхность. Это указывает на то, что поверхность Миранды недавно претерпела значительные изменения . Нынешнее её состояние объясняется её сложной геологической историей, в которой имели место редкие сочетания различных астрономических явлений . Среди этих явлений могут быть и приливные силы , и явления орбитальных резонансов , и процессы частичной дифференциации или конвекции .

Удивительная геологическая структура поверхности, состоящая из различных областей, могла быть результатом того, что Миранда была разбита на части при катастрофическом столкновении с другим небесным телом , а затем заново собралась из кусков под действием силы гравитации . Некоторые ученые строят предположения даже о нескольких этапах столкновений (повторной аккреции) спутника . Данная гипотеза была отброшена в 2011 году в пользу гипотезы, связанной с приливными силами Урана. Эти силы могли вытянуть и снять поверхностную материю на коронах Инвернесс и Арден, создавая крутые разломы. Источником энергии для таких изменений могла служить только гравитация Урана .

Наиболее старые из известных областей Миранды — кратерированные равнины регионов Сицилия и Эфес . Формирование этих областей произошло после аккреции, а затем охлаждения спутника . В наиболее древних кратерах поверхность частично покрыта материалом из недр спутника, что в литературе носит название «эндогенного выравнивания» . Тот факт, что на этом маленьком спутнике окажутся очевидные следы эндогенной реструктуризации после его образования, стал полной неожиданностью . Геологические новообразования Миранды показывают воздействие одного источника энергии, изначально обильно берущего эту энергию поэтапно с аккреции светила . Наиболее приемлемое объяснение источника энергии для спутника является то, которое объяснило несколькими годами ранее вулканизм на Ио : орбитальный резонанс Миранды является следствием приливных сил, создаваемых Ураном .

После первого периода, связанного с геологическим формированием спутника, Миранда пережила период охлаждения, который привел к общему расширению ядра и, как следствие, к образованию поверхностных трещин, которые раздробили мантию на грабены . Вполне возможно, что построение таких спутников, как Миранда, Ариэль и Умбриэль образовали несколько пар, вступающих в орбитальный резонанс: Миранда—Ариэль, Ариэль—Умбриэль, Умбриэль—Миранда . Однако, в отличие от наблюдаемого спутника Юпитера Ио , явление орбитального резонанса между Мирандой и Ариэлем не смогло привести к стабильному захвату малого спутника . Вместо захвата, орбитальный резонанс Миранды с Ариэлем и Умбриэлем привел к увеличению её эксцентриситета и наклону орбиты . Постепенно уходя от орбитального резонанса на Миранде чередовались фазы нагревания и охлаждения . Таким образом все известные грабены не были образованы в течение этого второго периода .

Третий основной геологический период происходит вследствие сдвига орбиты Миранды, после чего образовываются короны Эльсинор и Арден . Во вновь образовавшихся коронах мог присутствовать своеобразный вулканизм , состоящий из расплавленной массы поверхностного твердого материала . По одной из версий формирования данные короны могут являться продуктом диапира , который был сформирован в ядре . В этом периоде наблюдается частичное дифференцирование Миранды . Учитывая размер и положение корон Эльсинор и Арден можно предположить, что их возникновение способствовало изменению момента инерции спутника и могло спровоцировать сдвиг Миранды на 90° . Сомнение вызывает одновременное формирование этих двух образований . Вполне вероятно, что спутник был сильно искорёжен до такой степени, что её асферический эксцентриситет временно втягивался в хаотическое вращение, как это, например, наблюдается у Гипериона . Если бы орбитальная переориентация Миранды произошла раньше формирования этих двух корон на поверхности, то корона Эльсинор была бы более старше короны Арден . Явления хаотического движения, порожденные резонансом между орбитами Миранды и Умбриэля 3:1 могли способствовать росту орбитального наклона выше 3° .

В последнем периоде геологического формирования Миранды образовалась корона Инвернесс, которая, вероятно, создана поверхностным натяжением , приведшим к образованию грабенов, таких как Верона и Алжир . После нового охлаждения Миранды, объём её поверхности мог увеличиться на 4 % . Вполне вероятно, что эти периоды геологического формирования поверхности Миранды происходили беспрерывно .

В конечном счете, формирование поверхности Миранды могло длиться более 3 миллионов лет. Оно началось примерно 3,5 миллиардов лет с появления сильнократерированных районов и закончилось около сотни миллионов лет назад образованием корон .

Явления орбитальных резонансов, в большей степени орбитальный резонанс с Умбриэлем , чем с Ариэлем оказали значительное влияние на эксцентриситет орбиты Миранды . Данные явления также внесли свой вклад во внутренней разогрев и геологическую активность спутника . Их совокупность побудила к конвекции в единый субстрат и положила начало планетарной дифференциации . В то же время эти явления слабо бы изменили орбиты других, более массивных, по сравнению с Мирандой, спутников . Между тем, поверхность Миранды может показаться сильно искорёженной, чтобы являться единственным, сильно затронутым орбитальным резонансом, продуктом .

После того, как Миранда ушла от резонанса с Умбриэлем, её орбита приобрела аномально-высокий наклон, а эксцентриситет был уменьшен . Приливные силы затем изменили эксцентриситет и температуру в ядре спутника, что позволило вернуть сферическую форму, сохранив при этом впечатляющие геологические образования, такие как Верона Рупес . Эксцентриситет был источником приливных сил и его уменьшение привело к затуханию источника энергии, которая влияла на геологическую активность Миранды, что привело к тому, что Миранда стала холодным инертным спутником .

Примечания