Ganímedes (luna)

Ganímedes
Satélite

Imagen de Ganímedes tomada por la nave espacial Juno . Las superficies claras, los rastros de impactos recientes, una superficie rugosa y un casquete polar norte blanco (parte superior derecha de la imagen) son ricos en hielo de agua.
Otros nombres Júpiter III
Apertura
Descubridor Galileo Galilei
fecha de apertura 7 de enero de 1610 [1] [2] [3]
Características orbitales
perihelio 1.069.200 kilometros
Afelio 1.071.600 kilometros
Periódico 1.069.200 km [com. una]
Apoiovy 1.071.600 km [com. 2]
Eje mayor  ( a ) 1.070.400 kilometros [4]
Excentricidad orbital  ( e ) 0.0013 [4]
período sideral 7.15455296d  [ 4]
Velocidad orbital  ( v ) 10.880 km/s
Inclinación  ( i ) 0,20° (hasta el ecuador de Júpiter) [4]
cuyo satélite Júpiter
características físicas
Radio medio 2634,1 ± 0,3 km (0,413 Tierra) [5]
Superficie ( S ) 87,0 millones de km 2 (0,171 Tierra) [comm. 3]
Volumen ( V ) 7.6⋅10 10  km 3 (0.0704 Tierra) [com. cuatro]
Masa ( m ) 1.4819⋅10 23 kg (0.025 Tierra) [5]
Densidad media  ( ρ ) 1,936  g /cm3 [ 5 ]
Aceleración de la gravedad en el ecuador ( g ) 1,428  m/s 2 (0,146  g ) [com. 5]
Segunda velocidad de escape  ( v 2 ) 2,741 km/s [com. 6]
Período de rotación  ( T ) sincronizado (girado hacia Júpiter por un lado)
Inclinación del eje 0—0,33° [6]
Albedo 0,43 ± 0,02 [7]
Magnitud aparente 4,61 (en oposición ) [7]
4,38 (en 1951) [8]
La temperatura
 
mín. promedio máx.
superficie ( K )
70 K
−203 °C [9]		 110 K
−163 °C [9]		 152 K
−121 °C [10]
Atmósfera
Presión atmosférica rastro
Compuesto: oxígeno [11]
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Ganímedes ( griego antiguo Γανυμήδης ) es uno de los satélites galileanos de Júpiter , el séptimo en distancia entre todos sus satélites [12] y el satélite más grande del sistema solar . Su diámetro es de 5268 kilómetros, un 2% mayor que el de Titán (el segundo satélite más grande del sistema solar) y un 8% mayor que el de Mercurio . Al mismo tiempo, la masa de Ganimedes es solo el 45% de la masa de Mercurio, pero entre los satélites de los planetas es un récord. La masa de Ganímedes supera a la de la Luna en 2,02 veces [13] [14] . Girando alrededor de Júpiter en unos siete días, Ganímedes participa en una resonancia orbital 1:2:4 con sus otras dos lunas  , Europa e Io .

Ganímedes se compone de cantidades aproximadamente iguales de roca de silicato y hielo de agua . Es un cuerpo totalmente diferenciado con un núcleo líquido rico en hierro . Presuntamente, en sus entrañas a una profundidad de unos 200 km entre las capas de hielo hay un océano de agua líquida [15] . En la superficie de Ganímedes se observan dos tipos de paisaje. Un tercio de la superficie de la luna está ocupada por regiones oscuras salpicadas de cráteres de impacto . Su edad alcanza los cuatro mil millones de años. El resto del área está ocupada por zonas claras más jóvenes cubiertas de surcos y camellones. Las razones de la compleja geología de las regiones de luz no están del todo claras. Probablemente esté asociado con la actividad tectónica causada por el calentamiento de las mareas [5] .

Ganímedes es la única luna del sistema solar que tiene su propia magnetosfera . Lo más probable es que se cree por convección en el núcleo líquido rico en hierro [16] . La pequeña magnetosfera de Ganímedes está contenida dentro de la magnetosfera mucho más grande de Júpiter y solo deforma ligeramente sus líneas de campo. El satélite tiene una atmósfera delgada, que incluye modificaciones alotrópicas del oxígeno como O (oxígeno atómico), O 2 (oxígeno) y, posiblemente, O 3 ( ozono ) [11] . La cantidad de hidrógeno atómico (H) en la atmósfera es insignificante. No está claro si Ganímedes tiene una ionosfera [17] .

Ganímedes fue descubierto por Galileo Galilei , quien lo vio el 7 de enero de 1610 [1] [2] [3] . Al poco tiempo , Simón Marius propuso nombrarlo en honor al mayordomo Ganímedes [18] , el amante de Zeus . La primera nave espacial que estudió Ganímedes fue la Pioneer 10 en 1973 [19] . La nave espacial Voyager llevó a cabo estudios mucho más detallados en 1979. La nave espacial Galileo , que estudia el sistema de Júpiter desde 1995, ha descubierto un océano subterráneo y el campo magnético de Ganímedes. En 2012, la Agencia Espacial Europea aprobó una nueva misión para explorar las lunas heladas de Júpiter, JUICE ; su lanzamiento está previsto para 2022 y su llegada al sistema de Júpiter está prevista para 2030.

Historia del descubrimiento y denominación

Ganímedes fue descubierto por Galileo Galilei el 7 de enero de 1610 utilizando su primer telescopio . En este día, Galileo vio 3 "estrellas" cerca de Júpiter: Ganímedes, Calisto y una "estrella", que luego resultaron ser dos satélites: Europa e Io (solo la noche siguiente, la distancia angular entre ellos aumentó lo suficiente como para observarlos por separado) . El 15 de enero, Galileo llegó a la conclusión de que todos estos objetos son en realidad cuerpos celestes que se mueven en órbita alrededor de Júpiter [1] [2] [3] . Galileo llamó a los cuatro satélites que descubrió "planetas Medici" y les asignó números de serie [18] .

El astrónomo francés Nicolas-Claude Fabry de Peyresque propuso que los satélites llevaran el nombre de cuatro miembros de la familia Medici , pero su propuesta no fue aceptada [18] . El descubrimiento del satélite también fue reivindicado por el astrónomo alemán Simon Marius , quien observó a Ganímedes en 1609, pero no publicó datos sobre esto a tiempo [20] [comm. 7] [21] . Marius trató de dar a las lunas los nombres "Saturno de Júpiter", "Júpiter de Júpiter" (era Ganímedes), "Venus de Júpiter" y "Mercurio de Júpiter", que tampoco tuvo éxito. En 1614, siguiendo a Johannes Kepler , propuso nuevos nombres para ellos con los nombres de los asociados de Zeus (incluido Ganímedes) [18] [20] :

... Luego estaba Ganímedes , el hermoso hijo del rey Tros , a quien Júpiter, tomando la forma de un águila, se llevó al cielo, llevándolo a la espalda, como describen fabulosamente los poetas... El tercero, por la majestad de la luz, Ganímedes... [22]

Texto original  (lat.)[ mostrarocultar] [Iupiter] etiam impensius amavit Ganymedem puerum formosum, Trois Regis filium, adeo etiam ut assumptâ aquilæ figurâ, illum humeris impositum, in cœlum transportavit, prout fabulantur poetæ…Tertius ob luminis Majestatem Ganymedes… [23]

Sin embargo, el nombre "Ganimedes", al igual que los nombres propuestos por Marius para otros satélites galileanos , prácticamente no se usó hasta mediados del siglo XX, cuando se hizo común. En gran parte de la literatura astronómica anterior , Ganímedes se designa (en el sistema introducido por Galileo) como Júpiter III o "la tercera luna de Júpiter". Después del descubrimiento de los satélites de Saturno, los satélites de Júpiter comenzaron a utilizar un sistema de designación basado en las propuestas de Kepler y Marius [18] . Ganímedes es la única luna galileana de Júpiter que lleva el nombre de una figura masculina; según varios autores, él (como Io, Europa y Calisto) era el amado de Zeus.

Según los registros astronómicos chinos, en el 365 a. mi. Gan Te descubrió el satélite de Júpiter a simple vista (probablemente fuera Ganímedes) [24] [25] .

Origen y evolución

Ganímedes probablemente se formó a partir de un disco de acreción o una nebulosa de gas y polvo que rodeaba a Júpiter algún tiempo después de su formación [26] . La formación de Ganímedes probablemente tomó aproximadamente 10.000 años [27] (un orden de magnitud menor que la estimación de Calisto). La nebulosa de Júpiter probablemente contenía relativamente poco gas durante la formación de los satélites galileanos, lo que puede explicar la muy lenta formación de Calisto [26] . Ganímedes se formó más cerca de Júpiter, donde la nebulosa era más densa, lo que explica su formación más rápida [27] . Esto, a su vez, condujo al hecho de que el calor liberado durante la acumulación no tuvo tiempo de disiparse. Esto pudo haber causado que el hielo se derritiera y que la roca se separara de él. Las piedras se asentaron en el centro del satélite, formando el núcleo. A diferencia de Ganímedes, durante la formación de Calisto, el calor tuvo tiempo de disiparse, el hielo de sus profundidades no se derritió y no se produjo la diferenciación [28] . Esta hipótesis explica por qué las dos lunas de Júpiter son tan diferentes a pesar de tener masas y composiciones similares [28] [29] . Las teorías alternativas atribuyen la temperatura interna más alta de Ganímedes al calentamiento de las mareas [30] oa una exposición más intensa a los intensos bombardeos tardíos [31] [32] [33] .

El núcleo de Ganímedes, después de su formación, retuvo la mayor parte del calor acumulado durante la acreción y la diferenciación. Libera lentamente este calor al manto helado, funcionando como una especie de batería de calor [28] . El manto, a su vez, transfiere este calor a la superficie por convección [29] . La desintegración de los elementos radiactivos en el núcleo continuó calentándolo, provocando una mayor diferenciación: se formó un núcleo interno de hierro y sulfuro de hierro y un manto de silicato [28] [34] . Así, Ganímedes se convirtió en un cuerpo completamente diferenciado. En comparación, el calentamiento radiactivo del Callisto indiferenciado solo provocó convección en su interior helado, lo que los enfrió de manera efectiva y evitó el derretimiento del hielo a gran escala y la rápida diferenciación [35] . El proceso de convección en Calisto provocó solo una separación parcial de las rocas del hielo [35] . Actualmente, Ganímedes sigue enfriándose lentamente [34] . El calor proveniente del núcleo y del manto de silicatos permite la existencia de un océano subterráneo [36] , y el lento enfriamiento del núcleo líquido de hierro y sulfuro de hierro(II) provoca convección y mantiene la generación de un campo magnético [34] . El flujo de calor actual de las entrañas de Ganímedes es probablemente mayor que el de Calisto [28] .

Órbita y rotación

Ganímedes se encuentra a una distancia de 1.070.400 kilómetros de Júpiter, lo que lo convierte en el tercer satélite galileano más distante [12] . Le toma siete días y tres horas dar una vuelta completa alrededor de Júpiter. Como la mayoría de los satélites conocidos, la rotación de Ganímedes está sincronizada con la de Júpiter y siempre mira hacia el mismo lado del planeta [37] . Su órbita tiene una ligera inclinación hacia el ecuador de Júpiter y una excentricidad que varía casi periódicamente debido a las perturbaciones seculares del Sol y los planetas. La excentricidad varía en el rango de 0,0009–0,0022, y la inclinación en el rango de 0,05°–0,32° [38] . Estas oscilaciones orbitales hacen que la inclinación del eje de rotación (el ángulo entre este eje y la perpendicular al plano de la órbita) cambie de 0 a 0,33° [6] .

Ganímedes está en resonancia orbital con Europa e Io: por cada revolución de Ganímedes alrededor del planeta, hay dos revoluciones de Europa y cuatro revoluciones de Io [38] [39] . El acercamiento más cercano entre Io y Europa ocurre cuando Io está en periapsis y Europa en apoapsis . Europa se acerca a Ganímedes, estando en su pericentro [38] . Por lo tanto, es imposible alinear estos tres satélites en una sola línea. Tal resonancia se llama resonancia de Laplace [40] .

La resonancia de Laplace moderna es incapaz de aumentar la excentricidad de la órbita de Ganímedes [40] . El valor actual de la excentricidad es del orden de 0,0013, lo que puede ser consecuencia de su aumento por resonancia en épocas pasadas [39] . Pero si no está aumentando en el momento actual, entonces surge la pregunta de por qué no se ha restablecido a cero debido a la disipación de la energía de las mareas en las profundidades de Ganímedes [40] . Quizás el último aumento en la excentricidad ocurrió recientemente, hace varios cientos de millones de años [40] . Dado que la excentricidad orbital de Ganímedes es relativamente baja (en promedio, 0,0015) [39] , el calentamiento por marea de este satélite ahora es insignificante [40] . Sin embargo, en el pasado, Ganímedes pudo haber pasado por una resonancia tipo Laplace una o más veces, lo que pudo aumentar la excentricidad orbital a valores de 0.01-0.02 [5] [40] . Esto probablemente causó un calentamiento significativo por mareas en el interior de Ganímedes, lo que podría haber causado una actividad tectónica que formó un paisaje irregular [5] [40] .

Hay dos hipótesis sobre el origen de la resonancia de Laplace de Io, Europa y Ganímedes: que existe desde la aparición del sistema solar [41] o que apareció más tarde. En el segundo caso, es probable el siguiente desarrollo de los acontecimientos: Io levantó mareas en Júpiter, lo que la llevó a alejarse de él hasta entrar en resonancia 2:1 con Europa; después de eso, el radio de la órbita de Io continuó aumentando, pero parte del momento angular se transfirió a Europa y también se alejó de Júpiter; el proceso continuó hasta que Europa entró en una resonancia 2:1 con Ganímedes [40] . En última instancia, los radios de las órbitas de estos tres satélites alcanzaron valores correspondientes a la resonancia de Laplace [40] .

Características físicas

Tamaño

Ganímedes es la luna más grande y masiva del sistema solar. Su diámetro (5268 km) es el 41% del diámetro de la Tierra , un 2% mayor que el del satélite Titán de Saturno (el segundo satélite más grande), un 8% mayor que el diámetro de Mercurio, un 9% Calisto, un 45% Io y un 51 % más grande que 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 la masa de la Luna.

Composición

La densidad media de Ganímedes es de 1,936 g/cm3 . Presumiblemente, consiste en partes iguales de roca y agua (principalmente congelada) [5] . La fracción de masa de hielo se encuentra en el rango de 46-50%, que es ligeramente menor que en Calisto [42] . Algunos gases volátiles como el amoníaco [36] [42] pueden estar presentes en el hielo . Se desconoce la composición exacta de las rocas de Ganímedes, pero es probable que se acerque a la composición de las condritas ordinarias de los grupos L y LL, que se diferencian de las condritas H en su menor contenido de hierro total, menor contenido de hierro metálico y más. oxido de hierro. La relación de las masas de hierro y silicio en Ganímedes es 1,05-1,27 (a modo de comparación, es 1,8 en el Sol ).

El albedo superficial de Ganímedes es de alrededor del 43% [43] . El hielo de agua está presente en casi toda la superficie y su fracción de masa varía entre 50 y 90% [5] , que es mucho mayor que en Ganímedes en su conjunto. La espectroscopia de infrarrojo cercano mostró la presencia de extensas bandas de absorción de hielo de agua en longitudes de onda de 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 y 3,0 µm [43] . Las áreas claras son menos uniformes y tienen más hielo que las áreas oscuras [44] . Los análisis ultravioleta e infrarrojo cercano de alta resolución , obtenidos por la nave espacial Galileo y los instrumentos terrestres, mostraron la presencia de otras sustancias: dióxido de carbono , dióxido de azufre y posiblemente cianuro , ácido sulfúrico y varios compuestos orgánicos [5] [45 ] . Según los resultados de la misión Galileo, se supone la presencia de una cierta cantidad de tolinas en la superficie [46] . Los resultados de Galileo también mostraron la presencia de sulfato de magnesio (MgSO 4 ) y posiblemente sulfato de sodio (Na 2 SO 4 ) en la superficie de Ganímedes [37] [47] . Estas sales podrían haberse formado en el océano subterráneo [47] .

La superficie de Ganímedes es asimétrica. El hemisferio delantero (girado en la dirección de la órbita del satélite) es más ligero que el trasero [43] . En Europa la situación es la misma, pero en Calisto es todo lo contrario [43] . El hemisferio posterior de Ganímedes parece tener más dióxido de azufre [48] [49] . La cantidad de dióxido de carbono es la misma en ambos hemisferios, pero está ausente cerca de los polos [45] [50] . Los cráteres de impacto en Ganímedes (excepto uno) no muestran enriquecimiento de dióxido de carbono, lo que también distingue a este satélite de Calisto. Las reservas subterráneas de dióxido de carbono en Ganímedes probablemente se agotaron en el pasado [50] .

Estructura interna

Presumiblemente, Ganímedes consta de tres capas: un núcleo fundido de hierro o sulfuro de hierro , un manto de silicato y una capa exterior de hielo [5] [51] de 900 a 950 kilómetros de espesor. Este modelo está respaldado por un pequeño momento de inercia , medido durante el sobrevuelo de Ganímedes "Galileo" - (0,3105 ± 0,0028)× mr 2 [5] [51] (el momento de inercia de una bola homogénea es 0,4× mr 2 , y un valor menor del coeficiente en esta fórmula indica que la densidad aumenta con la profundidad). En Ganímedes, este coeficiente es el más bajo entre los cuerpos sólidos del sistema solar, lo que indica una pronunciada estratificación de sus entrañas . La existencia de un núcleo rico en hierro fundido proporciona una explicación natural para el propio campo magnético de Ganímedes , que fue descubierto por Galileo [34] . La convección en el hierro fundido, que tiene una alta conductividad eléctrica , es la explicación más razonable para el origen del campo magnético [16] .

El espesor exacto de las distintas capas en el interior de Ganímedes depende del valor aceptado de la composición de silicatos (las proporciones de olivino y piroxenos ), así como de la cantidad de azufre en el núcleo [42] [51] . El valor más probable para el radio del núcleo es de 700 a 900 km , y el espesor del manto de hielo exterior es de 800 a 1000 km . El resto del radio cae sobre el manto de silicato [29] [34] [51] [52] . La densidad del núcleo es presumiblemente de 5,5 a 6 g/cm 3 , y la del manto de silicato, de 3,4 a 3,6 g/cm 3 [34] [42] [51] [52] . Algunos modelos de generación del campo magnético de Ganímedes requieren un núcleo sólido de hierro puro dentro de un núcleo líquido de Fe y FeS, que es similar a la estructura del núcleo de la Tierra . El radio de este núcleo puede alcanzar los 500 kilómetros [34] . La temperatura en el núcleo de Ganímedes es presumiblemente de 1500 a 1700 K , y la presión es de hasta 10 GPa [34] [51] .

Los estudios del campo magnético de Ganímedes indican que bajo su superficie puede haber un océano de agua líquida [15] [16] . El modelado numérico del interior del satélite, realizado en 2014 por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA , mostró que este océano probablemente tiene varias capas: las capas líquidas están separadas por capas de hielo de diferentes tipos ( hielo Ih , III , V , VI ). El número de capas intermedias líquidas posiblemente llegue a 4; su salinidad aumenta con la profundidad [53] [54] .

Superficie

La superficie de Ganímedes es una mezcla de dos tipos de parches: áreas oscuras muy antiguas, llenas de cráteres y áreas claras algo más jóvenes (pero aún antiguas) cubiertas de surcos, ranuras y crestas. Las áreas oscuras de la superficie ocupan aproximadamente 1/3 de toda el área [56] y contienen arcillas y materia orgánica, que pueden reflejar la composición de los planetesimales a partir de los cuales se formaron las lunas de Júpiter [57] .

Todavía no se sabe qué provocó el calentamiento necesario para formar la superficie ranurada de Ganímedes. Según los conceptos modernos, tal superficie es una consecuencia de los procesos tectónicos [5] . Se cree que el criovolcanismo juega un papel menor, si es que lo hace [5] . Las fuerzas que crearon fuertes tensiones en la litosfera de Ganímedes, necesarias para los movimientos tectónicos, podrían estar asociadas con el calentamiento de las mareas en el pasado, que puede haber sido causado por resonancias orbitales inestables a través de las cuales pasó el satélite [5] [58] . La deformación del hielo por las mareas podría haber calentado las entrañas de Ganímedes y causado tensiones en la litosfera, lo que condujo a la aparición de grietas, horsts y grabens . Al mismo tiempo, la antigua superficie oscura se borró en el 70% del área del satélite [5] [59] . La formación de la superficie estriada también se puede asociar con la formación temprana del núcleo del satélite y el subsiguiente calentamiento por mareas de su interior, lo que, a su vez, provocó un aumento en Ganímedes del 1 al 6 % debido a la expansión térmica y las transiciones de fase. en hielo [5] . Posiblemente, en el curso de la evolución subsiguiente, penachos de agua caliente ascendieron desde el núcleo hasta la superficie, provocando deformaciones en la litosfera [60] . La fuente moderna de calor más probable en las entrañas del satélite es el calentamiento radiactivo , que puede (al menos parcialmente) garantizar la existencia de un océano de agua bajo la superficie. El modelado muestra que si la excentricidad de la órbita de Ganímedes fuera un orden de magnitud mayor que la actual (y esto puede haber sido en el pasado), el calentamiento de las mareas podría ser más fuerte que el radiactivo [61] .

Hay cráteres de impacto en la superficie de ambos tipos, pero en las zonas oscuras son especialmente numerosos: estas zonas están saturadas de cráteres y, al parecer, su relieve se formó principalmente por colisiones [5] . Hay muchos menos cráteres en las áreas surcadas brillantes, y no jugaron un papel significativo en la evolución de su relieve [5] . La densidad de cráteres de las áreas oscuras indica una edad de 4 mil millones de años (como en las regiones continentales de la Luna ). Las áreas claras son más jóvenes, pero no está claro cuánto [62] . La formación de cráteres en la superficie de Ganímedes (así como en la Luna) alcanzó una intensidad particular hace unos 3500-4000 millones de años [62] . Si estos datos son precisos, entonces la mayoría de los cráteres de impacto son de esa época, y después aumentaron en número de manera insignificante [14] . Algunos cráteres están atravesados ​​por surcos y otros se formaron encima de los surcos. Esto sugiere que algunos surcos son bastante antiguos. En algunos lugares hay cráteres relativamente jóvenes con rayos de eyección que irradian de ellos [14] [63] . Los cráteres de Ganímedes son más planos que los de Mercurio o la Luna. Esto probablemente se deba a la fragilidad de la corteza helada de Ganímedes, que puede (o podría) aplanarse bajo la influencia de la gravedad. Los cráteres antiguos que están casi completamente aplastados (una especie de "fantasma" de los cráteres) se conocen como palimpsestos [14] ; uno de los palimpsestos más grandes de Ganímedes es la fácula de Menfis con un diámetro de 360 ​​km.

Una de las geoestructuras notables de Ganímedes es un área oscura llamada la región de Galilea , donde se ve una red de surcos multidireccionales. Probablemente, esta región debe su aparición al período de rápida actividad geológica del satélite [64] .

Ganímedes tiene casquetes polares que se cree que están hechos de agua helada. Cubren latitudes superiores a 40° [37] . Los casquetes polares se observaron por primera vez durante el sobrevuelo de la nave espacial Voyager . Probablemente están formados por moléculas de agua que se desprenden de la superficie cuando se bombardean con partículas de plasma. Tales moléculas podrían migrar a latitudes altas desde latitudes bajas debido a las diferencias de temperatura, o podrían originarse en las propias regiones polares. Los resultados de los cálculos y observaciones nos permiten juzgar que esto último es cierto [65] . La presencia de su propia magnetosfera en Ganímedes conduce al hecho de que las partículas cargadas bombardean intensamente solo las regiones polares débilmente protegidas. El vapor de agua resultante se deposita principalmente en los lugares más fríos de estas mismas zonas [65] .

Atmósfera e ionosfera

En 1972, un grupo de astrónomos indios, británicos y estadounidenses que trabajaban en el Observatorio Bossa de Indonesia informaron del descubrimiento de una atmósfera delgada alrededor de un satélite mientras observaban la ocultación de una estrella [66] . Estimaron la presión superficial de la atmósfera en 0,1 Pa [66] . Sin embargo, en 1979, la nave espacial Voyager 1 observó la ocultación de una estrella ( κ Centauri ) por parte de Ganímedes y obtuvo resultados contradictorios [67] . Estas observaciones se realizaron en el ultravioleta lejano a longitudes de onda inferiores a 200 nm , y fueron mucho más sensibles a la presencia de gases que las mediciones de luz visible de 1972 . Los sensores de la Voyager no detectaron atmósfera. El límite superior de concentración resultó estar en el nivel de 1,5⋅10 9 partículas/cm 3 , lo que corresponde a una presión superficial de menos de 2,5 µPa [67] . Y esto es casi 5 órdenes de magnitud menos que la estimación de 1972 [67] .

En 1995, se descubrió una atmósfera de oxígeno muy débil ( exosfera ) cerca de Ganímedes , muy similar a la que se encuentra cerca de Europa . Estos datos fueron obtenidos por el Telescopio Hubble (HST) [11] [68] . Logró distinguir el débil resplandor del oxígeno atómico en el ultravioleta lejano (a una longitud de onda de 130,4 nm y 135,6 nm). Tal brillo ocurre cuando el oxígeno molecular se descompone en átomos en colisiones con electrones [11] , lo que es una confirmación bastante convincente de la existencia de una atmósfera neutra de moléculas de O 2 . Su concentración probablemente esté en el rango de 1.2⋅10 8 -7⋅10 8 partículas/cm 3 , lo que corresponde a una presión superficial de 0.2-1.2 µPa [11] [i] . Estos valores son consistentes con el límite superior establecido por Voyager en 1981. El oxígeno no es prueba de la presencia de vida en un compañero. Se cree que ocurre cuando el hielo de agua en la superficie de Ganímedes se divide en hidrógeno y oxígeno por radiación (el hidrógeno escapa más rápido debido a su baja masa atómica) [68] . El brillo de la atmósfera de Ganímedes, como el de Europa, no es uniforme. El HST observó dos puntos brillantes ubicados en los hemisferios norte y sur cerca de latitudes de ±50°, lo que corresponde exactamente al límite entre las líneas cerrada y abierta de la magnetosfera de Ganímedes (ver más abajo) [69] . Los puntos brillantes son posiblemente auroras causadas por la afluencia de plasma a lo largo de las líneas abiertas del campo magnético del satélite [70] .

La existencia de una atmósfera neutra implica también la existencia de una ionosfera alrededor del satélite , porque las moléculas de oxígeno se ionizan por colisiones con los electrones rápidos que llegan de la magnetosfera [71] y el ultravioleta duro solar [17] . Sin embargo, la naturaleza de la ionosfera de Ganímedes es tan controvertida como la naturaleza de la atmósfera. Algunas mediciones de Galileo mostraron un aumento de la densidad de electrones cerca del satélite, lo que indica la presencia de la ionosfera, mientras que otros intentos de solucionarlo fracasaron [17] . La concentración de electrones cerca de la superficie, según diversas estimaciones, oscila entre 400 y 2500 cm – 3 [17] . Para 2008 no se han establecido los parámetros de la posible ionosfera de Ganímedes.

Una indicación adicional de la existencia de una atmósfera de oxígeno en Ganímedes es la detección de gases congelados en hielo en su superficie a partir de datos espectrales. El descubrimiento de las bandas de absorción de ozono (O 3 ) se informó en 1996 [72] . En 1997, el análisis espectral reveló líneas de absorción de oxígeno dímero (o diatómico ) . Tales líneas de absorción solo pueden aparecer si el oxígeno está en una fase densa. La mejor explicación es que el oxígeno molecular está congelado en hielo. La profundidad de las bandas de absorción dimérica depende de la latitud y la longitud (pero no del albedo de la superficie ); tienden a disminuir con la latitud, mientras que la tendencia para el O 3 es opuesta [73] . Los experimentos de laboratorio permitieron establecer que a una temperatura de 100 K, característica de la superficie de Ganímedes, el O 2 se disuelve en el hielo y no forma burbujas [74] .

Habiendo descubierto sodio en la atmósfera de Europa , los científicos comenzaron a buscarlo en la atmósfera de Ganímedes. En 1997 quedó claro que no estaba allí (más precisamente, al menos 13 veces menos que en Europa). Esto puede explicarse por su ausencia en la superficie o por el hecho de que la magnetosfera de Ganímedes evita que las partículas cargadas la eliminen [75] . Entre otras cosas, se ha observado hidrógeno atómico en la atmósfera de Ganímedes . Se observó a una distancia de hasta 3000 km de la superficie del satélite. Su concentración cerca de la superficie es de aproximadamente 1,5⋅10 4 cm −3 [76] .

Magnetosfera

De 1995 a 2000, la nave espacial Galileo realizó seis sobrevuelos cercanos cerca de Ganímedes (G1, G2, G7, G8, G28 y G29) [16] y descubrió que Ganímedes tiene un campo magnético bastante potente e incluso su propia magnetosfera , independiente de la de Júpiter. campo magnético [77] [78] . La magnitud del momento magnético es 1,3×10 13 T m 3 [16] , que es tres veces mayor que la de Mercurio . El eje del dipolo magnético está inclinado 176° con respecto al eje de rotación de Ganímedes, lo que significa que está dirigido contra el momento magnético de Júpiter [16] . El polo norte magnético de Ganimedes está debajo del plano de la órbita. La inducción del campo magnético dipolar creado por un momento magnético constante en el ecuador del satélite es de 719 ± 2 nT [16] (en comparación, la inducción del campo magnético de Júpiter a una distancia de Ganímedes es de 120 nT ) [78] . La dirección opuesta de los campos magnéticos de Ganímedes y Júpiter hace posible la reconexión magnética . La inducción del propio campo magnético de Ganímedes en sus polos es el doble que en el ecuador, y es igual a 1440 nT [16] .

Ganímedes es la única luna del sistema solar que tiene su propia magnetosfera. Es muy pequeño y está inmerso en la magnetosfera de Júpiter [78] . Su diámetro es aproximadamente de 2 a 2,5 veces el diámetro de Ganímedes [77] (que es de 5268 km) [79] . La magnetosfera de Ganímedes tiene una región de líneas de campo cerradas por debajo de los 30° de latitud, donde las partículas cargadas ( electrones e iones ) quedan atrapadas, creando una especie de cinturón de radiación [79] . El tipo principal de iones en la magnetosfera son los iones de oxígeno O + [80] , lo que está en buen acuerdo con la atmósfera de oxígeno enrarecido del satélite. En los casquetes de las regiones polares en latitudes superiores a 30°, las líneas del campo magnético no están cerradas y conectan a Ganímedes con la ionosfera de Júpiter [79] . En estas regiones se han encontrado electrones e iones de alta energía (decenas y cientos de kiloelectronvoltios) [71] , que pueden causar las auroras observadas alrededor de los polos de Ganímedes [69] . Además, los iones pesados ​​se depositan continuamente en la superficie polar de la luna, pulverizando y oscureciendo el hielo [71] .

La interacción entre la magnetosfera de Ganímedes y el plasma joviano se parece en muchos aspectos a la interacción entre el viento solar y la magnetosfera de la Tierra [79] [81] . El plasma co-rota con Júpiter y choca con la magnetosfera de Ganímedes en su lado posterior, al igual que el viento solar con la magnetosfera de la Tierra. La principal diferencia es la velocidad del flujo de plasma: supersónico en el caso de la Tierra y subsónico en el caso de Ganímedes. Es por eso que el campo magnético de Ganímedes no tiene una onda de choque del lado retardado [81] .

Además del momento magnético, Ganímedes tiene un campo magnético dipolar inducido [16] . Es causado por cambios en el campo magnético de Júpiter cerca del satélite. El momento dipolar inducido se dirige hacia o desde Júpiter (según la regla de Lenz ). El campo magnético inducido de Ganímedes es un orden de magnitud más débil que el suyo propio. Su inducción en el ecuador magnético es de unos 60 nT (dos veces menos que la fuerza de campo de Júpiter en el mismo lugar [16] ). El campo magnético inducido de Ganímedes se parece a los campos similares de Calisto y Europa e indica que este satélite también tiene un océano de agua bajo la superficie con alta conductividad eléctrica [16] .

Dado que Ganímedes está completamente diferenciado y tiene un núcleo metálico [5] [34] , su campo magnético constante probablemente se genera de la misma manera que el de la tierra: como resultado del movimiento de materia eléctricamente conductora en el interior [16] [34 ] . Si el campo magnético es causado por el efecto magnetohidrodinámico [16] [82] , probablemente sea el resultado del movimiento convectivo de varias sustancias en el núcleo [34] .

A pesar de la presencia de un núcleo de hierro, la magnetosfera de Ganímedes sigue siendo un misterio, sobre todo porque otros cuerpos similares no la tienen [5] . De algunas investigaciones se deduce que un núcleo tan pequeño ya debería haberse enfriado hasta el punto en que el movimiento del fluido y el mantenimiento de un campo magnético son imposibles. Una explicación es que el campo se conserva debido a las mismas resonancias orbitales que condujeron al complejo relieve de la superficie: debido al calentamiento de las mareas debido a la resonancia orbital, el manto protegió al núcleo del enfriamiento [59] . Otra explicación es la magnetización residual de las rocas de silicato en el manto, que es posible si el satélite tuviera un campo más fuerte en el pasado [5] .

Explorando

Júpiter (como todos los demás planetas gaseosos ) fue estudiado a propósito exclusivamente por las estaciones interplanetarias de la NASA . Varias naves espaciales han explorado Ganímedes de cerca, incluidos cuatro sobrevuelos en la década de 1970 y múltiples sobrevuelos desde la década de 1990 hasta la década de 2000.

Las primeras fotografías de Ganímedes desde el espacio fueron tomadas por Pioneer 10 sobrevolando Júpiter en diciembre de 1973 , y por Pioneer 11 sobrevolando Júpiter en 1974 [19] . Gracias a ellos, se obtuvo información más precisa sobre las características físicas del satélite (por ejemplo, Pioneer-10 especificó sus dimensiones y densidad). Sus imágenes muestran detalles tan pequeños como 400 km [83] [84] . El acercamiento más cercano del Pioneer 10 fue de 446.250 kilómetros [85] .

En marzo de 1979, la Voyager 1 pasó por Ganímedes a una distancia de 112 000 km, y en julio, la Voyager 2 a una distancia de 50 000 km. Transmitieron imágenes de alta calidad de la superficie del satélite y realizaron una serie de mediciones. En particular, especificaron su tamaño y resultó que es el satélite más grande del sistema solar (anteriormente, la luna de Saturno, Titán, se consideraba el más grande ) [ 86 ] . Las hipótesis actuales sobre la geología del satélite proceden de los datos de la Voyager [ 87 ] .

Desde diciembre de 1995 hasta septiembre de 2003, Galileo estudió el sistema de Júpiter . Durante este tiempo, se acercó seis veces a Ganímedes [37] . Los nombres de los intervalos son G1, G2, G7, G8, G28 y G29 [16] . Durante el vuelo más cercano (G2), Galileo pasó a 264 kilómetros de su superficie [16] y transmitió mucha información valiosa sobre él, incluidas fotografías detalladas. Durante el sobrevuelo G1 en 1996, Galileo descubrió una magnetosfera cerca de Ganímedes [88] y, en 2001, un océano subterráneo [16] [37] . Gracias a los datos de Galileo, fue posible construir un modelo relativamente preciso de la estructura interna del satélite. Galileo también transmitió una gran cantidad de espectros y detectó varias sustancias no glaciales en la superficie de Ganímedes [45] .

La nave espacial New Horizons en su camino a Plutón en 2007 envió fotografías visibles e infrarrojas de Ganímedes, además de proporcionar información topográfica y un mapa de composición [89] [90] .

La nave espacial Juno de la NASA, que ha estado en órbita alrededor de Júpiter desde 2016, prácticamente no realiza investigaciones satelitales. A pesar de esto, en junio de 2021, el dispositivo voló cerca de Ganímedes y recibió fotografías de alta resolución del satélite.

En los últimos años se han propuesto varios conceptos de misiones para explorar Ganímedes y otras lunas galileanas de Júpiter que, sin embargo, fueron canceladas o pospuestas indefinidamente (entre ellas, el programa conjunto Europa Jupiter System Mission de la NASA , la ESA , Roscosmos y JAXA , en cuyo marco estaba previsto enviar varios dispositivos hacia 2020). Actualmente (2019), la Agencia Espacial Europea , con la participación de JAXA , está trabajando en la nave espacial Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) para explorar Júpiter, Ganímedes, Calisto y, en menor medida, Europa. El lanzamiento está previsto para 2022, llegada al sistema de Júpiter - en 2030, entrada en la órbita de Ganímedes - en 2033 [91] . La NASA , a su vez, está desarrollando el aparato Europa Clipper para explorar Europa (que, en comparación con Ganímedes, es muy complicado por los cinturones de radiación de Júpiter).

Sombra de Ganímedes

El 21 de abril de 2014, el telescopio Hubble fotografió la sombra de Ganímedes sobre la Gran Mancha Roja , haciéndola parecer un ojo [92] .

Notas

Comentarios

  1. ↑ El periovium se encuentra a lo largo del semieje mayor a y la excentricidad e :
  2. ↑ Apoiovium se encuentra a lo largo del semieje mayor a y la excentricidad e :
  3. ↑ Área de superficie calculada usando la fórmula
  4. ↑ El volumen se calcula con la fórmula
  5. ↑ La aceleración debida a la gravedad se calcula a partir de la masa m , la constante gravitacional G y el radio ( r ):
  6. ↑ La segunda velocidad espacial se calcula a partir de la masa m , la constante gravitacional G y el radio r :
  7. ↑ Mundus Iovialis anno MDCIX Detectus Ope Perspicilli Belgici de Marius describe las observaciones realizadas en 1609 y no se publicó hasta 1614.

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