Ganimedes , o Júpiter III , es el satélite natural más grande y masivo de Júpiter y del Sistema Solar . A pesar de ser la única luna del Sistema Solar con un campo magnético sustancial , es el objeto más grande del Sistema Solar sin una atmósfera sustancial. Al igual que la luna más grande de Saturno , Titán , es más grande que el planeta Mercurio , pero tiene algo menos de gravedad superficial que Mercurio, Ío o la Luna debido a su menor densidad en comparación con los tres. [18] Ganimedes orbita Júpiter en aproximadamente siete días y está en una resonancia orbital 1:2:4 con las lunas Europa e Ío , respectivamente.
Ganimedes está compuesto de roca de silicato y agua en proporciones aproximadamente iguales. Es un cuerpo completamente diferenciado con un núcleo metálico líquido rico en hierro , lo que le otorga el factor de momento de inercia más bajo de todos los cuerpos sólidos del Sistema Solar. Su océano interno contiene potencialmente más agua que todos los océanos de la Tierra juntos. [19] [20] [21] [22]
El campo magnético de Ganimedes probablemente se crea por convección dentro de su núcleo y está influenciado por fuerzas de marea del campo magnético mucho mayor de Júpiter. [23] Ganimedes tiene una atmósfera delgada de oxígeno que incluye O, O 2 y posiblemente O 3 ( ozono ). [17] El hidrógeno atómico es un componente atmosférico menor. No se ha resuelto si Ganimedes tiene una ionosfera asociada a su atmósfera. [24]
La superficie de Ganimedes se compone de dos tipos principales de terreno, el primero de los cuales son regiones más claras, generalmente atravesadas por extensas ranuras y crestas, que datan de hace poco menos de 4 mil millones de años y cubren dos tercios de Ganimedes. La causa de la geología alterada del terreno claro no se conoce por completo, pero puede ser el resultado de la actividad tectónica debido al calentamiento de las mareas . El segundo tipo de terreno son regiones más oscuras saturadas de cráteres de impacto , que datan de hace cuatro mil millones de años. [9]
El descubrimiento de Ganimedes se atribuye a Simon Marius y Galileo Galilei , quienes lo observaron en 1610, [2] [g] como la tercera de las lunas galileanas , el primer grupo de objetos descubiertos orbitando otro planeta. [26] Su nombre fue pronto sugerido por el astrónomo Simon Marius, en honor al mitológico Ganimedes , un príncipe troyano deseado por Zeus (la contraparte griega de Júpiter ), quien lo llevó para que fuera el copero de los dioses. [27]
A partir de la Pioneer 10 , varias sondas espaciales han explorado Ganímedes. [28] Las sondas Voyager , Voyager 1 y Voyager 2 , refinaron las mediciones de su tamaño, mientras que Galileo descubrió su océano subterráneo y su campo magnético. La próxima misión planificada al sistema joviano es la Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) de la Agencia Espacial Europea , que se lanzó en 2023. [29] Después de los sobrevuelos de las tres lunas galileanas heladas, está previsto que entre en órbita alrededor de Ganímedes. [30]
Los registros astronómicos chinos informan que en el año 365 a. C., Gan De detectó a simple vista lo que podría haber sido una luna de Júpiter, probablemente Ganimedes. [31] Sin embargo, Gan De informó que el color de la compañera era rojizo, lo que resulta desconcertante ya que las lunas son demasiado tenues para que su color pueda percibirse a simple vista. [32] Shi Shen y Gan De juntos hicieron observaciones bastante precisas de los cinco planetas principales. [33] [34]
El 7 de enero de 1610, Galileo Galilei utilizó un telescopio para observar lo que pensó que eran tres estrellas cerca de Júpiter, incluyendo lo que resultó 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. Para el 15 de enero, Galileo concluyó que las estrellas eran en realidad cuerpos que orbitaban alrededor de Júpiter . [2] [3] [g]
Galileo reivindicó el derecho a dar nombre a las lunas que había descubierto. Consideró «estrellas cósmicas» y se decidió por « estrellas mediceas », en honor a Cosimo II de Médici . [27]
El astrónomo francés Nicolas-Claude Fabri de Peiresc sugirió nombres individuales de la familia Medici para las lunas, pero su propuesta no fue aceptada. [27] Simon Marius , que originalmente había afirmado haber encontrado los satélites galileanos, [35] intentó nombrar a las lunas "Saturno de Júpiter", "Júpiter de Júpiter" (en este caso Ganimedes), "Venus de Júpiter" y "Mercurio de Júpiter", otra nomenclatura que nunca se popularizó. Más tarde, después de enterarse de una sugerencia de Johannes Kepler , Marius estuvo de acuerdo con la propuesta de Kepler y, por lo tanto, propuso un sistema de nombres basado en la mitología griega . Esta propuesta final de Kepler/Marius finalmente tuvo éxito. [27]
Los poetas censuran mucho a Júpiter por sus amores irregulares. Se mencionan especialmente tres doncellas que fueron cortejadas clandestinamente por Júpiter con éxito: Ío, hija del río Ínaco, Calisto de Licaón, Europa de Agenor. Luego estaba Ganimedes, el hermoso hijo del rey Tros, a quien Júpiter, habiendo tomado la forma de un águila, transportó al cielo sobre su espalda, como cuentan fabulosamente los poetas... Creo, por tanto, que no habré obrado mal si llamo a la Primera Ío, a la Segunda Europa, a la Tercera, por la majestuosidad de su luz, Ganimedes, a la Cuarta Calisto... [36] [37]
Este nombre y los de los demás satélites galileanos cayeron en desuso durante un tiempo considerable y no se usaron comúnmente hasta mediados del siglo XX. En gran parte de la literatura astronómica anterior, Ganimedes se menciona en cambio por su designación en numeral romano, 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 Mario para las lunas de Júpiter. [27] Ganimedes es la única luna galileana de Júpiter que lleva el nombre de una figura masculina: como Ío, Europa y Calisto, era amante de Zeus.
En inglés, los satélites galileanos Ío, Europa y Calisto tienen la ortografía latina de sus nombres, pero la forma latina de Ganimedes es Ganymēdēs, que se pronunciaría /ˌɡænɪˈm iːd iːz / . [ 38 ] Sin embargo , la sílaba final se omite en inglés , tal vez bajo la influencia del francés Ganymède ( [ɡanimɛd ] ) .
Ganimedes orbita Júpiter a una distancia de 1.070.400 kilómetros (665.100 mi), el tercero entre los satélites galileanos, [26] y completa una revolución cada siete días y tres horas (7,155 días [39] ). Como la mayoría de las lunas conocidas, Ganimedes está bloqueado por mareas , con un lado siempre mirando hacia el planeta, por lo tanto, su día también es de siete días y tres horas. [40] Su órbita es muy ligeramente excéntrica e inclinada hacia el ecuador joviano , con la excentricidad y la inclinación cambiando casi 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. [41] Estas variaciones orbitales hacen que la inclinación axial (el ángulo entre los ejes rotacional y orbital) varíe entre 0 y 0,33°. [11]
Ganimedes participa en resonancias orbitales con Europa e Ío: por cada órbita de Ganimedes, Europa orbita dos veces e Ío orbita cuatro veces. [41] [42] Las conjunciones (alineación en el mismo lado de Júpiter) entre Ío y Europa ocurren cuando Ío está en periapsis y Europa en apoapsis . Las conjunciones entre Europa y Ganimedes ocurren cuando Europa está en periapsis. [41] Las longitudes de las conjunciones Ío-Europa y Europa-Ganimedes cambian al mismo ritmo, lo que hace imposibles las conjunciones triples. Una resonancia tan complicada se llama resonancia de Laplace . [43] La resonancia de Laplace actual es incapaz de bombear la excentricidad orbital de Ganimedes a un valor más alto. [43] El valor de aproximadamente 0,0013 es probablemente un remanente de una época anterior, cuando tal bombeo era posible. [42] La excentricidad orbital de Ganimedes es un tanto desconcertante; si no se bombea ahora, debería haber decaído hace mucho tiempo debido a la disipación de marea en el interior de Ganimedes. [43] Esto significa que el último episodio de excitación de la excentricidad ocurrió hace solo varios cientos de millones de años. [43] Debido a que la excentricidad orbital de Ganimedes es relativamente baja (en promedio 0,0015 [42]) , el calentamiento por mareas es insignificante ahora. [43] Sin embargo, en el pasado Ganimedes puede haber pasado por una o más resonancias de tipo Laplace [h] que fueron capaces de bombear la excentricidad orbital a un valor tan alto como 0,01-0,02. [9] [43] Esto probablemente causó un calentamiento significativo por mareas del interior de Ganimedes; la formación del terreno acanalado puede ser el resultado de uno o más episodios de calentamiento. [9] [43]
Existen dos hipótesis sobre el origen de la resonancia de Laplace entre Ío, Europa y Ganímedes: que es primordial y ha existido desde el principio del Sistema Solar; [44] o que se desarrolló después de la formación del Sistema Solar . Una posible secuencia de eventos para el último escenario es la siguiente: Ío elevó las mareas en Júpiter, lo que provocó que la órbita de Ío se expandiera (debido a la conservación del momento) 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 provocó que su órbita también se expandiera; el proceso continuó hasta que Europa encontró la resonancia 2:1 con Ganímedes. [43] Finalmente, las tasas de deriva de las conjunciones entre las tres lunas se sincronizaron y quedaron bloqueadas en la resonancia de Laplace. [43]
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Con un diámetro de unos 5270 kilómetros (3270 mi) y una masa de 1,48 × 10 20 toneladas (1,48 × 10 23 kg; 3,26 × 10 23 lb), Ganimedes es la luna más grande y masiva del Sistema Solar . [45] Es ligeramente más masiva que la segunda luna más masiva, el satélite de Saturno , Titán , y es más del doble de masiva que la Luna de la Tierra. Es más grande que el planeta Mercurio , que tiene un diámetro de 4880 kilómetros (3030 mi) pero tiene solo el 45 por ciento de la masa de Mercurio. Ganimedes es el noveno objeto más grande del Sistema Solar, pero el décimo más masivo.
La densidad media de Ganimedes, 1,936 g/cm 3 (un poco mayor que la de Calisto), sugiere una composición de partes aproximadamente iguales de material rocoso y principalmente hielos de agua . [9] Parte del agua es líquida, formando un océano subterráneo. [46] La fracción de masa de hielos está entre el 46 y el 50 por ciento, que es ligeramente inferior a la de Calisto. [47] También pueden estar presentes algunos hielos volátiles adicionales como el amoníaco . [47] [48] No se conoce la composición exacta de la roca de Ganimedes , pero probablemente se acerque a la composición de las condritas ordinarias de tipo L / LL , [47] que se caracterizan por menos hierro total, menos hierro metálico y más óxido de hierro que las condritas H. La relación de peso de hierro a silicio varía entre 1,05 y 1,27 en Ganimedes, mientras que la relación solar es de alrededor de 1,8. [47]
La superficie de Ganimedes tiene un albedo de alrededor del 43 por ciento. [50] El hielo de agua parece ser omnipresente en su superficie, con una fracción de masa del 50-90 por ciento, [9] significativamente más que en Ganimedes 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 . [50] El terreno acanalado es más brillante y tiene una composición más helada que el terreno oscuro. [51] El análisis de los espectros de infrarrojo cercano y UV de alta resolución obtenidos por la nave espacial Galileo y de las observaciones de la Tierra ha revelado varios materiales no acuosos: dióxido de carbono , dióxido de azufre y, posiblemente, cianógeno , sulfato de hidrógeno y varios compuestos orgánicos . [9] [52] 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. [40] [53] Estas sales pueden tener su origen en el océano subterráneo. [53]
El albedo de la superficie de Ganimedes es muy asimétrico; el hemisferio delantero [i] es más brillante que el trasero. [50] Esto es similar a Europa, pero al revés para Calisto. [50] El hemisferio trasero de Ganimedes parece estar enriquecido en dióxido de azufre. [54] [55] La distribución del dióxido de carbono no demuestra ninguna asimetría hemisférica, pero se observa poco o nada de dióxido de carbono cerca de los polos. [52] [56] Los cráteres de impacto en Ganimedes (excepto uno) no muestran ningún enriquecimiento en dióxido de carbono, lo que también lo distingue de Calisto. El gas de dióxido de carbono de Ganimedes probablemente se agotó en el pasado. [56] La superficie de Ganimedes es una mezcla de dos tipos de terreno: regiones oscuras, muy antiguas y muy craterizadas y regiones más claras, algo más jóvenes (pero aún antiguas), marcadas con una amplia variedad de surcos y crestas. El terreno oscuro, que comprende aproximadamente un tercio de la superficie, [57] contiene arcillas y materiales orgánicos que podrían indicar la composición de los impactadores de los cuales se acretaron los satélites jovianos. [58]
El mecanismo de calentamiento necesario para la formación del terreno acanalado de Ganimedes es un problema sin resolver en las ciencias planetarias . La visión moderna es que el terreno acanalado es principalmente de naturaleza tectónica . [9] Se cree que el criovulcanismo ha jugado solo un papel menor, si es que tuvo alguno. [9] Las fuerzas que causaron las fuertes tensiones en la litosfera de hielo de Ganimedes necesarias para iniciar la actividad tectónica pueden estar conectadas con los eventos de calentamiento por mareas en el pasado, posiblemente causados cuando el satélite pasó por resonancias orbitales inestables. [9] [59] La flexión del hielo por mareas 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 terreno antiguo y oscuro en el 70 por ciento de la superficie. [9] [60] La formación del terreno acanalado también puede estar relacionada con la formación temprana del núcleo y el posterior calentamiento por mareas del interior de Ganímedes, que puede haber causado una ligera expansión de Ganímedes de un uno a seis por ciento debido a las transiciones de fase en el hielo y la expansión térmica . [9] Durante la evolución posterior, columnas de agua caliente profundas pueden haber subido desde el núcleo hasta la superficie, lo que llevó a la deformación tectónica de la litosfera. [61] El calentamiento radiogénico dentro del satélite es la fuente de calor actual más relevante, contribuyendo, 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 puede haber sido en el pasado), el calentamiento por mareas sería una fuente de calor más sustancial que el calentamiento radiogénico. [62]
La craterización se observa en ambos tipos de terreno, pero es especialmente extensa en el terreno oscuro: parece estar saturado de cráteres de impacto y ha evolucionado en gran medida a través de eventos de impacto. [9] El terreno más brillante y acanalado contiene muchas menos características de impacto, que han sido de menor importancia para su evolución tectónica. [9] La densidad de craterización 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 se desconoce cuánto más joven). [63] Ganímedes puede haber experimentado un período de craterización intensa hace 3.5 a 4 mil millones de años similar al de la Luna. [63] Si es cierto, la gran mayoría de los impactos ocurrieron en esa época, mientras que la tasa de craterización ha sido mucho menor desde entonces. [64] Los cráteres se superponen y son atravesados 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. [64] [65] Los cráteres de Ganimedes son más planos que los de la Luna y Mercurio. Esto se debe probablemente a la naturaleza relativamente débil de la corteza helada de Ganimedes, que puede (o podría) fluir y, por lo tanto, suavizar el relieve. Los cráteres antiguos cuyo relieve ha desaparecido dejan solo un "fantasma" de un cráter conocido como palimpsesto . [64]
Una característica significativa de Ganimedes es una llanura oscura llamada Galileo Regio , que contiene una serie de surcos concéntricos, probablemente creados durante un período de actividad geológica. [66]
Ganimedes también tiene casquetes polares, probablemente compuestos de escarcha de agua. La escarcha se extiende hasta los 40° de latitud. [40] Estos casquetes polares fueron vistos por primera vez por la sonda 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 esto último es correcto. [67] La presencia de un campo magnético en Ganimedes da como resultado un bombardeo más intenso de partículas cargadas de su superficie en las regiones polares desprotegidas; la pulverización catódica conduce entonces a la redistribución de las moléculas de agua, con la escarcha migrando a áreas localmente más frías dentro del terreno polar. [67]
Un cráter llamado Anat proporciona el punto de referencia para medir la longitud en Ganimedes. Por definición, Anat se encuentra a 128° de longitud. [68] La longitud 0° está orientada directamente hacia Júpiter y, a menos que se indique lo contrario, la longitud aumenta hacia el oeste. [69]
Ganimedes parece estar completamente diferenciado , con una estructura interna que consiste en un núcleo de hierro-sulfuro -hierro , un manto de silicato y capas externas de hielo de agua y agua líquida. [9] [70] [71] Los espesores precisos de las diferentes capas en el interior de Ganimedes dependen de la composición supuesta de silicatos (fracción de olivino y piroxeno ) y la cantidad de azufre en el núcleo. [47] [70] [72] [73] Ganimedes tiene el factor de momento de inercia más bajo , 0,31, [9] entre los cuerpos sólidos del Sistema Solar. Esto es una consecuencia de su contenido sustancial de agua y su interior completamente diferenciado.
En la década de 1970, los científicos de la NASA sospecharon por primera vez que Ganímedes tenía un océano espeso entre dos capas de hielo, una en la superficie y otra debajo de un océano líquido y encima del manto rocoso. [9] [20] [70] [74] [75] En la década de 1990, la misión Galileo de la NASA sobrevoló Ganímedes y encontró indicios de un océano subterráneo de este tipo. [46] 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 . [20] [21] [22] [76] El contacto agua-roca puede ser un factor importante en el origen de la vida . [20] 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 de la interfaz hielo-agua.
En marzo de 2015, los científicos informaron que las mediciones con el telescopio espacial Hubble de cómo se movían las auroras confirmaron que Ganimedes tiene un océano subterráneo. [46] Un gran océano de agua salada afecta el campo magnético de Ganimedes y, en consecuencia, sus auroras. [19] [76] [77] [78] La evidencia sugiere que los océanos de Ganimedes podrían ser los más grandes de todo el Sistema Solar. [79] Estas observaciones fueron respaldadas posteriormente por Juno , que detectó varias sales y otros compuestos en la superficie de Ganimedes, incluido el cloruro de sodio hidratado , el cloruro de amonio , el bicarbonato de sodio y posiblemente los aldehídos alifáticos . Estos compuestos se depositaron potencialmente desde el océano de Ganimedes en eventos de resurgimiento pasados y se descubrió que eran más abundantes en las latitudes más bajas de Ganimedes, protegidas por su pequeña magnetosfera. [80] Como resultado de estos hallazgos, existe una creciente especulación sobre la posible habitabilidad del océano de Ganímedes. [75] [81]
La existencia de un núcleo líquido rico en hierro y níquel [71] proporciona una explicación natural para el campo magnético intrínseco de Ganímedes detectado por la nave espacial Galileo . [82] La convección en el hierro líquido, que tiene una alta conductividad eléctrica , es el modelo más razonable de generación de campo magnético. [23] La densidad del núcleo es de 5,5–6 g/cm 3 y el manto de silicato es de 3,4–3,6 g/cm 3 . [47] [70] [72] [82] El radio de este núcleo puede ser de hasta 500 km. [82] La temperatura en el núcleo de Ganímedes es probablemente de 1500–1700 K y la presión de hasta 10 GPa (99.000 atm). [70] [82]
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 esta y Júpiter pasaron frente a una estrella . [83] Estimaron que la presión superficial era de alrededor de 0,1 Pa (1 microbar). [83] Sin embargo, en 1979, la Voyager 1 observó una ocultación de la estrella κ Centauri durante su sobrevuelo de Júpiter, con resultados diferentes. [84] Las mediciones de ocultación se llevaron a cabo en el espectro ultravioleta lejano a longitudes de onda más cortas que 200 nm , que eran mucho más sensibles a la presencia de gases que las mediciones 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 de 1,5 × 109 cm −3 , lo que corresponde a una presión superficial de menos de 2,5 μPa (25 picobar).[84]Este último valor es casi cinco órdenes de magnitud menor que la estimación de 1972.[84]
A pesar de los datos de la Voyager , el telescopio espacial Hubble (HST) encontró evidencia de una tenue atmósfera de oxígeno ( exosfera ) en Ganímedes, muy similar a la encontrada en Europa, en 1995. [17] [85] El HST observó en realidad un resplandor atmosférico de oxígeno atómico en el ultravioleta lejano en las longitudes de onda de 130,4 nm y 135,6 nm. Dicho resplandor atmosférico se excita cuando el oxígeno molecular se disocia por impactos de electrones, [17] lo que es evidencia de una atmósfera neutra significativa compuesta predominantemente de moléculas de O 2 . La densidad numérica superficial probablemente se encuentra en (1,2–7) × 108 cm −3 rango, correspondiente a la presión superficial de0,2–1,2 μPa.[17][j]Estos valores concuerdan conla Voyagerestablecido en 1981. El oxígeno no es evidencia de vida; se piensa que se produce cuando el hielo de agua en la superficie de Ganimedes se divide enhidrógenoy oxígeno por radiación, y el hidrógeno se pierde más rápidamente debido a su baja masa atómica.[85]El resplandor atmosférico observado sobre Ganimedes no es espacialmente homogéneo como el observado sobre Europa. El 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 Ganimedes (ver más abajo).[86]auroraspolares, causadas por la precipitación de plasma a lo largo de las líneas de campo abierto.[87]
La existencia de una atmósfera neutra implica que debería existir una ionosfera , porque las moléculas de oxígeno se ionizan por los impactos de los electrones energéticos que vienen de la magnetosfera [88] y por la radiación solar EUV . [24] Sin embargo, la naturaleza de la ionosfera de Ganimedes es tan controvertida como la naturaleza de la atmósfera. Algunas mediciones de Galileo encontraron una densidad de electrones elevada cerca de Ganimedes, lo que sugiere una ionosfera, mientras que otras no detectaron nada. [24] Diferentes fuentes estiman que la densidad de electrones cerca de la superficie se encuentra en el rango de 400 a 2500 cm −3 . [24] A partir de 2008, los parámetros de la ionosfera de Ganimedes no estaban bien restringidos.
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 ) fue anunciada en 1996. [89] En 1997, el análisis espectroscópico reveló las características de absorción dimérica (o diatómica ) del oxígeno molecular. Tal absorción puede ocurrir 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 dimérica depende de la latitud y la longitud , en lugar del albedo de la superficie: tienden a disminuir con el aumento de la latitud en Ganímedes, mientras que el O 3 muestra una tendencia opuesta. [90] El trabajo de laboratorio ha encontrado que el O 2 no se agruparía ni burbujearía, sino que se disolvería en el hielo a la temperatura superficial relativamente cálida de Ganímedes de 100 K (−173,15 °C). [91]
Una búsqueda de sodio en la atmósfera, justo después de un hallazgo similar en Europa, no arrojó resultados en 1997. El sodio es al menos 13 veces menos abundante alrededor de Ganimedes que alrededor de Europa, posiblemente debido a una deficiencia relativa en la superficie o porque la magnetosfera repele las partículas energéticas. [92] Otro componente menor de la atmósfera de Ganimedes es el hidrógeno atómico . Se observaron átomos de hidrógeno a una distancia de hasta 3.000 km de la superficie de Ganimedes. Su densidad en la superficie es de aproximadamente 1,5 × 104 cm −3 .[93]
En 2021, se detectó vapor de agua en la atmósfera de Ganímedes. [94]
La sonda Galileo realizó seis sobrevuelos cercanos a Ganímedes entre 1995 y 2000 (G1, G2, G7, G8, G28 y G29) [23] y descubrió que Ganímedes tiene un momento magnético permanente (intrínseco) independiente del campo magnético joviano. [95] El valor del momento es de aproximadamente 1,3 × 10 13 T·m 3 , [23] 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. [23] Su polo norte se encuentra debajo del plano orbital . El campo magnético dipolar creado por este momento permanente tiene una fuerza de 719 ± 2 nT en el ecuador de Ganimedes [23] , que debe compararse con el campo magnético joviano a la distancia de Ganimedes, de aproximadamente 120 nT [95] . El campo ecuatorial de Ganimedes está dirigido contra el campo joviano, lo que significa que la reconexión es posible. La fuerza del campo intrínseco en los polos es dos veces mayor que en el ecuador: 1440 nT [23] .
El momento magnético permanente talla una parte del espacio alrededor de Ganimedes, creando una pequeña magnetosfera incrustada dentro de la de Júpiter ; es la única luna en el Sistema Solar conocida que posee esta característica. [95] Su diámetro es de 4-5 radios de Ganimedes. [96] La magnetosfera de Ganimedes tiene una región de líneas de campo cerradas ubicadas por debajo de los 30° de latitud, donde las partículas cargadas ( electrones e iones ) quedan atrapadas, creando una especie de cinturón de radiación . [96] La principal especie de iones en la magnetosfera es el oxígeno ionizado simple, O + [24] , que encaja bien con la tenue atmósfera de oxígeno de Ganimedes . En las regiones del casquete polar, en latitudes superiores a 30°, las líneas de campo magnético están abiertas, conectando Ganimedes con la ionosfera de Júpiter. [96] En estas áreas, se han detectado electrones e iones energéticos (decenas y cientos de kiloelectronvoltios ), [88] que pueden causar las auroras observadas alrededor de los polos de Ganimedes. [86] Además, los iones pesados se precipitan continuamente en la superficie polar de Ganímedes, chisporroteando y oscureciendo el hielo. [88]
La interacción entre la magnetosfera de Ganimedes y el plasma joviano es en muchos aspectos similar a la del viento solar y la magnetosfera de la Tierra. [96] [97] El plasma que co-rota con Júpiter incide en el lado posterior de la magnetosfera de Ganimedes de forma muy similar a como 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 Ganimedes. Debido al flujo subsónico, no hay una onda de choque en el hemisferio posterior de Ganimedes. [97]
Además del momento magnético intrínseco, Ganimedes posee un campo magnético dipolar inducido. [23] Su existencia está relacionada con la variación del campo magnético joviano cerca de Ganimedes. 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. [23] El campo magnético inducido de Ganimedes es similar a los de Calisto y Europa, lo que indica que Ganimedes también tiene un océano de agua subsuperficial con una alta conductividad eléctrica. [23]
Dado que Ganimedes está completamente diferenciado y tiene un núcleo metálico, [9] [82] 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. [23] [82] Es probable que el campo magnético detectado alrededor de Ganimedes sea causado por convección compositiva en el núcleo, [82] si el campo magnético es el producto de la acción del dinamo o magnetoconvección. [23] [98]
A pesar de la presencia de un núcleo de hierro, la magnetosfera de Ganímedes sigue siendo enigmática, en particular si se tiene en cuenta que cuerpos similares carecen de esta característica. [9] Algunas investigaciones han sugerido que, dado su tamaño relativamente pequeño, el núcleo debería haberse enfriado lo suficiente como para que no se mantuvieran los movimientos fluidos, y por lo tanto el campo magnético. Una explicación es que las mismas resonancias orbitales que se propone que alteraron la superficie también permitieron que persistiera el campo magnético: con la excentricidad de Ganímedes bombeada y el calentamiento por marea del manto aumentado durante tales resonancias, se redujo el flujo de calor desde el núcleo, dejándolo fluido y convectivo. [60] Otra explicación es una magnetización remanente de rocas de silicato en el manto, lo que es posible si el satélite tuvo un campo generado por dinamo más significativo en el pasado. [9]
El nivel de radiación en la superficie de Ganímedes es considerablemente menor que en Europa, siendo de 50 a 80 mSv (5 a 8 rem) por día, una cantidad que causaría enfermedades graves o la muerte en seres humanos expuestos durante dos meses. [99]
Ganimedes probablemente se formó por una acreción en la subnebulosa de Júpiter , un disco de gas y polvo que rodea a Júpiter después de su formación. [100] La acreción de Ganimedes probablemente tomó alrededor de 10.000 años, [101] mucho menos que los 100.000 años estimados para Calisto. La subnebulosa joviana puede haber estado relativamente "privada de gas" cuando se formaron los satélites galileanos; esto habría permitido los largos tiempos de acreción requeridos para Calisto. [100] En contraste, Ganimedes se formó más cerca de Júpiter, donde la subnebulosa era más densa, lo que explica su escala de tiempo de formación más corta. [101] Esta formación relativamente rápida impidió el escape de calor de acreción, lo que puede haber llevado al derretimiento del hielo y la diferenciación : la separación de las rocas y el hielo. Las rocas se asentaron en el centro, formando el núcleo. [71] En este sentido, Ganimedes es diferente de Calisto, que aparentemente no logró fundirse ni diferenciarse tempranamente debido a la pérdida de calor de acreción durante su formación más lenta. [102] Esta hipótesis explica por qué las dos lunas jovianas se ven tan diferentes, a pesar de su masa y composición similares. [74] [102] Las teorías alternativas explican el mayor calentamiento interno de Ganimedes sobre la base de la flexión de marea [103] o un golpeteo más intenso por los impactadores durante el Bombardeo Pesado Tardío . [104] [105] [106] [107] En el último caso, el modelo sugiere que la diferenciación se convertiría en un proceso descontrolado en Ganimedes pero no en Calisto. [106] [107]
Después de su 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. [102] El manto, a su vez, lo transportó a la superficie por convección. [74] La desintegración de 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. [82] [102] Con esto, Ganímedes se convirtió en un cuerpo completamente diferenciado. [71] En comparación, el calentamiento radiactivo de Calisto indiferenciado provocó convección en su interior helado, lo que lo enfrió de manera efectiva y evitó el derretimiento a gran escala del hielo y la rápida diferenciación. [108] Los movimientos convectivos en Calisto han causado solo una separación parcial de la roca y el hielo. [108] Hoy, Ganímedes continúa enfriándose lentamente. [82] El calor que se libera desde su núcleo y manto de silicato permite la existencia del océano subterráneo, [48] mientras que el enfriamiento lento del núcleo de Fe-FeS líquido causa convección y favorece la generación de un campo magnético. [82] El flujo de calor actual que sale de Ganímedes es probablemente mayor que el que sale de Calisto. [102]
Un estudio de 2020 realizado por Hirata, Suetsugu y Ohtsuki sugiere que Ganímedes probablemente fue golpeado por un asteroide masivo hace 4 mil millones de años; un impacto tan violento que pudo haber desplazado el eje de la luna. El estudio llegó a esta conclusión analizando imágenes del sistema de surcos en la superficie del satélite. [109]
Varias naves espaciales han realizado sobrevuelos cercanos a Ganímedes: dos naves espaciales Pioneer y dos Voyager realizaron un solo sobrevuelo cada una entre 1973 y 1979; la nave espacial Galileo realizó seis pasadas entre 1996 y 2000; y la nave espacial Juno realizó dos sobrevuelos en 2019 y 2021. [110] Ninguna nave espacial ha orbitado todavía Ganímedes, pero la misión JUICE , que se lanzó en abril de 2023, tiene la intención de hacerlo.
La primera nave espacial que se acercó a Ganímedes fue la Pioneer 10 , que realizó un sobrevuelo en 1973 mientras pasaba por el sistema de Júpiter a gran velocidad. La Pioneer 11 realizó un sobrevuelo similar en 1974. [28] Los datos enviados por las dos naves espaciales se utilizaron para determinar las características físicas de la luna [111] y proporcionaron imágenes de la superficie con una resolución de hasta 400 km (250 mi). [112] El acercamiento más cercano de la Pioneer 10 fue de 446.250 km, aproximadamente 85 veces el diámetro de Ganímedes. [113]
Tanto la Voyager 1 como la Voyager 2 estudiaron Ganímedes al pasar por el sistema de Júpiter en 1979. Los datos de esos sobrevuelos se utilizaron para refinar el tamaño de Ganímedes, revelando que era más grande que la luna Titán de Saturno , que anteriormente se creía que era más grande. [114] Las imágenes de las Voyager proporcionaron las primeras vistas del terreno superficial acanalado de la luna. [115]
Los sobrevuelos de las sondas Pioneer y Voyager se realizaron a grandes distancias y a altas velocidades, ya que volaron en trayectorias sin límites a través del sistema de Júpiter. Se pueden obtener mejores datos de una nave espacial que esté en órbita alrededor de Júpiter, ya que puede encontrarse con Ganímedes a una velocidad menor y ajustar la órbita para un acercamiento más cercano. En 1995, la sonda espacial Galileo entró en órbita alrededor de Júpiter y entre 1996 y 2000 realizó seis sobrevuelos cercanos a Ganímedes. [40] Estos sobrevuelos se denominaron G1, G2, G7, G8, G28 y G29. [23] Durante el sobrevuelo más cercano (G2), Galileo pasó a solo 264 km de la superficie de Ganímedes (cinco por ciento del diámetro de la luna), [23] que sigue siendo el acercamiento más cercano realizado por cualquier nave espacial. Durante el sobrevuelo G1 en 1996, los instrumentos de Galileo detectaron el campo magnético de Ganímedes. [116] Los datos de los sobrevuelos de Galileo se utilizaron para descubrir el océano subterráneo, lo que se anunció en 2001. [23] [40] Los espectros de alta resolución espacial de Ganímedes tomados por Galileo se utilizaron para identificar varios compuestos no relacionados con el hielo en la superficie. [52]
La sonda espacial New Horizons también observó Ganímedes, pero desde una distancia mucho mayor, a su paso por el sistema de Júpiter en 2007 (en ruta hacia Plutón ). Los datos se utilizaron para realizar un mapeo topográfico y compositivo de Ganímedes. [117] [118]
Al igual que Galileo , la sonda espacial Juno orbitó Júpiter. El 25 de diciembre de 2019, Juno realizó un sobrevuelo distante de Ganímedes durante su 24.ª órbita de Júpiter, a una distancia de 97.680 a 109.439 kilómetros (60.696 a 68.002 mi). Este sobrevuelo proporcionó imágenes de las regiones polares de la luna. [119] [120] En junio de 2021, Juno realizó un segundo sobrevuelo, a una distancia más cercana de 1.038 kilómetros (645 mi). [110] [121] Este encuentro fue diseñado para proporcionar una asistencia gravitatoria para reducir el período orbital de Juno de 53 días a 43 días. Se recopilaron imágenes adicionales de la superficie. [110]
La sonda Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) será la primera en entrar en órbita alrededor de Ganímedes. JUICE se lanzó el 14 de abril de 2023. [122] Está previsto que realice su primer sobrevuelo de Ganímedes en 2031 y luego entre en órbita en 2032. Cuando la nave espacial consuma su combustible, está previsto que JUICE salga de órbita e impacte en Ganímedes en febrero de 2034. [123]
Además de JUICE, la sonda Europa Clipper de la NASA , cuyo lanzamiento está previsto para octubre de 2024, realizará cuatro sobrevuelos cercanos a Ganímedes a partir de 2030. [124] También podría estrellarse contra Ganímedes al final de su misión para ayudar a JUICE a estudiar la geoquímica de la superficie. [125] [126]
Se han propuesto otras misiones para sobrevolar u orbitar Ganímedes, pero no fueron seleccionadas para su financiación o fueron canceladas antes del lanzamiento.
El Jupiter Icy Moons Orbiter habría estudiado Ganimedes con mayor detalle. [127] Sin embargo, la misión fue cancelada en 2005. [128] Otra vieja propuesta fue llamada La grandeza de Ganimedes. [58]
En 2010 se propuso un orbitador Ganimedes basado en la sonda Juno para el Planetary Science Decadal Survey . [129] La misión no fue apoyada, y el Decadal Survey prefirió la misión Europa Clipper en su lugar. [130]
La misión Europa Jupiter System Mission tenía una fecha de lanzamiento propuesta para 2020, y era una propuesta conjunta de la NASA y la ESA para la exploración de muchas de las lunas de Júpiter, incluyendo Ganímedes. En febrero de 2009 se anunció que la ESA y la NASA habían dado prioridad a esta misión por delante de la misión Titan Saturn System . [131] La misión iba a consistir en el Jupiter Europa Orbiter dirigido por la NASA, el Jupiter Ganymede Orbiter dirigido por la ESA y posiblemente un Jupiter Magnetospheric Orbiter dirigido por la JAXA . Los componentes de la NASA y la JAXA fueron cancelados más tarde, y parecía probable que el de la ESA también lo fuera, [132] pero en 2012 la ESA anunció que seguiría adelante sola. La parte europea de la misión se convirtió en Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE). [133]
El Instituto Ruso de Investigación Espacial propuso una misión astrobiológica con un módulo de aterrizaje en Ganímedes llamado Laplace-P , [134] posiblemente en asociación con JUICE. [134] [135] Si hubiera sido seleccionada, se habría lanzado en 2023. La misión se canceló debido a la falta de financiación en 2017. [136]
![Imagen de Ganímedes tomada por la Voyager 2 desde una distancia de 6.000.000 km (3.800.000 millas) el 2 de julio de 1979 durante su sobrevuelo de Júpiter.[137]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/de/Ganymede_Voyager_2.tif/lossy-page1-1280px-Ganymede_Voyager_2.tif.jpg)
![Imagen de Ganímedes tomada por el telescopio espacial Hubble en 1996.[138]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6c/Hubble%E2%80%99s_View_of_Ganymede.jpg/1280px-Hubble%E2%80%99s_View_of_Ganymede.jpg)
![Imagen infrarroja de Ganímedes tomada durante el paso de Juno en julio de 2021. Créditos de la imagen: A. Mura -Juno/JIRAM – ASI/INAF/JPL-Caltech/SwRI [120]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a8/Ganymede_infrared_NASA_Juno_JIRAM.jpg/1280px-Ganymede_infrared_NASA_Juno_JIRAM.jpg)
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de septiembre de 2024 ( enlace )El comité identificó una serie de grandes misiones adicionales que tienen un alto valor científico pero que no se recomiendan para el decenio 2013-2022 por diversas razones. En orden alfabético, estas misiones son las siguientes: Orbitador Ganímedes [...]
