Ganímedes , o Júpiter III , es el satélite natural más grande y masivo de Júpiter así como el más grande del Sistema Solar , siendo una luna de masa planetaria . Es el objeto más grande del Sistema Solar sin una atmósfera sustancial, a pesar de ser la única luna del Sistema Solar con un campo magnético sustancial . Al igual que Titán , la luna más grande de Saturno , es más grande que el planeta Mercurio , pero tiene algo menos de gravedad superficial que Mercurio, Io o la Luna debido a su menor densidad en comparación con los tres. [17]
Ganímedes está compuesto de roca de silicato y agua en proporciones aproximadamente iguales. Es un cuerpo completamente diferenciado con un núcleo líquido rico en hierro y un océano interno que potencialmente contiene más agua que todos los océanos de la Tierra juntos. [18] [19] [20] [21] Su superficie se compone de dos tipos principales de terreno.
El primero de los dos tipos principales de superficie comprende las regiones más claras, generalmente atravesadas por extensos surcos y crestas, y que datan de hace poco menos de 4 mil millones de años. Cubren alrededor de dos tercios de Ganímedes. La causa de la geología alterada del terreno ligero no se conoce completamente, pero se especula que esto puede ser el resultado de la actividad tectónica debido al calentamiento de las mareas . A continuación están las regiones oscuras que cubren aproximadamente un tercio de Ganímedes. Estas regiones oscuras están saturadas de cráteres de impacto y datan de hace cuatro mil millones de años. [9] Ganímedes orbita Júpiter en aproximadamente siete días y está en una resonancia orbital de 1:2:4 con las lunas Europa e Io , respectivamente.
Al poseer un núcleo metálico , tiene el factor de momento de inercia más bajo de cualquier cuerpo sólido del Sistema Solar. El campo magnético de Ganímedes probablemente se crea por convección dentro de su núcleo de hierro líquido, también creado por las fuerzas de marea de Júpiter. [22] El escaso campo magnético está enterrado dentro del campo magnético mucho más grande de Júpiter y se mostraría sólo como una perturbación local de las líneas de campo . Ganímedes tiene una fina atmósfera de oxígeno que incluye O, O 2 y posiblemente O 3 ( ozono ). [16] El hidrógeno atómico es un constituyente atmosférico menor. Aún no se ha resuelto si Ganímedes tiene una ionosfera asociada a su atmósfera. [23]
El descubrimiento de Ganímedes se atribuye a Simon Marius y Galileo Galilei , quienes la observaron en 1610, [2] [g] como la tercera de las lunas galileanas , el primer grupo de objetos descubiertos orbitando otro planeta. [25] Su nombre pronto fue sugerido por el astrónomo Simón Mario, en honor al mitológico Ganímedes , un príncipe troyano deseado por Zeus (la contraparte griega de Júpiter ), quien lo llevó para ser copero de los dioses. [26] Comenzando con Pioneer 10 , varias naves espaciales han explorado Ganímedes. [27] 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 el Júpiter Icy Moon Explorer (JUICE) de la Agencia Espacial Europea , que se lanzó en 2023. [28] Después de sobrevolar las tres lunas heladas galileanas, está previsto que entre en órbita alrededor de Ganímedes. [29]
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 Ganímedes. [30] Sin embargo, Gan De informó que el color de su compañera era rojizo, lo cual es desconcertante ya que las lunas son demasiado débiles para que su color se perciba a simple vista. [31] Shi Shen y Gan De juntos hicieron observaciones bastante precisas de los cinco planetas principales. [32] [33]
El 7 de enero de 1610, Galileo Galilei utilizó un telescopio para observar lo que pensó que eran tres estrellas cerca de Júpiter, incluida lo que resultó ser Ganímedes, Calisto y un cuerpo que resultó ser la luz combinada de Ío y Europa ; la noche siguiente notó que se habían mudado. El 13 de enero vio las cuatro lunas a la vez por primera vez, pero antes de esta fecha había visto cada una de las lunas al menos una vez. El 15 de enero, Galileo llegó a la conclusión de que las estrellas eran en realidad cuerpos que orbitaban alrededor de Júpiter . [2] [3] [g]
Galileo reclamó el derecho a poner nombre a las lunas que había descubierto. Consideró "Estrellas Cosmias" y se decantó por " Estrellas Medicianas ", en honor a Cosme II de' Medici . [26]
El astrónomo francés Nicolas-Claude Fabri de Peiresc sugirió nombres individuales de la familia Medici para las lunas, pero su propuesta no fue aceptada. [26] Simón Marius , que inicialmente había afirmado haber encontrado los satélites galileanos, [34] intentó nombrar las lunas como "Saturno de Júpiter", "Júpiter de Júpiter" (este era Ganímedes), "Venus de Júpiter" , y el "Mercurio de Júpiter", otra nomenclatura que nunca tuvo éxito. Más tarde, después de enterarse de una sugerencia de Johannes Kepler , Marius estuvo de acuerdo con la propuesta de Kepler y propuso en su lugar un sistema de nombres basado en la mitología griega . Esta propuesta final de Kepler/Marius finalmente tuvo éxito. [26]
Los poetas culpan mucho a Júpiter por sus amores irregulares. Se menciona especialmente a tres doncellas que fueron cortejadas clandestinamente por Júpiter con éxito. Io, hija del río Ínaco, Calisto de Licaón, Europa de Agenor. Luego estaba Ganímedes, 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... Pienso, por tanto, que no habría hecho mal si la Primera es llamada por mí Io, la Segunda Europa, la Tercera, por su majestuosidad de luz, Ganímedes, la Cuarta Calisto... [35] [36]
Este nombre y los de los otros satélites galileanos cayeron en desgracia durante un tiempo considerable y no fueron de uso común hasta mediados del siglo XX. En gran parte de la literatura astronómica anterior, se hace referencia a Ganímedes por su designación en números romanos, 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 denominación basado en el de Kepler y Marius para las lunas de Júpiter. [26] Ganímedes es la única luna galileana de Júpiter que lleva el nombre de una figura masculina; al igual que Io, Europa y Calisto, era un amante de Zeus.
Los satélites galileanos conservan la grafía italiana de sus nombres. En los casos de Io, Europa y Calisto, estos son idénticos al latín, pero la forma latina de Ganímedes es Ganímedes . En inglés, la 'e' final es muda, quizás bajo la influencia del francés, a diferencia de los nombres posteriores tomados del latín y el griego.
Ganímedes orbita Júpiter a una distancia de 1.070.400 kilómetros (665.100 millas), tercero entre los satélites galileanos, [25] y completa una revolución cada siete días y tres horas (7.155 días [37] ). Como la mayoría de las lunas conocidas, Ganímedes está bloqueada por mareas , con un lado siempre mirando hacia el planeta, por lo que su día también es de siete días y tres horas. [38] Su órbita es muy ligeramente excéntrica e inclinada hacia el ecuador joviano , y la excentricidad y la inclinación cambian casi periódicamente debido a 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. [39] Estas variaciones orbitales hacen que la inclinación axial (el ángulo entre los ejes de rotación y orbital) varíe entre 0 y 0,33°. [11]
Ganímedes participa en resonancias orbitales con Europa e Io: por cada órbita de Ganímedes, Europa orbita dos veces y Io orbita cuatro veces. [39] [40] Las conjunciones (alineación en el mismo lado de Júpiter) entre Io y Europa ocurren cuando Io está en periapsis y Europa en apoapsis . Las conjunciones entre Europa y Ganímedes ocurren cuando Europa está en periapsis. [39] Las longitudes de las conjunciones Io-Europa y Europa-Ganimedes cambian al mismo ritmo, haciendo imposibles las conjunciones triples. Una resonancia tan complicada se llama resonancia de Laplace . [41] La resonancia de Laplace actual es incapaz de bombear la excentricidad orbital de Ganímedes a un valor más alto. [41] El valor de aproximadamente 0,0013 es probablemente un remanente de una época anterior, cuando tal bombeo era posible. [40] La excentricidad orbital de Ganímedia es algo desconcertante; Si no se bombea ahora, debería haberse descompuesto hace mucho tiempo debido a la disipación de las mareas en el interior de Ganímedes. [41] Esto significa que el último episodio de excitación de la excentricidad ocurrió hace sólo varios cientos de millones de años. [41] Debido a que la excentricidad orbital de Ganímedes es relativamente baja (en promedio 0,0015 [40]), el calentamiento de las mareas es insignificante ahora. [41] Sin embargo, en el pasado Ganímedes pudo haber pasado por una o más resonancias tipo Laplace [h] que fueron capaces de bombear la excentricidad orbital a un valor tan alto como 0,01-0,02. [9] [41] Esto probablemente provocó un importante calentamiento por mareas en el interior de Ganímedes; la formación del terreno surcado puede ser el resultado de uno o más episodios de calentamiento. [9] [41]
Hay dos hipótesis sobre el origen de la resonancia de Laplace entre Io, Europa y Ganímedes: que es primordial y ha existido desde el inicio del Sistema Solar; [42] o que se desarrolló después de la formación del Sistema Solar . Una posible secuencia de eventos para el último escenario es la siguiente: Io elevó las mareas en Júpiter, causando que la órbita de Io se expandiera (debido a la conservación del impulso) hasta que encontró la resonancia 2:1 con Europa; después de eso la expansión continuó, pero parte del momento angular fue transferido a Europa cuando la resonancia hizo que su órbita también se expandiera; El proceso continuó hasta que Europa encontró la resonancia 2:1 con Ganímedes. [41] Finalmente, las tasas de deriva de las conjunciones entre las tres lunas se sincronizaron y bloquearon en la resonancia de Laplace. [41]
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Con un diámetro de aproximadamente 5270 kilómetros (3270 millas) y una masa de 1,48 × 10 20 toneladas (1,48 × 10 23 kg; 3,26 × 10 23 lb), Ganímedes es la luna más grande y masiva del Sistema Solar . [43] Es ligeramente más masiva que la segunda luna más masiva, el satélite Titán de Saturno , 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 4.880 kilómetros (3.030 millas), pero tiene sólo el 45 por ciento de la masa de Mercurio. Ganímedes es el noveno objeto más grande del sistema solar, pero el décimo más masivo.
La densidad media de Ganímedes, 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 y forma un océano subterráneo. [44] La fracción de masa de hielo está entre el 46 y el 50 por ciento, que es ligeramente menor que la de Calisto. [45] También pueden estar presentes algunos hielos volátiles adicionales, como el amoníaco . [45] [46] La composición exacta de la roca de Ganímedes no se conoce, pero probablemente se acerque a la composición de las condritas ordinarias tipo L / LL , [45] que se caracterizan por tener menos hierro total, menos hierro metálico y más óxido de hierro que Condritas H. La proporción de peso de hierro a silicio oscila entre 1,05 y 1,27 en Ganímedes, mientras que la proporción solar es de alrededor de 1,8. [45]
La superficie de Ganímedes tiene un albedo de alrededor del 43 por ciento. [48] El hielo de agua parece estar omnipresente en su superficie, con una fracción de masa del 50 al 90 por ciento, [9] significativamente más que en Ganímedes en su conjunto. La espectroscopia de infrarrojo cercano ha revelado la presencia de fuertes bandas de absorción de hielo de agua en longitudes de onda de 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 y 3,0 μm . [48] El terreno ranurado es más brillante y tiene una composición más helada que el terreno oscuro. [49] El análisis de los espectros de alta resolución, infrarrojo cercano y UV obtenidos por la nave espacial Galileo y a partir de observaciones de la Tierra ha revelado diversos materiales distintos del agua: dióxido de carbono , dióxido de azufre y, posiblemente, cianógeno , sulfato de hidrógeno y diversos compuestos orgánicos. . [9] [50] 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. [38] [51] Estas sales pueden originarse en el océano subterráneo. [51]
El albedo de la superficie de Ganimedio es muy asimétrico; el hemisferio delantero [i] es más brillante que el trasero. [48] Esto es similar a Europa, pero lo contrario para Calisto. [48] El hemisferio posterior de Ganímedes parece estar enriquecido en dióxido de azufre. [52] [53] 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. [50] [54] Los cráteres de impacto en Ganímedes (excepto uno) no muestran ningún enriquecimiento en dióxido de carbono, lo que también lo distingue de Calisto. El dióxido de carbono de Ganímedes probablemente se agotó en el pasado. [54] La superficie de Ganímedes es una mezcla de dos tipos de terreno: regiones oscuras, muy antiguas y con muchos cráteres, y regiones algo más jóvenes (pero aún antiguas) y más claras, marcadas con una amplia gama de surcos y crestas. El terreno oscuro, que comprende aproximadamente un tercio de la superficie, [55] contiene arcillas y materiales orgánicos que podrían indicar la composición de los impactadores de los cuales se acretaron los satélites jovianos. [56]
El mecanismo de calentamiento necesario para la formación del terreno surcado de Ganímedes es un problema no resuelto en las ciencias planetarias . La visión moderna es que el terreno surcado es principalmente de naturaleza tectónica . [9] Se cree que el criovulcanismo jugó sólo un papel menor, si es que tuvo alguno. [9] Las fuerzas que causaron las fuertes tensiones en la litosfera de hielo de Ganímedia , necesarias para iniciar la actividad tectónica, pueden estar relacionadas con los eventos de calentamiento de las mareas en el pasado, posiblemente causados cuando el satélite pasó a través de resonancias orbitales inestables. [9] [57] La flexión del hielo por marea puede haber calentado el interior y tensado la litosfera, lo que provocó el desarrollo de grietas y fallas horst y graben , que borraron el terreno antiguo y oscuro en el 70 por ciento de la superficie. [9] [58] La formación del terreno ranurado también puede estar relacionada con la formación temprana del núcleo y el posterior calentamiento por marea del interior de Ganímedes, que puede haber causado una ligera expansión de Ganímedes entre uno y seis por ciento debido a las transiciones de fase en el hielo y expansión térmica . [9] Durante la evolución posterior, es posible que columnas de agua caliente se hayan elevado desde el núcleo a la superficie, provocando la deformación tectónica de la litosfera. [59] El calentamiento radiogénico dentro del satélite es la fuente de calor actual más importante y contribuye, por ejemplo, a la profundidad del océano. Los modelos de investigación han descubierto que si la excentricidad orbital fuera un orden de magnitud mayor que la actual (como pudo haber sido en el pasado), el calentamiento de las mareas sería una fuente de calor más importante que el calentamiento radiogénico. [60]
Se observan cráteres en ambos tipos de terreno, pero son especialmente extensos 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 surcado contiene muchas menos características de impacto, que han sido de menor importancia para su evolución tectónica. [9] La densidad de los cráteres indica una edad de 4 mil millones de años para el terreno oscuro, similar a las tierras altas de la Luna, y una edad algo más joven para el terreno surcado (pero no se sabe cuánto más joven). [61] Ganímedes pudo haber experimentado un período de fuertes cráteres hace 3,5 a 4 mil millones de años similar al de la Luna. [61] 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. [62] 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. [62] [63] Los cráteres de Ganimedio son más planos que los de la Luna y Mercurio. Probablemente esto se deba a la naturaleza relativamente débil de la corteza helada de Ganímedes, que puede (o podría) fluir y suavizar así el relieve. Antiguos cráteres cuyo relieve ha desaparecido dejan sólo un "fantasma" de un cráter conocido como palimpsesto . [62]
Una característica importante de Ganímedes es una llanura oscura llamada Galileo Regio , que contiene una serie de surcos o surcos concéntricos, probablemente creados durante un período de actividad geológica. [64]
Ganímedes también tiene casquetes polares, probablemente compuestos de agua helada. Las heladas se extienden hasta los 40° de latitud. [38] Estos casquetes polares fueron vistos por primera vez por la nave espacial Voyager . Las teorías sobre la formación de los casquetes incluyen la migración de agua a latitudes más altas y el bombardeo del hielo por plasma. Los datos de Galileo sugieren que esto último es correcto. [65] La presencia de un campo magnético en Ganímedes da como resultado un bombardeo más intenso de partículas cargadas de su superficie en las regiones polares desprotegidas; Luego, la chisporroteo conduce a la redistribución de las moléculas de agua, y la escarcha migra a áreas localmente más frías dentro del terreno polar. [sesenta y cinco]
Un cráter llamado Anat proporciona el punto de referencia para medir la longitud en Ganímedes. Por definición, Anat está a 128° de longitud. [66] La longitud 0° mira directamente a Júpiter y, a menos que se indique lo contrario, la longitud aumenta hacia el oeste. [67]
Ganímedes parece estar completamente diferenciado , con una estructura interna que consiste en un núcleo de sulfuro de hierro –hierro , un manto de silicato y capas externas de hielo de agua y agua líquida. [9] [68] [69] Los espesores precisos de las diferentes capas en el interior de Ganímedes dependen de la composición supuesta de silicatos (fracción de olivino y piroxeno ) y de la cantidad de azufre en el núcleo. [45] [68] [70] Ganímedes tiene el factor de momento de inercia más bajo , 0,31, [9] entre los cuerpos sólidos del Sistema Solar. Esto es consecuencia de su importante contenido en agua y de su interior totalmente diferenciado.
En la década de 1970, los científicos de la NASA sospecharon por primera vez que Ganímedes tiene un océano espeso entre dos capas de hielo, una en la superficie y otra debajo de un océano líquido y encima del manto rocoso. [9] [19] [68] [71] [72] En la década de 1990, la misión Galileo de la NASA sobrevoló Ganímedes y encontró indicios de dicho océano subterráneo. [44] Un análisis publicado en 2014, teniendo en cuenta la termodinámica realista del agua y los efectos de la sal, sugiere que Ganímedes podría tener una pila de varias capas oceánicas separadas por diferentes fases de hielo , con la capa líquida más baja adyacente al manto rocoso. . [19] [20] [21] [73] El contacto agua-roca puede ser un factor importante en el origen de la vida . [19] El análisis también señala que las profundidades extremas involucradas (~800 km hasta el "fondo marino" rocoso) significan que las temperaturas en el fondo de un océano convectivo (adiabático) pueden ser hasta 40 K más altas que las del océano hielo-agua. interfaz.
En marzo de 2015, los científicos informaron que las mediciones con el Telescopio Espacial Hubble de cómo se movían las auroras confirmaron que Ganímedes tiene un océano bajo la superficie. [44] Un gran océano de agua salada afecta el campo magnético de Ganímedes y, en consecuencia, su aurora. [18] [73] [74] [75] La evidencia sugiere que los océanos de Ganímedes podrían ser los más grandes de todo el Sistema Solar. [76] Existe cierta especulación sobre la habitabilidad potencial del océano de Ganímedes. [72] [77]
El telescopio espacial Hubble y la nave espacial Juno demostraron que debajo de la gruesa capa de hielo de Ganímedes hay un océano subterráneo que contiene sal y moléculas orgánicas . [78] Estas moléculas orgánicas incluyen hidrato de cloruro de sodio, cloruro de amonio , bicarbonato de sodio y tal vez aldehídos alifáticos. La presencia de sales amoniacales sugiere que Ganímedes tiene materiales lo suficientemente fríos como para condensar amonio durante su formación. [79]
La existencia de un núcleo líquido rico en hierro y níquel [69] proporciona una explicación natural para el campo magnético intrínseco de Ganímedes detectado por la nave espacial Galileo . [80] La convección en el hierro líquido, que tiene una alta conductividad eléctrica , es el modelo más razonable de generación de campo magnético. [22] La densidad del núcleo es de 5,5 a 6 g/cm 3 y la del manto de silicato es de 3,4 a 3,6 g/cm 3 . [45] [68] [70] [80] El radio de este núcleo puede ser de hasta 500 km. [80] La temperatura en el núcleo de Ganímedes es probablemente de 1500 a 1700 K y la presión de hasta 10 GPa (99 000 atm). [68] [80]
En 1972, un equipo de astrónomos indios, británicos y estadounidenses que trabajaban en Java , Indonesia y Kavalur , India, afirmaron que habían detectado una atmósfera delgada durante una ocultación , cuando ésta y Júpiter pasaron por delante de una estrella . [81] Estimaron que la presión superficial era de alrededor de 0,1 Pa (1 microbar). [81] Sin embargo, en 1979, la Voyager 1 observó una ocultación de la estrella κ Centauri durante su sobrevuelo de Júpiter, con resultados diferentes. [82] Las mediciones de ocultación se realizaron en el espectro ultravioleta lejano en longitudes de onda inferiores a 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 numérica de partículas superficiales era 1,5 × 109 cm −3 , lo que corresponde a una presión superficial inferior a 2,5 µPa (25 picobar).[82]Este último valor es casi cinco órdenes de magnitud menor que la estimación de 1972.[82]
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. [16] [83] El HST en realidad observó el brillo del aire de oxígeno atómico en el ultravioleta lejano en las longitudes de onda de 130,4 nm y 135,6 nm. Este resplandor del aire se excita cuando el oxígeno molecular se disocia mediante impactos de electrones, [16] lo que es evidencia de una atmósfera neutra significativa compuesta predominantemente de moléculas de O 2 . La densidad numérica de la superficie probablemente se encuentre en (1,2–7) × 10Rango de 8 cm −3 , correspondiente a la presión superficial de0,2–1,2 µPa.[16][j]Estos valores están de acuerdo conel límite superior de laVoyagerSe cree que se produce cuando el hielo de agua en la superficie de Ganímedes se divide enhidrógenoy oxígeno por radiación, y luego el hidrógeno se pierde más rápidamente debido a su baja masa atómica.[83]El resplandor del aire observado sobre Ganímedes 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 abiertas y cerradas de la magnetosfera de Ganímedia (ver más abajo).[84]Los puntos brillantes son probablementeauroras, causadas por la precipitación de plasma a lo largo de las líneas de campo abierto.[85]
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 provenientes de la magnetosfera [86] y por la radiación solar EUV . [23] Sin embargo, la naturaleza de la ionosfera de Ganímedia es tan controvertida como la naturaleza de la atmósfera. Algunas mediciones de Galileo encontraron una elevada densidad electrónica cerca de Ganímedes, lo que sugiere una ionosfera, mientras que otras no lograron detectar nada. [23] Diferentes fuentes estiman que la densidad de electrones cerca de la superficie se encuentra en el rango de 400 a 2500 cm −3 . [23] En 2008, los parámetros de la ionosfera de Ganímedes no estaban bien restringidos.
Pruebas adicionales de la atmósfera de oxígeno provienen de la detección espectral de gases atrapados en el hielo en la superficie de Ganímedes. La detección de bandas de ozono (O 3 ) se anunció en 1996. [87] En 1997, el análisis espectroscópico reveló las características de absorción dímera (o diatómica ) del oxígeno molecular. Esta absorción sólo puede producirse si el oxígeno se encuentra en una fase densa. El mejor candidato es el oxígeno molecular atrapado en hielo. La profundidad de las bandas de absorción del dímero depende de la latitud y la longitud , más que del albedo de la superficie; tienden a disminuir al aumentar la latitud en Ganímedes, mientras que el O 3 muestra una tendencia opuesta. [88] El trabajo de laboratorio ha descubierto que el O 2 no se agruparía ni burbujearía, sino que se disolvería en hielo a la temperatura superficial relativamente cálida de Ganímedes de 100 K (-173,15 °C). [89]
Una búsqueda de sodio en la atmósfera, justo después de un hallazgo similar en Europa, no arrojó nada en 1997. El sodio es al menos 13 veces menos abundante alrededor de Ganímedes que alrededor de Europa, posiblemente debido a una deficiencia relativa en la superficie o porque la magnetosfera se defiende. de partículas energéticas. [90] Otro componente menor de la atmósfera de Ganimedio es el hidrógeno atómico . Se observaron átomos de hidrógeno hasta a 3.000 kilómetros de la superficie de Ganímedes. Su densidad en la superficie es de aproximadamente 1,5 × 104cm - 3 .[91]
En 2021 se detectó vapor de agua en la atmósfera de Ganímedes. [92]
La nave Galileo realizó seis sobrevuelos cercanos a Ganímedes entre 1995 y 2000 (G1, G2, G7, G8, G28 y G29) [22] y descubrió que Ganímedes tiene un momento magnético permanente (intrínseco) independiente del campo magnético joviano. [93] El valor del momento es aproximadamente 1,3 × 10 13 T·m 3 , [22] que es tres veces mayor que el momento magnético de Mercurio . El dipolo magnético está inclinado 176° con respecto al eje de rotación de Ganímedes, lo que significa que está dirigido contra el momento magnético joviano. [22] 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 Ganímedes, [22] que debería compararse con el campo magnético joviano a la distancia de Ganímedes: aproximadamente 120 nT. [93] El campo ecuatorial de Ganímedes está dirigido contra el campo joviano, lo que significa que la reconexión es posible. La intensidad del campo intrínseco en los polos es dos veces mayor que en el ecuador: 1440 nT. [22]
El momento magnético permanente talla una parte del espacio alrededor de Ganímedes, creando una diminuta magnetosfera incrustada dentro de la de Júpiter ; es la única luna del Sistema Solar que se sabe que posee esta característica. [93] Su diámetro es de 4 a 5 radios de Ganímedes. [94] La magnetosfera de Ganímedia 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 . [94] La principal especie iónica en la magnetosfera es el oxígeno ionizado único, O + [23] , que encaja bien con la tenue atmósfera de oxígeno de Ganímedes . En las regiones de los casquetes polares, en latitudes superiores a 30°, las líneas de campo magnético están abiertas y conectan Ganímedes con la ionosfera de Júpiter. [94] En estas áreas se han detectado electrones e iones energéticos (decenas y cientos de kiloelectronvoltios ), [86] que pueden causar las auroras observadas alrededor de los polos de Ganimedio. [84] Además, los iones pesados se precipitan continuamente en la superficie polar de Ganímedes, chisporroteando y oscureciendo el hielo. [86]
La interacción entre la magnetosfera de Ganímedia y el plasma joviano es en muchos aspectos similar a la del viento solar y la magnetosfera de la Tierra. [94] [95] El plasma que co-rota con Júpiter incide en el lado posterior de la magnetosfera de Ganímedia de manera 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 Ganímedes. Debido al flujo subsónico, no hay arco de choque en el hemisferio posterior de Ganímedes. [95]
Además del momento magnético intrínseco, Ganímedes tiene un campo magnético dipolar inducido. [22] Su existencia está relacionada con la variación del campo magnético joviano cerca de Ganímedes. El momento inducido se dirige radialmente hacia o desde Júpiter siguiendo la dirección de la parte variable del campo magnético planetario. El momento magnético inducido es un orden de magnitud más débil que el intrínseco. La intensidad del campo inducido en el ecuador magnético es de aproximadamente 60 nT, la mitad de la del campo joviano ambiental. [22] El campo magnético inducido de Ganímedes es similar a los de Calisto y Europa, lo que indica que Ganímedes también tiene un océano de agua subterránea con una alta conductividad eléctrica. [22]
Dado que Ganímedes está completamente diferenciado y tiene un núcleo metálico, [9] [80] su campo magnético intrínseco probablemente se genera de manera similar al de la Tierra: como resultado del material conductor que se mueve en su interior. [22] [80] Es probable que el campo magnético detectado alrededor de Ganímedes sea causado por convección composicional en el núcleo, [80] si el campo magnético es producto de la acción de la dinamo o magnetoconvección. [22] [96]
A pesar de la presencia de un núcleo de hierro, la magnetosfera de Ganímedes sigue siendo enigmática, sobre todo porque cuerpos similares carecen de esta característica. [9] Algunas investigaciones han sugerido que, dado su tamaño relativamente pequeño, el núcleo debería haberse enfriado lo suficiente hasta el punto en que los movimientos de fluidos y, por lo tanto, no se mantendrían, un campo magnético. Una explicación es que las mismas resonancias orbitales que se propuso haber alterado la superficie también permitieron que el campo magnético persistiera: con la excentricidad de Ganímedes bombeada y el calentamiento por marea del manto aumentó durante tales resonancias, se redujo el flujo de calor desde el núcleo, dejándolo fluido y convectivo. [58] Otra explicación es una magnetización remanente de rocas de silicato en el manto, lo cual es posible si el satélite hubiera tenido un campo generado por dinamo más significativo en el pasado. [9]
El nivel de radiación en la superficie de Ganímedes es considerablemente más bajo que en Europa, siendo de 50 a 80 mSv (5 a 8 rem) por día en Europa, una cantidad que causaría enfermedades graves o la muerte en seres humanos expuestos durante dos meses. [97]
Ganímedes 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. [98] La acreción de Ganímedes probablemente tardó unos 10.000 años, [99] mucho menos que los 100.000 años estimados para Calisto. La subnebulosa joviana puede haber estado relativamente "falta de gas" cuando se formaron los satélites galileanos; esto habría permitido los largos tiempos de acreción necesarios para Calisto. [98] Por el contrario, Ganímedes se formó más cerca de Júpiter, donde la subnebulosa era más densa, lo que explica su escala de tiempo de formación más corta. [99] Esta formación relativamente rápida impidió el escape de calor acumulado, lo que puede haber llevado al derretimiento y diferenciación del hielo : la separación de las rocas y el hielo. Las rocas se asentaron en el centro, formando el núcleo. [69] En este sentido, Ganímedes es diferente de Calisto, que aparentemente no logró derretirse y diferenciarse temprano debido a la pérdida del calor acumulado durante su formación más lenta. [100] Esta hipótesis explica por qué las dos lunas jovianas parecen tan diferentes, a pesar de su masa y composición similares. [71] [100] Las teorías alternativas explican el mayor calentamiento interno de Ganímedes sobre la base de la flexión de las mareas [101] o golpes más intensos por parte de los impactadores durante el Bombardeo Pesado Tardío . [102] [103] [104] [105] En el último caso, el modelado sugiere que la diferenciación se convertiría en un proceso desbocado en Ganímedes, pero no en Calisto. [104] [105]
Después de la formación, el núcleo de Ganímedes retuvo en gran medida el calor acumulado durante la acreción y diferenciación, liberándolo lentamente al manto de hielo. [100] El manto, a su vez, lo transportó a la superficie por convección. [71] La desintegración de los elementos radiactivos dentro de las rocas calentó aún más el núcleo, provocando una mayor diferenciación: se formó un núcleo interno de hierro-sulfuro de hierro y un manto de silicato. [80] [100] Con esto, Ganímedes se convirtió en un cuerpo completamente diferenciado. [69] En comparación, el calentamiento radiactivo de Calisto indiferenciado provocó convección en su interior helado, lo que lo enfrió efectivamente y evitó el derretimiento a gran escala del hielo y la rápida diferenciación. [106] Los movimientos convectivos en Calisto han causado sólo una separación parcial de la roca y el hielo. [106] Hoy en día, Ganímedes continúa enfriándose lentamente. [80] El calor que se libera de su núcleo y su manto de silicato permite que exista el océano subterráneo, [46] mientras que el lento enfriamiento del núcleo líquido de Fe-FeS provoca convección y favorece la generación de campos magnéticos. [80] El flujo de calor actual que sale de Ganímedes es probablemente mayor que el de Calisto. [100]
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. [107] Ninguna nave espacial ha orbitado aún 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 atravesaba el sistema de Júpiter a gran velocidad. Pioneer 11 realizó un sobrevuelo similar en 1974. [27] Los datos enviados por las dos naves espaciales se utilizaron para determinar las características físicas de la luna [108] y proporcionaron imágenes de la superficie con una resolución de hasta 400 km (250 millas). [109] La aproximación más cercana del Pioneer 10 fue de 446.250 km, aproximadamente 85 veces el diámetro de Ganímedes. [110]
Tanto la Voyager 1 como la Voyager 2 estudiaron a Ganímedes cuando pasaban 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 Titán, la luna de Saturno , que anteriormente se pensaba que era más grande. [111] Las imágenes de las Voyager proporcionaron las primeras vistas del terreno estriado de la superficie lunar. [112]
Los sobrevuelos de Pioneer y Voyager se realizaron a grandes distancias y altas velocidades, ya que volaron en trayectorias libres a través del sistema de Júpiter. Se pueden obtener mejores datos desde una nave espacial que esté orbitando Júpiter, ya que puede encontrar Ganímedes a una velocidad más baja y ajustar la órbita para una aproximación más cercana. En 1995, la nave espacial Galileo entró en órbita alrededor de Júpiter y entre 1996 y 2000 realizó seis sobrevuelos cercanos a Ganímedes. [38] Estos sobrevuelos se denominaron G1, G2, G7, G8, G28 y G29. [22] Durante el sobrevuelo más cercano (G2), Galileo pasó a sólo 264 km de la superficie de Ganímedes (cinco por ciento del diámetro de la luna), [22] que sigue siendo el acercamiento más cercano realizado por cualquier nave espacial. Durante el sobrevuelo del G1 en 1996, los instrumentos de Galileo detectaron el campo magnético de Ganímedes. [113] Los datos de los sobrevuelos de Galileo se utilizaron para descubrir el océano subterráneo, que se anunció en 2001. [22] [38] Los espectros de alta resolución espacial de Ganímedes tomados por Galileo se utilizaron para identificar varios compuestos distintos del hielo en el superficie. [50]
La nave espacial New Horizons también observó a 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 mapas topográficos y compositivos de Ganímedes. [114] [115]
Al igual que Galileo , la nave espacial Juno orbitaba Júpiter. El 25 de diciembre de 2019, Juno realizó un sobrevuelo distante de Ganímedes durante su órbita número 24 de Júpiter, en un rango de 97.680 a 109.439 kilómetros (60.696 a 68.002 millas). Este sobrevuelo proporcionó imágenes de las regiones polares de la luna. [116] [117] En junio de 2021, Juno realizó un segundo sobrevuelo, a una distancia más cercana de 1.038 kilómetros (645 millas). [107] [118] Este encuentro fue diseñado para proporcionar una asistencia gravitacional para reducir el período orbital de Juno de 53 días a 43 días. Se recopilaron imágenes adicionales de la superficie. [107]
El Júpiter Icy Moons Explorer (JUICE) será el primero en entrar en órbita alrededor de Ganímedes. JUICE se lanzó el 14 de abril de 2023. [119] Está previsto que realice su primer sobrevuelo de Ganímedes en 2031 y luego entre en la órbita de la luna en 2032. Cuando la nave espacial consuma su propulsor, está previsto que JUICE sea desorbitado e impacte en Ganímedes. en febrero de 2034. [120]
Además de JUICE, el Europa Clipper de la NASA , cuyo lanzamiento está previsto para octubre de 2024, realizará cuatro sobrevuelos cercanos a Ganímedes a partir de 2030. [121]
Se han propuesto varias otras misiones para sobrevolar u orbitar Ganímedes, pero no fueron seleccionadas para recibir financiación o se cancelaron antes del lanzamiento.
El Júpiter Icy Moons Orbiter habría estudiado Ganímedes con mayor detalle. [122] Sin embargo, la misión fue cancelada en 2005. [123] Otra propuesta antigua se llamó La grandeza de Ganímedes. [56]
En 2010 se propuso un orbitador Ganímedes basado en la sonda Juno para el Planetary Science Decadal Survey . [124] La misión no fue apoyada, y Decadal Survey prefirió la misión Europa Clipper . [125]
La Misión del Sistema Europa Júpiter 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, incluida Ganímedes. En febrero de 2009 se anunció que la ESA y la NASA habían dado prioridad a esta misión por delante de la Misión del Sistema Titán Saturno . [126] La misión consistiría en el Orbitador Júpiter Europa liderado por la NASA, el Orbitador Júpiter Ganímedes liderado por la ESA y posiblemente un Orbitador Magnetosférico de Júpiter liderado por JAXA . Los componentes de la NASA y JAXA se cancelaron más tarde, y parecía probable que los de la ESA también se cancelaran, [127] pero en 2012 la ESA anunció que seguiría adelante sola. La parte europea de la misión fue el Júpiter Icy Moon Explorer (JUICE). [128]
El Instituto Ruso de Investigaciones Espaciales propuso una misión astrobiológica del módulo de aterrizaje Ganímedes llamada Laplace-P , [129] posiblemente en asociación con JUICE. [129] [130] Si hubiera sido seleccionado, se habría lanzado en 2023. La misión fue cancelada debido a la falta de financiación en 2017. [131]
![Imagen de Ganímedes tomada por el Telescopio Espacial Hubble en 1996.[133]](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 sobrevuelo de Juno en julio de 2021. Créditos de las imágenes: A. Mura -Juno/JIRAM – ASI/INAF/JPL-Caltech/SwRI [117]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a8/Ganymede_infrared_NASA_Juno_JIRAM.jpg/1280px-Ganymede_infrared_NASA_Juno_JIRAM.jpg)
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )El comité identificó una serie de misiones grandes adicionales que son de alto valor científico pero que no se recomiendan para la década 2013-2022 por diversas razones. En orden alfabético, estas misiones son las siguientes: Ganymede Orbiter [...]
