En 1610, Galileo Galilei miró hacia el cielo nocturno a través de un telescopio de su propio diseño . Al observar a Júpiter, notó la presencia de varios 'objetos luminosos' que lo rodeaban, que inicialmente tomó por estrellas. Con el tiempo, se daría cuenta de que estas 'estrellas' estaban orbitando el planeta y se dio cuenta de que, de hecho, eran las lunas de Júpiter, que llegarían a llamarse los , Europa , Ganimedes y Calisto .
De éstos, Ganímedes es el más grande y cuenta con muchas características fascinantes. Además de ser la luna más grande del Sistema Solar, también es más grande que incluso el planeta Mercurio. Es el único satélite del Sistema Solar que se sabe que posee una magnetosfera, tiene una fina atmósfera de oxígeno y (al igual que sus lunas compañeras, Europa y Calisto) se cree que tiene un océano interior.
Descubrimiento y denominación:
Aunque los registros astronómicos chinos afirman que el astrónomo Gan De pudo haber visto una luna de Júpiter (probablemente Ganímedes) a simple vista ya en 365 a. C., a Galileo Galilei se le atribuye haber realizado la primera observación registrada de Ganímedes el 7 de enero de 1610 usando su telescopio. . Junto con Io, Europa y Calisto, los nombró las 'estrellas mediceas' en ese momento, en honor a su patrón, el gran duque de Toscana, Cosme de ’Medici.
Simon Marius, un astrónomo alemán y contemporáneo de Galileo que afirmó haber descubierto Ganímedes de forma independiente, sugirió nombres alternativos a instancias de Johannes Kepler. Sin embargo, los nombres de Io, Europa, Ganímedes y Calisto, todos tomados de la mitología clásica, no se adoptarían formalmente hasta el siglo XX.
Ilustración de Júpiter y los satélites galileanos. Crédito: NASA
Antes de esto, el Lunas galileanas fueron nombrados Júpiter I a IV en función de su proximidad al planeta (con Ganímedes designado como Júpiter III). 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.En la mitología griega, Ganimedes era el hijo del rey Tros (también conocido como Ilion), el homónimo de la ciudad de Troya (Ilium).
Tamaño, masa y órbita:
Con un radio medio de 2634,1 ± 0,3 kilómetros (el equivalente a 0,413 Tierras), Ganímedes es la luna más grande del Sistema Solar y es incluso más grande que el planeta Mercurio. Sin embargo, con una masa de 1,4819 x 10²³ kg (el equivalente a 0,025 Tierras), tiene solo la mitad de masa. Esto se debe a la composición de Ganímedes, que consiste en hielo de agua y roca de silicato (ver más abajo).
La órbita de Ganímedes tiene una excentricidad menor de 0,0013, con una distancia media (semieje mayor) de 1.070.400 km, que varía desde 1.069.200 km en periapsis hasta 1.071.600 km en apoapsis. Ganímedes tarda siete días y tres horas en completar una sola revolución. Como la mayoría de las lunas conocidas, Ganímedes está bloqueada por mareas, con un lado siempre mirando hacia el planeta.
Su órbita está 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. Estas variaciones orbitales hacen que la inclinación axial varíe entre 0 y 0,33 °. Ganimedes tiene una resonancia orbital de 4: 1 con Io y una resonancia de 2: 1 con Europa.
Ganímedes es el satélite más grande de nuestro sistema solar, más grande que Mercurio y Plutón, y tres cuartas partes del tamaño de Marte. Crédito: NASA / JPL
Esencialmente, esto significa que Io orbita a Júpiter cuatro veces (y a Europa dos veces) por cada órbita hecha por Ganímedes. La conjunción superior entre Io y Europa ocurre cuando Io está en periapsis y Europa está en apoapsis, y la conjunción superior entre Europa y Ganímedes ocurre cuando Europa está en periapsis. Una resonancia tan complicada (una resonancia 4: 2: 1) se llama Resonancia de Laplace .
Composición y características de la superficie:
Con una densidad media de 1.936 g / cm3Lo más probable es que Ganímedes esté compuesto por partes iguales de material rocoso y hielo de agua. Se estima que el hielo de agua constituye el 46-50% de la masa de la luna (un poco más baja que la de Calisto) con la posibilidad de que haya algunos hielos volátiles adicionales como el amoníaco. La superficie de Ganímedes tiene un albedo de alrededor del 43%, lo que sugiere que el hielo de agua constituye una fracción de masa del 50-90% de la superficie.
Los estudios de infrarrojo cercano y ultravioleta también han revelado la presencia de dióxido de carbono, dióxido de azufre y posiblemente cianógeno, sulfato de hidrógeno y varios compuestos orgánicos. Los datos más recientes han mostrado evidencia de sales como el sulfato de magnesio y posiblemente el sulfato de sodio, que pueden haberse originado en el océano subterráneo (ver más abajo).
El interior de Ganímedes parece estar completamente diferenciado, y consta de un núcleo interno sólido hecho de hierro, un núcleo externo de hierro líquido y sulfuro de hierro, un manto de silicato y una capa esférica de principalmente hielo que rodea la capa de roca y el núcleo. Se cree que el núcleo mide 500 km de radio y tiene una temperatura de aproximadamente 1500-1700 K y una presión de hasta 10 GPa.
Representación recortada del artista de la estructura interna de Ganímedes, con capas mostradas a escala. Crédito: Wikipedia Commons / kelvinsong
La evidencia más convincente de la existencia de un núcleo líquido rico en hierro y níquel es el campo magnético intrínseco de Ganímedes. La convección en el hierro líquido, que tiene una alta conductividad eléctrica, es el modelo más razonable de generación de campo magnético. Se cree que la densidad del núcleo es de 5,5 - 6 g / cm³, mientras que el manto de silicato tiene una densidad estimada de 3,4 - 3,6 g / cm³.
Este manto está compuesto de materiales de silicato, muy probablemente condritas y plancha. La capa de hielo exterior es la capa más grande de todas, con un espesor estimado de 800 km (497 millas). Los espesores precisos de esta y otras capas en el interior de Ganímedes dependen de la supuesta composición de los silicatos y la cantidad de azufre en el núcleo.
Los científicos también creen que Ganímedes tiene un océano espeso ubicado entre dos capas de hielo: una capa tetragonal entre él y el núcleo y una capa hexagonal encima. La presencia de este océano ha sido confirmada por lecturas tomadas por orbitadores y por estudios de cómo se comporta la aurora de Ganímedes. En resumen, las auroras de la luna se ven afectadas por el campo magnético de Ganímedes, que a su vez se ve afectado por la presencia de un gran océano subterráneo de agua salada.
La superficie de Ganimedes es una mezcla de dos tipos de terreno. Están las regiones muy antiguas, con muchos cráteres y oscuras, y las regiones algo más jóvenes y claras, marcadas con una amplia gama de surcos y crestas. De una manera similar a Europa, la superficie de Ganímedes es asimétrica, siendo el hemisferio anterior más brillante que el posterior.
El terreno oscuro, que comprende aproximadamente un tercio de la superficie, tiene ese color porque el hielo de la superficie en estas regiones contiene arcillas y materiales orgánicos. Se ha teorizado que estos han sido dejados por impactadores, lo que concuerda con el hecho de que los cráteres de impacto son mucho más extensos en las áreas de terreno oscuro.
Mientras tanto, se cree que el terreno ranurado es de naturaleza tectónica; que podría deberse en parte a criovolcanismo , pero se cree que es principalmente el resultado de eventos de calentamiento de las mareas. La flexión de las mareas podría haber calentado el interior y tensado la litosfera, lo que provocó el desarrollo de grietas, graben y fallas que borraron el viejo y oscuro terreno en el 70% de la superficie.
Aunque los cráteres son más comunes en las áreas más oscuras, se ven por toda la superficie. Ganímedes puede haber experimentado un período de fuertes cráteres hace 3.5 a 4 mil millones de años similar al de la Luna. Si es cierto, la gran mayoría de los impactos ocurrieron en esa época, mientras que la tasa de formación de cráteres ha sido mucho menor desde entonces. Los cráteres de Ganímedes también son más planos que los de la Luna y Mercurio, lo que probablemente se deba a la naturaleza relativamente débil de la corteza helada de Ganímedes.
Ganímedes también tiene casquetes polares, probablemente compuestos de escarcha de agua, que fueron vistos por primera vez por Viajar astronave. Desde el descubrimiento, se han propuesto varias teorías para su formación, que van desde la migración térmica del vapor de agua a latitudes más altas hasta el bombardeo de plasma que hace que el hielo sea más brillante. Datos obtenidos por el Galileo La nave espacial, que notó una correspondencia muy estrecha entre el límite del casquete polar y los límites del campo magnético de la luna, sugiere que la última teoría es correcta.
Atmósfera:
Al igual que en Europa, Ganímedes tiene una tenue atmósfera de oxígeno. También es similar a Europa la forma en que se formó la atmósfera, que implica que el hielo de agua en la superficie se divide en hidrógeno y oxígeno a través de la interacción con la radiación UV, el hidrógeno se pierde en el espacio y el oxígeno se retiene. Se cree que la presión superficial de esta atmósfera se encuentra dentro del rango de 0,2 a 1,2 micro Pascales.
Montaje que muestra las vistas de New Horizons de Ganímedes tomadas por su espectrómetro infrarrojo y sus instrumentos LORRI y LEISA. Crédito: NASA / Universidad Johns Hopkins APL / SwRI
La presencia de esta atmósfera también provoca un efecto de resplandor de aire, una débil emisión de luz provocada por la interacción del oxígeno atómico y las partículas energéticas. Este efecto no se distribuye uniformemente (como en Europa), sino que hace que aparezcan puntos brillantes sobre las regiones polares, que podrían ser 'auroras polares', debido al campo magnético del planeta.
La evidencia adicional de la atmósfera de oxígeno proviene de la detección de varios gases atrapados en el hielo de Ganímedes. Esta evidencia consistió en la detección espectroscópica de ozono (O³), así como características de absorción que indicaron la presencia de oxígeno gaseoso (O²). Otro componente de la atmósfera es el hidrógeno, que (a pesar de que la mayor parte se ha perdido en el espacio) todavía existe en una superficie en concentraciones muy pequeñas.
La existencia de esta atmósfera neutra implica que debería existir una ionosfera ya que las moléculas de oxígeno son ionizadas por los impactos de los electrones energéticos provenientes de la magnetosfera y por la radiación UV electromagnética solar. Sin embargo, la existencia de una ionosfera sigue siendo controvertida, debido a los datos contradictorios recopilados por diferentes misiones.
Magnetosfera:
Ganímedes es único entre las lunas de los sistemas solares en que solo tiene una magnetosfera. El valor del momento magnético permanente de la luna se estima en 1,3 x 10¹³ T · m³, 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.
El campo magnético de Júpiter y las corrientes de co-rotación. Crédito: Wikipedia Commons / Ruslik0
El campo magnético dipolo creado por este momento permanente tiene una fuerza de 719 ± 2 Teslas (nT) en el ecuador de Ganímedes, y aproximadamente el doble en los polos (1440 nT). Este momento magnético también talla una parte del espacio alrededor de Ganímedes, creando una pequeña magnetosfera incrustada dentro de la de Júpiter con un diámetro de aproximadamente 10,525 - 13,156 km.
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. La principal especie de iones en la magnetosfera es el oxígeno ionizado simple, que encaja bien con la tenue atmósfera de oxígeno de Ganímedes.
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. El plasma que co-rota con Júpiter incide en el lado posterior de la magnetosfera de Ganymedian de manera muy similar a como el viento solar incide en la magnetosfera de la Tierra.
Además del momento magnético intrínseco, Ganímedes tiene un campo magnético dipolo inducido cuya existencia está relacionada con la variación del campo magnético joviano cerca de Ganímedes. El campo magnético inducido de Ganímedes es similar al de Calisto y Europa, lo que indica que esta luna también tiene un océano de agua subterránea con una alta conductividad eléctrica.
Concepto artístico de las auroras en Ganímedes. Crédito: NASA / ESA
Sin embargo, la existencia de la magnetosfera de Ganímedes sigue siendo un misterio. Por un lado, se cree que su existencia es el resultado del efecto dínamo de Ganímedes causado por la conducción de material que se mueve en el núcleo, similar a la Tierra. Sin embargo, otros cuerpos que tienen núcleos metálicos diferenciados no tienen magnetosferas, y el tamaño relativamente pequeño del núcleo de Ganímedes sugiere que debería haberse enfriado lo suficiente como para que los movimientos de fluidos ya no sean posibles.
Una explicación de esta incongruencia es que las mismas resonancias orbitales que pueden haber interrumpido la superficie también permiten que persista el campo magnético. Con el aumento del calentamiento de la marea durante tales resonancias, el manto puede haber aislado el núcleo, evitando que se enfríe. Otra explicación es una magnetización remanente de rocas de silicato en el manto, que es posible si el satélite tuviera un campo generado por dinamo más significativo en el pasado.
Habitabilidad:
Existe cierta especulación sobre la habitabilidad potencial del océano de Ganímedes. 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 debajo.
Esto es importante, ya que la capa más cercana al interior rocoso estaría sujeta a calentamiento debido a la flexión de las mareas en el manto. Este calor podría transferirse al agua a través de respiraderos hidrotermales , que podría proporcionar el calor y la energía necesarios para mantener la vida. Combinadas con agua oxigenada, las formas de vida podrían existir en el límite entre el núcleo y el manto en forma de extremófilos, de una manera similar a lo que se encuentra en los océanos de la Tierra (y se presume que existe en el océano interior de Europa).
Exploración:
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 las décadas de 1990 a 2000. Los primeros acercamientos fueron realizados por el Pionero 10y11 sondas, que se acercaron a la luna en 1973 y 1974, respectivamente. Estas misiones devolvieron información más específica sobre sus características físicas y resolvieron rasgos a 400 km (250 millas) en su superficie.
Las siguientes misiones llegaron en 1979, cuando el Viajar 1y2 las sondas pasaron la luna, refinando las estimaciones de su tamaño y revelando su terreno ranurado por primera vez. En 1995, el Galileo La nave espacial orbitó Júpiter y realizó seis sobrevuelos cercanos entre 1996 y 2000. Los hallazgos de la sonda incluyeron el descubrimiento del campo magnético de Ganímedes, el océano interior de la luna y una gran cantidad de imágenes espectrales que mostraban compuestos que no eran hielo en la superficie.
Impresión artística de New Horizons realizando su sobrevuelo de Júpiter. Crédito de la imagen: NASA / JPL / JHUAPL
La misión más reciente a Ganímedes fue realizada por el Nuevos horizontes sonda en 2007. Mientras se dirigía a Plutón, la sonda obtuvo datos de mapeo topográfico y de composición de Europa y Ganímedes durante su sobrevuelo de Júpiter. No hay misiones a Ganímedes actualmente en operación, pero se han propuesto varias misiones para las próximas décadas.
Una de esas propuestas es la iniciativa conjunta NASA / ESA Misión del sistema Europa Júpiter (EJSM), que exploraría las lunas de Júpiter (incluido Ganimedes) y tiene una fecha de lanzamiento propuesta para 2020. La misión consistiría en el Jupiter Europa Orbiter de la NASA, el Jupiter Ganymede Orbiter de la ESA y posiblemente un JAXA Jupiter Magnetospheric Orbiter.
La contribución de la ESA pasó a denominarse Explorador de la luna helada de Júpiter (JUICE) en 2012, y obtuvo un puesto de lanzamiento a bordo del programa científico Cosmic Vision de la ESA (cuyo lanzamiento está previsto para 2022 o 2024). Esto puede incluir una misión asociada del Instituto Ruso de Investigación Espacial, conocida como Lander de Ganimedes (GL) - e involucraría a JUICE examinando Ganímedes desde la órbita y realizando múltiples sobrevuelos o Europa y Calisto.
Un orbitador Ganimedes basado en el Juno La sonda también se propuso en 2010 para el Planetary Science Decadal Survey. Como parte del informe del comité presentado en la Encuesta, titulado “ Visión y Voyager para la ciencia planetaria en la década 2013-2022 ”- Se propuso un estudio de concepto para un posible Ganimedes Orbiter, que incluía recomendaciones sobre instrumentación.
Concepto artístico del Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO), un programa cancelado que preveía el envío de una nave espacial para inspeccionar Calisto, Ganímedes y Europa. Crédito: NASA / JPL
Una propuesta cancelada para un orbitador Ganimedes fue la Orbitador de las lunas heladas de Júpiter (JIMO), que habría realizado un sobrevuelo de Europa, Ganímedes y Calisto. Diseñado para utilizar la fisión nuclear para obtener energía y un motor de iones para la propulsión, JIMO habría estudiado Ganímedes con más detalle que un orbitador anterior. Sin embargo, la misión fue cancelada en 2005 debido a recortes presupuestarios.
Colonización:
Ganímedes se considera un posible candidato para asentamientos humanos, e incluso terraformación, debido a las muchas ventajas que presenta. Por un lado, como la luna más grande de Júpiter, Ganímedes tiene una fuerza gravitacional de 1.428 m / s2(el equivalente a 0,146 g) que es comparable a la Luna de la Tierra. Suficientemente suficiente para limitar los efectos de la degeneración muscular y ósea, esta gravedad más baja también significa que la luna tiene una velocidad de escape más baja, lo que significa que los cohetes necesitarían considerablemente menos combustible para despegar de la superficie.
Es más, la presencia de una magnetosfera significa que los colonos estarían mejor protegidos de la radiación cósmica que en otros cuerpos. La prevalencia del hielo de agua significa que los colonos también podrían producir oxígeno respirable, su propia agua potable y podrían sintetizar combustible para cohetes. Desafortunadamente, más allá de esto, Ganímedes presenta numerosos desafíos para la colonización.
Para empezar, la presencia de una magnetosfera no protege a Ganímedes de la radiación cósmica suficiente para garantizar la seguridad humana, debido al hecho de que está eclipsada por el poderoso campo magnético de Júpiter. Esto da como resultado que la superficie reciba unos 8 rem de radiación por día, que es 333 veces el promedio de lo que experimentan los organismos terrestres en un año.
Concepto del artista para un futuro asentamiento en Ganímedes. Crédito: futuretimeline.net
El dominio del campo magnético de Júpiter también significa que la magnetosfera de Ganímedes no es lo suficientemente fuerte como para retener una atmósfera de densidad suficiente para sustentar a los seres humanos. También sería insuficiente para retener mucho calor. Por lo tanto, los asentamientos en la superficie deberían estar fuertemente aislados, protegidos de la radiación y contener una atmósfera respirable.
Una posible solución a esto, similar a lo que se ha propuesto para Europa, sería que los colonos construyeran asentamientos dentro del manto helado, o posiblemente bajo la superficie del hielo por completo. Estos hábitats incrustados (o acuáticos) estarían protegidos de la radiación cósmica dañina por el manto helado. También podrían funcionar como conductos entre el océano y la superficie, canalizando agua y procesándola en combustible para la exportación.
Sin embargo, estas posibilidades aún están lejos de realizarse y, mientras tanto, explorar Ganímedes y descifrar sus misterios más profundos sigue siendo la prioridad. ¡Y de estos, Ganimedes tiene varios! Al igual que las otras lunas galileanas, Ganimedes posee una gran cantidad de atributos únicos y misteriosos, muchos de los cuales aún desafían la comprensión.
Además de ser la luna más grande del Sistema Solar, es la única luna además de la Tierra (y los gigantes gaseosos) que tiene un campo magnético. Y, por supuesto, existe la posibilidad de que exista vida debajo de su corteza helada, posiblemente en forma microbiana o extrema. Todo esto hace de Ganímedes una perspectiva intrigante para futuras exploraciones.
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