Ganímedes / ɡ æ n ɪ m i d / , un satélite de Júpiter ( Júpiter III ), es el más grande y más masivo de la lunas de Sistema Solar . El noveno objeto más grande del Sistema Solar, es el más grande sin una atmósfera sustancial. Tiene un diámetro de 5.268 km (3.273 millas), lo que lo hace un 26% más grande que el planeta Mercurio en volumen, aunque solo tiene un 45% de masa. [16] Al poseer un núcleo metálico , tiene el factor de momento de inercia más bajo de cualquier cuerpo sólido en el Sistema Solar y es el únicoluna conocida por tener un campo magnético . Hacia el exterior de Júpiter , es el séptimo satélite y la tercera de las lunas galileanas , el primer grupo de objetos descubierto orbitando otro planeta. [17] Ganímedes orbita a Júpiter en aproximadamente siete días y está en una resonancia orbital 1: 2: 4 con las lunas Europa e Io , respectivamente.
Descubrimiento | |||||||||
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Descubierto por | Galileo Galilei | ||||||||
Fecha de descubrimiento | 7 de enero de 1610 [1] [2] | ||||||||
Designaciones | |||||||||
Pronunciación | / Ɡ æ n ɪ m i d / [3] | ||||||||
Lleva el nombre de | Γανυμήδης Ganymēdēs | ||||||||
Nombres alternativos | Júpiter III | ||||||||
Adjetivos | Ganymedian, [4] de Ganímedes [5] [6] / ɡ æ n ɪ m i D i ə n / | ||||||||
Características orbitales | |||||||||
Periapsis | 1 069 200 km [a] | ||||||||
Apoapsis | 1 071 600 km [b] | ||||||||
Semieje mayor | 1 070 400 km [7] | ||||||||
Excentricidad | 0,0013 [7] | ||||||||
Periodo orbital | 7.154 552 96 d [7] | ||||||||
Velocidad orbital media | 10.880 kilómetros por segundo | ||||||||
Inclinación | 2.214 ° (a la eclíptica ) 0.20 ° (al ecuador de Júpiter) [7] | ||||||||
Satélite de | Júpiter | ||||||||
Grupo | Luna galilea | ||||||||
Características físicas | |||||||||
Radio medio | 2 634 0,1 ± 0,3 kilometros (0,413 Tierras) [8] | ||||||||
Área de superficie | 8,72 × 10 7 km 2 (0,171 Tierras) [c] | ||||||||
Volumen | 7,66 × 10 10 km 3 (0,0704 Tierras) [d] | ||||||||
Masa | 1,4819 × 10 23 kg (0,025 Tierras) [8] | ||||||||
Densidad media | 1,936 g / cm 3 [8] | ||||||||
Gravedad superficial | 1,428 m / s 2 (0,146 g ) [e] | ||||||||
Momento de factor de inercia | 0,3115 ± 0,0028 [9] | ||||||||
Velocidad de escape | 2,741 km / s [f] | ||||||||
Período de rotación | sincrónico | ||||||||
Inclinación axial | 0–0,33 ° [10] | ||||||||
Albedo | 0,43 ± 0,02 [11] | ||||||||
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Magnitud aparente | 4.61 ( oposición ) [11] 4.38 (en 1951) [12] | ||||||||
Atmósfera | |||||||||
Presión superficial | 0,2-1,2 µPa [15] | ||||||||
Composición por volumen | Oxígeno [15] | ||||||||
Ganimedes está compuesto por cantidades aproximadamente iguales de roca de silicato y agua . Es un cuerpo completamente diferenciado con un núcleo líquido rico en hierro y un océano interno que puede contener más agua que todos los océanos de la Tierra juntos. [18] [19] [20] [21] Su superficie se compone de dos tipos principales de terreno. Las regiones oscuras, saturadas de cráteres de impacto y que datan de hace cuatro mil millones de años, cubren alrededor de un tercio. Las regiones más claras, atravesadas por extensos surcos y crestas y solo un poco menos antiguas, cubren el resto. La causa de la geología alterada del terreno ligero no se conoce por completo, pero probablemente fue el resultado de la actividad tectónica debido al calentamiento de las mareas . [8]
El campo magnético de Ganímedes probablemente se crea por convección dentro de su núcleo de hierro líquido. [22] El escaso campo magnético está enterrado dentro del campo magnético mucho más grande de Júpiter y se mostraría solo como una perturbación local de las líneas del campo . Ganimedes tiene una fina atmósfera de oxígeno que incluye O, O 2 y posiblemente O 3 ( ozono ). [15] El hidrógeno atómico es un componente atmosférico menor. No se ha resuelto si Ganimedes tiene una ionosfera asociada con su atmósfera. [23]
El descubrimiento de Ganimedes se atribuye a Galileo Galilei , el primero en observarlo, el 7 de enero de 1610. [1] [g] Su nombre fue pronto sugerido por el astrónomo Simon Marius , después del mitológico Ganimedes , un príncipe troyano deseado por Zeus (el griego contraparte de Júpiter ), quien lo llevó a ser el copero de los dioses. [25] Comenzando con Pioneer 10 , varias naves espaciales han explorado Ganímedes. [26] Las sondas Voyager , Voyager 1 y Voyager 2 , refinaron las medidas de su tamaño, mientras que Galileo descubrió su océano subterráneo y su campo magnético. La siguiente misión planificada para el sistema joviano es la Agencia Espacial Europea 's heladas de Júpiter Luna Explorador (jugo), debido al lanzamiento en el año 2022. Después de sobrevuelos de todos los satélites galileanos de tres helados, está previsto para entrar en órbita alrededor de Ganímedes. [27]
Historia
Los registros astronómicos chinos informan que en 365 a. C., Gan De detectó lo que podría haber sido una luna de Júpiter, probablemente Ganímedes, a simple vista. [28] [29] Sin embargo, Gan De informó que el color del compañero era rojizo, lo cual es desconcertante ya que las lunas son demasiado tenues para que su color se perciba a simple vista. [30] Shi Shen y Gan De juntos hicieron observaciones bastante precisas de los cinco planetas principales. [31] [32]
El 7 de enero de 1610, Galileo Galilei observó lo que pensó que eran tres estrellas cerca de Júpiter, incluidas las que resultaron ser Ganimedes, Calisto y un cuerpo que resultó ser la luz combinada de Ío y Europa ; la noche siguiente notó que se habían movido. El 13 de enero, vio las cuatro a la vez por primera vez, pero había visto cada una de las lunas antes de esta fecha al menos una vez. El 15 de enero, Galileo llegó a la conclusión de que las estrellas eran en realidad cuerpos que orbitaban Júpiter. [1] [2] [g]
Nombre
Galileo reclamó el derecho a nombrar las lunas que había descubierto. Consideró "Estrellas Cósmicas" y se decidió por " Estrellas Médicas ". [25]
El astrónomo francés Nicolas-Claude Fabri de Peiresc sugirió nombres individuales de la familia Medici para las lunas, pero su propuesta no fue aceptada. [25] Simon Marius , quien originalmente afirmó haber encontrado los satélites galileanos, [33] trató de nombrar las lunas "Saturno de Júpiter", "Júpiter de Júpiter" (esto era Ganímedes), "Venus de Júpiter". y el "Mercurio de Júpiter", otra nomenclatura que nunca se puso de moda. A partir de una sugerencia de Johannes Kepler , Marius una vez más intentó nombrar las lunas: [25]
... Quin etiam impensius amavit Ganymedem puerum formosum, Trois Regis filium, adeo etiam assumptâ aquilæ figurâ, illum humeris impositum, in cœlum transportavit, prout fabulantur poetæ ... à me vocatur ... Tertius ob luminis Majestatem Ganymedes ... [ Io,] Europa, Ganimedes puer, atque Calisto, lascivo nimium perplacuere Jovi.
... Luego estaba Ganimedes , el hermoso hijo del rey Tros , a quien Júpiter, habiendo tomado la forma de un águila, transportó al cielo en su espalda, como dicen los poetas fabulosamente ... La Tercera [luna] es llamada Ganimedes por mí a causa de su majestuosidad de luz ... Io, Europa, el niño Ganímedes y Calisto agradaron enormemente al lujurioso Zeus. [34] [35]
Este nombre y los de los demás satélites galileanos cayeron en desgracia durante un tiempo considerable y no fueron de uso común hasta mediados del siglo XX. En gran parte de la literatura astronómica anterior, se hace referencia a Ganimedes por su designación numérica romana, Júpiter III (un sistema introducido por Galileo), en otras palabras, "el tercer satélite de Júpiter". Tras el descubrimiento de las lunas de Saturno, se utilizó un sistema de nombres basado en el de Kepler y Marius para las lunas de Júpiter. [25] Ganímedes es la única luna galilea de Júpiter que lleva el nombre de una figura masculina, como Io, Europa y Calisto, era un amante de Zeus.
Los satélites galileanos conservan la ortografía italiana de sus nombres. En los casos de Io, Europa y Callisto, estos son idénticos al latín, pero la forma latina de Ganimedes es Ganimedes . En inglés, la 'e' final es silenciosa, quizás bajo la influencia del francés, a diferencia de los nombres posteriores tomados del latín y el griego.
Órbita y rotación
Ganímedes orbita a Júpiter a una distancia de 1.070.400 km, el tercero entre los satélites galileanos, [17] y completa una revolución cada siete días y tres horas. Como la mayoría de las lunas conocidas, Ganímedes está bloqueada por mareas , con un lado siempre mirando hacia el planeta, por lo que su día es de siete días y tres horas. [36] Su órbita es muy ligeramente excéntrica e inclinada hacia el ecuador joviano , con la excentricidad y la inclinación cambiando cuasi-periódicamente debido a las perturbaciones gravitacionales solares y planetarias en una escala de tiempo de siglos. Los rangos de cambio son 0,0009–0,0022 y 0,05–0,32 °, respectivamente. [37] Estas variaciones orbitales hacen que la inclinación axial (el ángulo entre los ejes de rotación y orbital) varíe entre 0 y 0,33 °. [10]
Ganímedes participa en resonancias orbitales con Europa e Io: por cada órbita de Ganímedes, Europa orbita dos veces e Io orbita cuatro veces. [37] [38] Las conjunciones (alineación en el mismo lado de Júpiter) entre Io y Europa ocurren cuando Io está en periapsis y Europa en apoapsis . Las conjunciones entre Europa y Ganímedes ocurren cuando Europa está en periapsis. [37] Las longitudes de las conjunciones Io-Europa y Europa-Ganímedes cambian con la misma velocidad, lo que hace que las conjunciones triples sean imposibles. Una resonancia tan complicada se llama resonancia de Laplace . [39] La resonancia de Laplace actual es incapaz de bombear la excentricidad orbital de Ganímedes a un valor más alto. [39] El valor de aproximadamente 0,0013 es probablemente un remanente de una época anterior, cuando tal bombeo era posible. [38] La excentricidad orbital de Ganymedian es algo desconcertante; si no se bombea ahora, debería haberse descompuesto hace mucho tiempo debido a la disipación de las mareas en el interior de Ganímedes. [39] Esto significa que el último episodio de excitación por excentricidad ocurrió hace solo varios cientos de millones de años. [39] Debido a que la excentricidad orbital de Ganímedes es relativamente baja, en promedio 0,0015 [38], el calentamiento de las mareas es ahora insignificante. [39] Sin embargo, en el pasado Ganímedes pudo haber pasado por una o más resonancias similares a Laplace [h] que fueron capaces de bombear la excentricidad orbital a un valor tan alto como 0.01-0.02. [8] [39] Esto probablemente provocó un calentamiento significativo por marea en el interior de Ganímedes; la formación del terreno ranurado puede ser el resultado de uno o más episodios de calentamiento. [8] [39]
Hay dos hipótesis sobre el origen de la resonancia de Laplace entre Io, Europa y Ganímedes: que es primordial y ha existido desde el comienzo del Sistema Solar; [40] o que se desarrolló después de la formación del Sistema Solar . Una posible secuencia de eventos para el último escenario es la siguiente: Io elevó las mareas en Júpiter, lo que provocó que la órbita de Io se expandiera (debido a la conservación del impulso) hasta que encontró la resonancia 2: 1 con Europa; después de eso, la expansión continuó, pero parte del momento angular se transfirió a Europa ya que la resonancia hizo que su órbita también se expandiera; el proceso continuó hasta que Europa encontró la resonancia 2: 1 con Ganímedes. [39] Finalmente, las tasas de deriva de las conjunciones entre las tres lunas se sincronizaron y bloquearon en la resonancia de Laplace. [39]
Características físicas
Tamaño
Ganímedes es la luna más grande y masiva del Sistema Solar. Su diámetro de 5.268 km es 0,41 veces el de la Tierra , 0,77 veces el de Marte , 1,02 veces el de Titán de Saturno (la segunda luna más grande del Sistema Solar), 1,08 veces el de Mercurio , 1,09 veces el de Calisto , 1,45 veces el de Ío y 1,51 veces la de la Luna. Su masa es un 10% mayor que la de Titán, un 38% mayor que la de Calisto, un 66% mayor que la de Io y 2,02 veces mayor que la de la Luna. [41]
Composición
La densidad promedio de Ganímedes, 1.936 g / cm 3 , sugiere una composición de aproximadamente partes iguales de material rocoso y principalmente hielo de agua . [8] Parte del agua es líquida y forma un océano subterráneo. [42] La fracción de masa de los hielos está entre el 46 y el 50%, que es ligeramente inferior a la de Calisto. [43] También pueden estar presentes algunos hielos volátiles adicionales, como el amoníaco . [43] [44] Se desconoce la composición exacta de la roca de Ganimedes , pero probablemente se acerque a la composición de las condritas ordinarias de tipo L / LL , [43] que se caracterizan por tener menos hierro total , menos hierro metálico y más óxido de hierro que chondrites H . La relación en peso de hierro a silicio oscila entre 1,05 y 1,27 en Ganímedes, mientras que la relación solar es de alrededor de 1,8. [43]
Características de la superficie
La superficie de Ganímedes tiene un albedo de alrededor del 43%. [46] El hielo de agua parece ser omnipresente en su superficie, con una fracción de masa del 50 al 90%, [8] significativamente más que en Ganímedes en su conjunto. La espectroscopia de infrarrojo cercano ha revelado la presencia de fuertes bandas de absorción de hielo de agua en longitudes de onda de 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 y 3,0 μm . [46] El terreno estriado es más brillante y tiene una composición más helada que el terreno oscuro. [47] El análisis de alta resolución, infrarrojo cercano y UV espectros obtenidos por el Galileo naves espaciales y a partir de observaciones de la Tierra ha revelado varios materiales no acuosos: dióxido de carbono , dióxido de azufre y, posiblemente, cianógeno , sulfato de hidrógeno y diversos compuestos orgánicos . [8] [48] Los resultados de Galileo también han mostrado sulfato de magnesio (MgSO 4 ) y, posiblemente, sulfato de sodio (Na 2 SO 4 ) en la superficie de Ganímedes. [36] [49] Estas sales pueden originarse en el subsuelo del océano. [49]
El albedo de la superficie de Ganymed es muy asimétrico; el hemisferio anterior [i] es más brillante que el posterior. [46] Esto es similar a Europa, pero al revés para Callisto. [46] El hemisferio final de Ganímedes parece estar enriquecido en dióxido de azufre. [50] [51] La distribución de dióxido de carbono no demuestra ninguna asimetría hemisférica, aunque no se observa cerca de los polos. [48] [52] Los cráteres de impacto en Ganímedes (excepto uno) no muestran ningún enriquecimiento en dióxido de carbono, lo que también lo distingue de Calisto. El gas de dióxido de carbono de Ganímedes probablemente se agotó en el pasado. [52]
La superficie de Ganímedes es una mezcla de dos tipos de terreno: regiones muy antiguas, con muchos cráteres , regiones oscuras y regiones algo más jóvenes (pero aún antiguas), más claras, marcadas con una amplia gama de surcos y crestas. El terreno oscuro, que comprende aproximadamente un tercio de la superficie, [53] contiene arcillas y materiales orgánicos que podrían indicar la composición de los impactadores de los que se acumularon los satélites jovianos. [54]
El mecanismo de calentamiento necesario para la formación del terreno ranurado en Ganímedes es un problema sin resolver en las ciencias planetarias . La visión moderna es que el terreno estriado es principalmente de naturaleza tectónica . [8] Se cree que el criovolcanismo jugó solo un papel menor, si es que lo hubo. [8] Las fuerzas que causaron las fuertes tensiones en la litosfera de hielo de Ganymed, necesarias para iniciar la actividad tectónica, pueden estar conectadas con los eventos de calentamiento de las mareas en el pasado, posiblemente causados cuando el satélite atravesó resonancias orbitales inestables. [8] [55] La flexión de marea del hielo puede haber calentado el interior y tensado la litosfera, lo que llevó al desarrollo de grietas y fallas de horst y graben , que borraron el viejo y oscuro terreno en el 70% de la superficie. [8] [56] La formación del terreno ranurado también puede estar relacionada con la formación inicial del núcleo y el subsiguiente calentamiento de las mareas del interior de Ganímedes, que puede haber causado una ligera expansión de Ganímedes del 1 al 6% debido a las transiciones de fase en el hielo y expansión térmica . [8] Durante la evolución subsiguiente, las columnas de agua caliente pueden haber subido desde el núcleo hasta la superficie, lo que provocó la deformación tectónica de la litosfera. [57] El calentamiento radiogénico dentro del satélite es la fuente de calor actual más relevante y contribuye, por ejemplo, a la profundidad del océano. Los modelos de investigación han descubierto que si la excentricidad orbital fuera un orden de magnitud mayor que la actual (como pudo haber sido en el pasado), el calentamiento de las mareas sería una fuente de calor más sustancial que el calentamiento radiogénico. [58]
Se observan cráteres en ambos tipos de terreno, pero es especialmente extenso en el terreno oscuro: parece estar saturado de cráteres de impacto y ha evolucionado en gran medida a través de eventos de impacto. [8] El terreno más brillante y estriado contiene muchas menos características de impacto, que han sido de menor importancia para su evolución tectónica. [8] La densidad de los cráteres indica una edad de 4 mil millones de años para el terreno oscuro, similar a las tierras altas de la Luna, y una edad algo más joven para el terreno acanalado (pero cuánto más joven es incierto). [59] Ganímedes puede haber experimentado un período de fuertes cráteres hace 3.5 a 4 mil millones de años similar al de la Luna. [59] Si es cierto, la gran mayoría de los impactos ocurrieron en esa época, mientras que la tasa de cráteres ha sido mucho menor desde entonces. [41] Los cráteres se superponen y están cortados transversalmente por los sistemas de surcos, lo que indica que algunos de los surcos son bastante antiguos. También son visibles cráteres relativamente jóvenes con rayos de eyección. [41] [60] Los cráteres de Ganymedian son más planos que los de la Luna y Mercurio. Esto probablemente se deba a la naturaleza relativamente débil de la corteza helada de Ganímedes, que puede (o podría) fluir y, por lo tanto, suavizar el relieve. Los cráteres antiguos cuyo relieve ha desaparecido dejan sólo un "fantasma" de un cráter conocido como palimpsesto . [41]
Una característica significativa en Ganímedes es una llanura oscura llamada Galileo Regio , que contiene una serie de surcos concéntricos, probablemente creados durante un período de actividad geológica. [61]
Ganímedes también tiene casquetes polares, probablemente compuestos por agua helada. La helada se extiende hasta los 40 ° de latitud. [36] Estos casquetes polares fueron vistos por primera vez por la nave espacial Voyager . Las teorías sobre la formación de los casquetes incluyen la migración de agua a latitudes más altas y el bombardeo del hielo por plasma. Los datos de Galileo sugieren que lo último es correcto. [62] La presencia de un campo magnético en Ganímedes da como resultado un bombardeo de partículas cargadas más intenso de su superficie en las regiones polares desprotegidas; La pulverización catódica conduce a la redistribución de las moléculas de agua, y las heladas migran a áreas localmente más frías dentro del terreno polar. [62]
Un cráter llamado Anat proporciona el punto de referencia para medir la longitud en Ganímedes. Por definición, Anat está a 128 ° de longitud. [63] La longitud 0 ° se enfrenta directamente a Júpiter y, a menos que se indique lo contrario, la longitud aumenta hacia el oeste. [64]
Estructura interna
Ganimedes parece estar completamente diferenciado , con una estructura interna que consta de un núcleo de hierro-sulfuro de hierro , un manto de silicato y capas externas de agua helada y agua líquida. [8] [65] [66] Los espesores precisos de las diferentes capas en el interior de Ganimedes dependen de la supuesta composición de los silicatos (fracción de olivino y piroxeno ) y la cantidad de azufre en el núcleo. [43] [65] [67] Ganímedes tiene el factor de momento de inercia más bajo , 0.31, [8] entre los cuerpos sólidos del Sistema Solar. Esto es una consecuencia de su contenido sustancial de agua y su interior completamente diferenciado.
Océanos subsuperficiales
En la década de 1970, los científicos de la NASA sospecharon por primera vez que Ganímedes tiene un océano espeso entre dos capas de hielo, una en la superficie y otra debajo de un océano líquido y encima del manto rocoso. [8] [19] [65] [68] [69] En la década de 1990, la misión Galileo de la NASA sobrevoló Ganimedes y encontró indicios de un océano subterráneo de este tipo. [42] Un análisis publicado en 2014, teniendo en cuenta la termodinámica realista del agua y los efectos de la sal, sugiere que Ganímedes podría tener una pila de varias capas oceánicas separadas por diferentes fases de hielo , con la capa líquida más baja adyacente al manto rocoso. . [19] [20] [21] [70] El contacto agua-roca puede ser un factor importante en el origen de la vida . [19] El análisis también señala que las profundidades extremas involucradas (~ 800 km hasta el "fondo marino" rocoso) significan que las temperaturas en el fondo de un océano convectivo (adiabático) pueden ser hasta 40 K más altas que las del agua helada interfaz.
En marzo de 2015, los científicos informaron que las mediciones con el Telescopio Espacial Hubble de cómo se movían las auroras confirmaron que Ganímedes tiene un océano subterráneo. [42] Un gran océano de agua salada afecta el campo magnético de Ganímedes y, en consecuencia, su aurora. [18] [70] [71] [72] La evidencia sugiere que los océanos de Ganímedes podrían ser los más grandes de todo el Sistema Solar. [73]
Existe cierta especulación sobre la habitabilidad potencial del océano de Ganímedes. [69] [74]
Centro
La existencia de un núcleo líquido rico en hierro y níquel [66] proporciona una explicación natural del campo magnético intrínseco de Ganímedes detectado por la nave espacial Galileo . [75] La convección en el hierro líquido, que tiene una alta conductividad eléctrica , es el modelo más razonable de generación de campo magnético. [22] La densidad del núcleo es de 5,5 a 6 g / cm 3 y el manto de silicato es de 3,4 a 3,6 g / cm 3 . [43] [65] [67] [75] El radio de este núcleo puede ser de hasta 500 km. [75] La temperatura en el núcleo de Ganímedes es probablemente de 1500-1700 K y la presión de hasta 10 GPa (99.000 atm). [65] [75]
Atmósfera e ionosfera
En 1972, un equipo de astrónomos indios, británicos y estadounidenses que trabajaban en Java (Indonesia) y Kavalur (India) afirmaron que habían detectado una atmósfera delgada durante una ocultación , cuando ésta y Júpiter pasaron frente a una estrella. [76] Estimaron que la presión superficial era de alrededor de 0,1 Pa (1 microbar). [76] Sin embargo, en 1979, la Voyager 1 observó una ocultación de la estrella κ Centauri durante su sobrevuelo de Júpiter, con resultados diferentes. [77] Las medidas de ocultación se realizaron en el espectro ultravioleta lejano a longitudes de onda inferiores a 200 nm , que eran mucho más sensibles a la presencia de gases que las medidas de 1972 realizadas en el espectro visible . Los datos de la Voyager no revelaron ninguna atmósfera . Se encontró que el límite superior de la densidad del número de partículas en la superficie era 1,5 × 10 9 cm −3 , que corresponde a una presión superficial de menos de 2,5 µPa (25 picobar). [77] Este último valor es casi cinco órdenes de magnitud menor que la estimación de 1972. [77]
A pesar de los datos de la Voyager , la evidencia de una tenue atmósfera de oxígeno ( exosfera ) en Ganímedes, muy similar a la encontrada en Europa, fue encontrada por el Telescopio Espacial Hubble (HST) en 1995. [15] [78] HST en realidad observó resplandor de aire de oxígeno atómico en el ultravioleta lejano en las longitudes de onda 130,4 nm y 135,6 nm. Este resplandor de aire se excita cuando el oxígeno molecular se disocia por impactos de electrones, [15] lo cual es evidencia de una atmósfera neutra significativa compuesta predominantemente por moléculas de O 2 . La densidad numérica de la superficie probablemente se encuentre en el rango de (1.2–7) × 10 8 cm −3 , correspondiente a la presión superficial de 0.2–1.2 µPa . [15] [j] Estos valores están de acuerdo con el límite superior de la Voyager establecido en 1981. El oxígeno no es evidencia de vida; se cree que se produce cuando el hielo de agua en la superficie de Ganímedes se divide en hidrógeno y oxígeno por radiación, y el hidrógeno se pierde más rápidamente debido a su baja masa atómica. [78] El resplandor de aire observado sobre Ganímedes no es espacialmente homogéneo como el de Europa. HST observó dos puntos brillantes ubicados en los hemisferios norte y sur, cerca de ± 50 ° de latitud, que es exactamente el límite entre las líneas de campo abierto y cerrado de la magnetosfera de Ganymedian (ver más abajo). [79] Los puntos brillantes son probablemente auroras polares , causadas por la precipitación de plasma a lo largo de las líneas de campo abierto. [80]
La existencia de una atmósfera neutra implica que debería existir una ionosfera , porque las moléculas de oxígeno son ionizadas por los impactos de los electrones energéticos provenientes de la magnetosfera [81] y por la radiación solar EUV . [23] Sin embargo, la naturaleza de la ionosfera de Ganymed es tan controvertida como la naturaleza de la atmósfera. Algunas mediciones de Galileo encontraron una densidad de electrones elevada cerca de Ganímedes, lo que sugiere una ionosfera, mientras que otras no detectaron nada. [23] Diferentes fuentes estiman que la densidad de electrones cerca de la superficie se encuentra en el rango de 400–2,500 cm −3 . [23] En 2008, los parámetros de la ionosfera de Ganímedes no están bien limitados.
La evidencia adicional de la atmósfera de oxígeno proviene de la detección espectral de gases atrapados en el hielo en la superficie de Ganímedes. La detección de bandas de ozono (O 3 ) se anunció en 1996. [82] En 1997, el análisis espectroscópico reveló las características de absorción dímera (o diatómica ) del oxígeno molecular. Tal absorción puede surgir solo si el oxígeno está en una fase densa. El mejor candidato es el oxígeno molecular atrapado en el hielo. La profundidad de las bandas de absorción de dímeros depende de la latitud y la longitud , más que del albedo de la superficie; tienden a disminuir al aumentar la latitud en Ganímedes, mientras que el O 3 muestra una tendencia opuesta. [83] El trabajo de laboratorio ha descubierto que el O 2 no se acumula ni burbujea, sino que se disuelve en el hielo a la temperatura superficial relativamente cálida de Ganímedes de 100 K (−173,15 ° C). [84]
Una búsqueda de sodio en la atmósfera, justo después de tal hallazgo en Europa, no arrojó nada en 1997. El sodio es al menos 13 veces menos abundante alrededor de Ganímedes que alrededor de Europa, posiblemente debido a una deficiencia relativa en la superficie o porque la magnetosfera se defiende. de partículas energéticas. [85] Otro componente menor de la atmósfera de Ganymedian es el hidrógeno atómico . Se observaron átomos de hidrógeno hasta a 3.000 km de la superficie de Ganímedes. Su densidad en la superficie es de aproximadamente 1,5 × 10 4 cm −3 . [86]
Magnetosfera
La nave Galileo hizo seis sobrevuelos cercanos a Ganímedes entre 1995 y 2000 (G1, G2, G7, G8, G28 y G29) [22] y descubrió que Ganímedes tiene un momento magnético permanente (intrínseco) independiente del campo magnético joviano. [87] El valor del momento es de aproximadamente 1,3 × 10 13 T · m 3 , [22] que es tres veces mayor que el momento magnético de Mercurio . El dipolo magnético está inclinado con respecto al eje de rotación de Ganímedes en 176 °, lo que significa que está dirigido contra el momento magnético joviano. [22] Su polo norte se encuentra por debajo del plano orbital . El campo magnético dipolo creado por este momento permanente tiene una fuerza de 719 ± 2 nT en el ecuador de Ganímedes, [22] que debe compararse con el campo magnético joviano a la distancia de Ganímedes, aproximadamente 120 nT. [87] El campo ecuatorial de Ganímedes está dirigido contra el campo joviano, lo que significa que la reconexión es posible. La intensidad de campo intrínseca en los polos es dos veces mayor que en el ecuador: 1440 nT. [22]
El momento magnético permanente talla una parte del espacio alrededor de Ganímedes, creando una pequeña magnetosfera incrustada dentro de la de Júpiter ; es la única luna del Sistema Solar que se sabe que posee esta característica. [87] Su diámetro es de 4-5 radios de Ganímedes. [88] La magnetosfera de Ganymedian tiene una región de líneas de campo cerrado ubicadas por debajo de los 30 ° de latitud, donde las partículas cargadas ( electrones e iones ) quedan atrapadas, creando una especie de cinturón de radiación . [88] La principal especie de iones en la magnetosfera es el oxígeno ionizado único, O + [23], que encaja bien con la tenue atmósfera de oxígeno de Ganímedes . En las regiones del casquete polar, en latitudes superiores a 30 °, las líneas del campo magnético están abiertas, conectando Ganimedes con la ionosfera de Júpiter. [88] En estas áreas, se han detectado electrones e iones energéticos (decenas y cientos de kiloelectronvoltios ), [81] que pueden causar las auroras observadas alrededor de los polos de Ganymedian. [79] Además, los iones pesados se precipitan continuamente en la superficie polar de Ganímedes, escupiendo y oscureciendo el hielo. [81]
La interacción entre la magnetosfera de Ganymedian y el plasma joviano es en muchos aspectos similar a la del viento solar y la magnetosfera de la Tierra. [88] [89] El plasma que co-rota con Júpiter incide en el lado posterior de la magnetosfera de Ganymedian al igual que el viento solar incide en la magnetosfera de la Tierra. La principal diferencia es la velocidad del flujo de plasma, supersónica en el caso de la Tierra y subsónica en el caso de Ganímedes. Debido al flujo subsónico, no hay arco eléctrico en el hemisferio final de Ganímedes. [89]
Además del momento magnético intrínseco, Ganimedes tiene un campo magnético dipolar inducido. [22] Su existencia está relacionada con la variación del campo magnético joviano cerca de Ganímedes. El momento inducido se dirige radialmente hacia o desde Júpiter siguiendo la dirección de la parte variable del campo magnético planetario. El momento magnético inducido es un orden de magnitud más débil que el intrínseco. La intensidad del campo inducido en el ecuador magnético es de aproximadamente 60 nT, la mitad de la del campo joviano ambiental. [22] El campo magnético inducido de Ganímedes es similar al de Calisto y Europa, lo que indica que Ganímedes también tiene un océano de agua subterránea con una alta conductividad eléctrica. [22]
Dado que Ganímedes está completamente diferenciado y tiene un núcleo metálico, [8] [75] su campo magnético intrínseco probablemente se genera de manera similar al de la Tierra: como resultado del material conductor que se mueve en el interior. [22] [75] Es probable que el campo magnético detectado alrededor de Ganímedes sea causado por la convección de composición en el núcleo, [75] si el campo magnético es el producto de la acción de la dínamo o magnetoconvección. [22] [90]
A pesar de la presencia de un núcleo de hierro, la magnetosfera de Ganímedes sigue siendo enigmática, sobre todo teniendo en cuenta que cuerpos similares carecen de esta característica. [8] Algunas investigaciones han sugerido que, dado su tamaño relativamente pequeño, el núcleo debería haberse enfriado lo suficiente hasta el punto en que se mueva el fluido, por lo que no se mantendría un campo magnético. Una explicación es que las mismas resonancias orbitales propuestas para haber interrumpido la superficie también permitieron que el campo magnético persistiera: con la excentricidad de Ganímedes bombeada y el calentamiento del manto por marea aumentado durante tales resonancias, reduciendo el flujo de calor desde el núcleo, dejándolo fluido y convectivo. [56] Otra explicación es una magnetización remanente de rocas de silicato en el manto, que es posible si el satélite tuviera un campo generado por dínamo más significativo en el pasado. [8]
Entorno de radiación
El nivel de radiación en la superficie de Ganímedes es considerablemente más bajo que en Europa, siendo de 50 a 80 mSv (5 a 8 rem) por día, una cantidad que causaría una enfermedad grave o la muerte en los seres humanos expuestos durante dos meses. [91]
Origen y evolución
Ganimedes probablemente se formó por una acumulación en la subnebulosa de Júpiter , un disco de gas y polvo que rodea a Júpiter después de su formación. [92] La acumulación de Ganimedes probablemente tomó alrededor de 10,000 años, [93] mucho más corto que los 100,000 años estimados para Calisto. La subnebulosa joviana pudo haber estado relativamente "hambrienta de gas" cuando se formaron los satélites galileanos; esto habría permitido los largos tiempos de acreción necesarios para Callisto. [92] En contraste, Ganímedes se formó más cerca de Júpiter, donde la subnebulosa era más densa, lo que explica su escala de tiempo de formación más corta. [93] Esta formación relativamente rápida impidió el escape del calor de acumulación, que puede haber llevado al derretimiento y la diferenciación del hielo : la separación de las rocas y el hielo. Las rocas se asentaron en el centro, formando el núcleo. [66] A este respecto, Ganímedes es diferente de Calisto, que aparentemente no logró fundirse y diferenciarse temprano debido a la pérdida del calor de acreción durante su formación más lenta. [94] Esta hipótesis explica por qué las dos lunas jovianas se ven tan diferentes, a pesar de su masa y composición similares. [68] [94] Las teorías alternativas explican el mayor calentamiento interno de Ganímedes sobre la base de la flexión de las mareas [95] o los golpes más intensos de los impactadores durante el Bombardeo Pesado Tardío . [96] [97] [98] [99] En el último caso, la modelización sugiere que la diferenciación se convertiría en un proceso descontrolado en Ganímedes pero no en Calisto. [98] [99]
Después de la formación, el núcleo de Ganímedes retuvo en gran medida el calor acumulado durante la acreción y la diferenciación, y lo liberó lentamente al manto de hielo. [94] El manto, a su vez, lo transportó a la superficie por convección. [68] La desintegración de los elementos radiactivos dentro de las rocas calentó aún más el núcleo, lo que provocó una mayor diferenciación: se formó un núcleo interno de hierro-sulfuro de hierro y un manto de silicato. [75] [94] Con esto, Ganimedes se convirtió en un cuerpo completamente diferenciado. [66] En comparación, el calentamiento radiactivo de Calisto indiferenciado provocó convección en su interior helado, que efectivamente lo enfrió e impidió el derretimiento a gran escala del hielo y una rápida diferenciación. [100] Los movimientos convectivos en Calisto han causado solo una separación parcial de roca y hielo. [100] Hoy, Ganímedes continúa enfriándose lentamente. [75] El calor que se libera de su núcleo y manto de silicato permite que exista el océano subsuperficial, [44] mientras que el enfriamiento lento del núcleo de Fe-FeS líquido provoca convección y favorece la generación de campos magnéticos. [75] El flujo de calor actual de Ganímedes es probablemente mayor que el de Calisto. [94]
Exploración
Misiones completadas
Varias sondas que vuelan o orbitan Júpiter han explorado Ganímedes más de cerca, incluidos cuatro sobrevuelos en la década de 1970 y múltiples pases en la década de 1990 a 2000.
Pioneer 10 se acercó en 1973 y Pioneer 11 en 1974, [26] y devolvieron información sobre el satélite. [101] Esto incluyó una determinación más específica de las características físicas y la resolución de las características a 400 km (250 millas) en su superficie. [102] La aproximación más cercana del Pioneer 10 fue de 446 250 km. [103]
Voyager 1 y Voyager 2 fueron los siguientes, pasando por Ganimedes en 1979. Ellos refinaron su tamaño, revelando que era más grande que Saturno 's luna Titán, que se pensaba previamente haber sido más grande. [104] También se vio el terreno ranurado. [105]
En 1995, la nave espacial Galileo entró en órbita alrededor de Júpiter y entre 1996 y 2000 realizó seis sobrevuelos cercanos para explorar Ganímedes. [36] Estos sobrevuelos se denominan G1, G2, G7, G8, G28 y G29. [22] Durante el sobrevuelo más cercano, G2, Galileo pasó a solo 264 km de la superficie de Ganímedes. [22] Durante un sobrevuelo de G1 en 1996, se descubrió el campo magnético de Ganymedian, [106] mientras que el descubrimiento del océano se anunció en 2001. [22] [36] Galileo transmitió una gran cantidad de imágenes espectrales y descubrió varias compuestos de hielo en la superficie de Ganímedes. [48] Las observaciones más recientes de Ganímedes fueron realizadas por New Horizons , que registró datos de mapas topográficos y de composición de Europa y Ganímedes durante su sobrevuelo de Júpiter en 2007 en ruta a Plutón . [107] [108]
El 25 de diciembre de 2019, la nave espacial Juno sobrevoló Ganímedes durante su 24a órbita de Júpiter y capturó imágenes de las regiones polares de la luna. Las imágenes fueron tomadas en un rango de 97,680 a 109,439 kilómetros (60,696 a 68,002 millas). [109] En junio de 2021, un sobrevuelo asistido por gravedad de Ganímedes a una distancia de 1.000 kilómetros reducirá el período orbital de Juno de 53 días a 43 días como parte de su misión extendida.
Conceptos de misión
La Misión del Sistema Europa Júpiter (EJSM) tenía una fecha de lanzamiento propuesta en 2020, y era una propuesta conjunta de la NASA y la ESA para la exploración de muchas de las lunas de Júpiter , incluido Ganímedes. En febrero de 2009 se anunció que la ESA y la NASA habían dado prioridad a esta misión antes de la Misión del Sistema Titán Saturno . [110] EJSM consistió en el Júpiter Europa Orbiter dirigido por la NASA , el Júpiter Ganymede Orbiter dirigido por la ESA y posiblemente un Júpiter Magnetospheric Orbiter dirigido por JAXA . La contribución de la ESA se enfrentó a la competencia de financiación de otros proyectos de la ESA, [111] pero el 2 de mayo de 2012 la parte europea de la misión, rebautizada como Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), obtuvo una ranura de lanzamiento L1 en 2022 con un Ariane 5 en Cosmic Programa de ciencias de la visión. [112] La nave espacial orbitará Ganímedes y llevará a cabo múltiples investigaciones de sobrevuelo de Calisto y Europa. [113]
El Instituto Ruso de Investigación Espacial está evaluando actualmente la misión Ganymede Lander (GL), con énfasis en astrobiología . [114] Ganymede Lander sería una misión asociada para JUpiter ICy moon Explorer (JUICE) . [114] [115] Si se selecciona, se lanzará en 2024, aunque este calendario podría revisarse y alinearse con JUICE. [114]
En 2010 se propuso un orbitador Ganímedes basado en la sonda Juno para el Estudio Decadal de Ciencias Planetarias . [116] Los posibles instrumentos incluyen cámara de resolución media, magnetómetro de puerta de flujo, espectrómetro de imágenes visibles / NIR, altímetro láser, paquetes de plasma de baja y alta energía, espectrómetro de masas de iones y neutros, espectrómetro de imágenes UV, sensor de ondas de radio y plasma, cámara de ángulo estrecho, y un radar subterráneo. [116]
Otra propuesta cancelada para orbitar Ganímedes fue el Júpiter Icy Moons Orbiter . Fue diseñado para usar la fisión nuclear para generar energía, propulsión de motores de iones , y habría estudiado Ganímedes con mayor detalle que antes. [117] Sin embargo, la misión se canceló en 2005 debido a recortes presupuestarios. [118] Otra vieja propuesta se llamó La grandeza de Ganimedes. [54]
Ver también
- Trampa fría (astronomía)
- Las lunas de Júpiter en la ficción
- Lista de cráteres en Ganímedes
- Lista de características geológicas en Ganímedes
- Lista de satélites naturales
- Instituto Lunar y Planetario
Notas
- ^ La periapsis se deriva del semieje mayor ( a ) y la excentricidad ( e ):.
- ^ La apoapsis se deriva del semieje mayor ( a ) y la excentricidad ( e ):.
- ^ Superficie derivada del radio ( r ):.
- ^ Volumen derivado del radio ( r ):.
- ^ Gravedad superficial derivada de la masa ( m ), la constante gravitacional ( G ) y el radio ( r ):.
- ^ Velocidad de escape derivada de la masa ( m ), la constante gravitacional ( G ) y el radio ( r ):.
- ^ a b Es probable que el astrónomo alemán Simon Marius lo descubriera de forma independiente el mismo año. [24]
- ↑ Una resonancia similar a Laplace es similar a la resonancia de Laplace actual entre las lunas galileanas con la única diferencia de que las longitudes de las conjunciones Io-Europa y Europa-Ganímedes cambian con tasas cuya razón es un número racional no unitario. Si la relación es la unidad, entonces la resonancia es la resonancia de Laplace.
- ^ El hemisferio principal es el hemisferio que mira hacia la dirección del movimiento orbital; el hemisferio posterior está orientado hacia la dirección inversa.
- ^ La densidad y la presión del número de superficie se calcularon a partir de las densidades de columna informadas en Hall, et al. 1998, asumiendo una altura de escala de 20 km y una temperatura de 120 K.
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enlaces externos
- Perfil de Ganimedes en el sitio de exploración del Sistema Solar de la NASA
- Página de Ganimedes en The Nine Planets
- Página de Ganímedes en Vistas del sistema solar
- Base de datos del cráter Ganimedes del Instituto Lunar y Planetario
- Imágenes de Ganímedes en el Photojournal planetario del JPL
- Película de la rotación de Ganímedes de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica
- Mapa de Ganímedes del artículo de Scientific American
- Mapa de Ganímedes con los nombres de las características de Planetary Photojournal
- Nomenclatura de Ganímedes y mapa de Ganímedes con nombres de características de la página de nomenclatura planetaria del USGS
- Imágenes en 3D de Paul Schenk y videos sobrevuelos de Ganímedes y otros satélites del sistema solar exterior
- "Terraformar Ganímedes con Robert A. Heinlein" (parte 1) , artículo de Gregory Benford , 2011
- Parte 2
- Concepto de orbitador de Ganimedes
- Mapa geológico global de Ganímedes (USGS)
- Google Ganymede 3D , mapa interactivo de la luna