Las lunas galileanas ( / ˌ ɡ æ l ɪ ˈ l eɪ . ə n / ), [1] o satélites galileanos , son las cuatro lunas más grandes de Júpiter : Ío , Europa , Ganímedes y Calisto . Son los objetos más fácilmente visibles del Sistema Solar después de Saturno , visible sin ayuda , el más tenue de los planetas clásicos , lo que permite la observación con binoculares comunes , incluso en condiciones de cielo nocturno de alta contaminación lumínica . La invención del telescopio permitió el descubrimiento de las lunas en 1610. Gracias a esto, se convirtieron en los primeros objetos del Sistema Solar descubiertos desde que los humanos comenzaron a rastrear los planetas clásicos, y los primeros objetos encontrados en órbita alrededor de cualquier planeta más allá de la Tierra.
Son lunas de masa planetaria y se encuentran entre los objetos más grandes del Sistema Solar ; Titán y Tritón , junto con la Luna , son más grandes que cualquiera de los planetas enanos del Sistema Solar . La mayor de las cuatro es Ganímedes, que es la luna más grande del Sistema Solar, y Calisto, las cuales son más grandes o casi tan grandes como el planeta Mercurio , aunque no tan masivas. Los más pequeños, Io y Europa, tienen aproximadamente el tamaño de la Luna. Las tres lunas interiores (Io, Europa y Ganímedes) están en una resonancia orbital de 4:2:1 entre sí. Si bien las lunas galileanas son esféricas, todas las lunas restantes de Júpiter tienen formas irregulares debido a su autogravitación más débil , además de ser mucho más pequeñas.
Las lunas galileanas llevan el nombre de Galileo Galilei , quien las observó en diciembre de 1609 o enero de 1610, y las reconoció como satélites de Júpiter en marzo de 1610; [2] siguieron siendo las únicas lunas conocidas de Júpiter hasta el descubrimiento de la quinta luna más grande de Júpiter, Amaltea, en 1892. [3] Galileo inicialmente llamó a su descubrimiento Cosmica Sidera (" estrellas de Cosme ") o estrellas de Medici , pero las Los nombres que finalmente prevalecieron fueron los elegidos por Simon Marius . Marius descubrió las lunas de forma independiente casi al mismo tiempo que Galileo, el 8 de enero de 1610, y les dio sus nombres individuales actuales, en honor a los personajes mitológicos que Zeus sedujo o raptó , sugeridos por Johannes Kepler en su Mundus Jovialis , publicado en 1614 . 4] Su descubrimiento mostró la importancia del telescopio como herramienta para los astrónomos al demostrar que había objetos en el espacio que no se pueden ver a simple vista. El descubrimiento de cuerpos celestes orbitando algo distinto de la Tierra asestó un duro golpe al entonces aceptado sistema mundial ptolemaico , una teoría geocéntrica en la que todo orbita alrededor de la Tierra.
Como resultado de las mejoras que Galileo Galilei hizo al telescopio , con una capacidad de aumento de 20×, [5] pudo ver los cuerpos celestes con mayor claridad de lo que era posible anteriormente. Esto permitió a Galileo observar en diciembre de 1609 o enero de 1610 lo que se conoció como las lunas galileanas. [6] [7]
El 7 de enero de 1610, Galileo escribió una carta que contenía la primera mención de las lunas de Júpiter. En ese momento, sólo vio tres de ellas y creyó que eran estrellas fijas cercanas a Júpiter. Continuó observando estos orbes celestes del 8 de enero al 2 de marzo de 1610. En estas observaciones, descubrió un cuarto cuerpo y también observó que los cuatro no eran estrellas fijas, sino que orbitaban alrededor de Júpiter. [6]
El descubrimiento de Galileo demostró la importancia del telescopio como herramienta para los astrónomos al demostrar que había objetos en el espacio por descubrir que hasta entonces no habían sido vistos a simple vista. Más importante aún, el descubrimiento de cuerpos celestes orbitando algo distinto de la Tierra asestó un golpe al entonces aceptado sistema mundial ptolemaico , que sostenía que la Tierra estaba en el centro del universo y todos los demás cuerpos celestes giraban alrededor de ella. [8] El Sidereus Nuncius ( Mensajero estrellado ) de Galileo del 13 de marzo de 1610, que anunciaba observaciones celestes a través de su telescopio, no menciona explícitamente el heliocentrismo copernicano , teoría que situaba el Sol en el centro del universo. Sin embargo, Galileo aceptó la teoría copernicana. [6]
Un historiador chino de la astronomía, Xi Zezong , ha afirmado que una "pequeña estrella rojiza" observada cerca de Júpiter en 364 a. C. por el astrónomo chino Gan De puede haber sido Ganímedes. De ser cierto, esto podría ser anterior al descubrimiento de Galileo en unos dos milenios. [9]
Las observaciones de Simon Marius son otro ejemplo destacado de observación, y más tarde informó haber observado las lunas en 1609. [10] Sin embargo, debido a que no publicó estos hallazgos hasta después de Galileo, existe cierto grado de incertidumbre en torno a sus registros. [10]
En 1605, Galileo había trabajado como tutor de matemáticas para Cosme de' Medici . En 1609, Cosme se convirtió en Gran Duque Cosme II de Toscana . Galileo, buscando el patrocinio de su ahora rico antiguo alumno y de su poderosa familia, utilizó el descubrimiento de las lunas de Júpiter para conseguirlo. [6] El 13 de febrero de 1610, Galileo escribió al secretario del Gran Duque:
"Dios me ha honrado de poder, mediante tan singular signo, revelar a mi Señor mi devoción y el deseo que tengo de que su glorioso nombre viva igual entre las estrellas, y como me corresponde a mí, primer descubridor, nombrar estos nuevos planetas, deseo, a imitación de los grandes sabios que colocaron entre las estrellas a los más excelentes héroes de aquella época, inscribir en ellos el nombre del Serenísimo Gran Duque". [6]
Galileo inicialmente llamó a su descubrimiento Cosmica Sidera ("las estrellas de Cosimo"), en honor solo a Cosimo, [a] La secretaria de Cosimo sugirió cambiar el nombre a Medicea Sidera ("las estrellas de Medici "), en honor a los cuatro hermanos Medici (Cosimo , Francesco, Carlo y Lorenzo). [6] El descubrimiento fue anunciado en el Sidereus Nuncius ("Mensajero estrellado"), publicado en Venecia en marzo de 1610, menos de dos meses después de las primeras observaciones.
El 12 de marzo de 1610, Galileo escribió su carta dedicatoria al duque de Toscana y al día siguiente envió una copia al gran duque, con la esperanza de obtener su apoyo lo antes posible. El 19 de marzo, envió al Gran Duque el telescopio que había utilizado para ver por primera vez las lunas de Júpiter, junto con una copia oficial de Sidereus Nuncius ( El mensajero estrellado ) que, siguiendo el consejo del secretario, nombró a las cuatro lunas Estrellas Médicas. [6] En su introducción dedicatoria, Galileo escribió:
Apenas han comenzado a brillar en la tierra las gracias inmortales de tu alma, se ofrecen en el cielo brillantes estrellas que, como lenguas, hablarán y celebrarán tus excelentísimas virtudes para todos los tiempos. He aquí, pues, cuatro estrellas reservadas a tu ilustre nombre... que... hacen sus viajes y órbitas con velocidad maravillosa alrededor de la estrella de Júpiter... como hijos de una misma familia... En efecto, aparece el Hacedor. El mismo de las Estrellas, con claros argumentos, me amonestó para que llamara a estos nuevos planetas con el ilustre nombre de Vuestra Alteza antes que todos los demás. [6]
Otros nombres propuestos incluyen:
Los nombres que finalmente prevalecieron fueron elegidos por Simon Marius , quien descubrió las lunas de forma independiente al mismo tiempo que Galileo: las nombró por sugerencia de Johannes Kepler en honor a los amantes del dios Zeus (el equivalente griego de Júpiter), en su Mundus Jovialis. , publicado en 1614: [13]
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 Yo llamo a la Primera Io, a la Segunda Europa, a la Tercera, debido a su majestuosidad de luz, Ganímedes, a la Cuarta Calisto... Esta fantasía, y los nombres particulares dados, me fueron sugeridos por Kepler, Astrónomo Imperial, cuando nos encontramos en la feria de Ratisbona en octubre de 1613. Así que si, en broma, y en memoria de nuestra amistad entonces iniciada, lo aclamo como padre conjunto de estas cuatro estrellas, nuevamente no haré nada malo.
Galileo se negó rotundamente a utilizar los nombres de Marius y, como resultado, inventó el sistema de numeración que todavía se utiliza hoy en día, en paralelo con los nombres propios de las lunas. Los números van desde Júpiter hacia afuera, por lo tanto I, II, III y IV para Io, Europa, Ganímedes y Calisto respectivamente. [14] Galileo utilizó este sistema en sus cuadernos, pero nunca lo publicó. [13] Los nombres numerados (Júpiter x ) se utilizaron hasta mediados del siglo XX, cuando se descubrieron otras lunas interiores y los nombres de Marius se hicieron ampliamente utilizados. [14]
El descubrimiento de Galileo tuvo aplicaciones prácticas. Una navegación segura requería determinar con precisión la posición de un barco en el mar. Si bien la latitud se podía medir bastante bien mediante observaciones astronómicas locales, determinar la longitud requería conocer la hora de cada observación sincronizada con la hora en una longitud de referencia. El problema de la longitud era tan importante que en varias ocasiones España, Holanda y Gran Bretaña ofrecieron grandes premios por su solución.
Galileo propuso determinar la longitud basándose en el momento de las órbitas de las lunas galileanas. [16] Los tiempos de los eclipses de luna podrían calcularse con precisión de antemano y compararse con observaciones locales en tierra o en barcos para determinar la hora local y, por tanto, la longitud. Galileo solicitó en 1616 el premio español de 6.000 ducados de oro con una pensión vitalicia de 2.000 al año, y casi dos décadas después el premio holandés, pero para entonces se encontraba bajo arresto domiciliario por posible herejía . [17] : 15-16
El principal problema de la técnica de las lunas jovianas era que era difícil observar las lunas galileanas a través de un telescopio en un barco en movimiento, problema que Galileo intentó solucionar con la invención de la celatona . Otros sugirieron mejoras, pero sin éxito. [15]
Los estudios cartográficos terrestres tuvieron el mismo problema para determinar la longitud, aunque con condiciones de observación menos severas. El método resultó práctico y fue utilizado por Giovanni Domenico Cassini y Jean Picard para volver a cartografiar Francia . [18]
Algunos modelos predicen que pudo haber habido varias generaciones de satélites galileanos en la historia temprana de Júpiter. Cada generación de lunas que se habría formado habría entrado en espiral hacia Júpiter y habría sido destruida, debido a las interacciones de marea con el disco de protosatélites de Júpiter , y se habrían formado nuevas lunas a partir de los escombros restantes. Cuando se formó la generación actual, el gas en el disco del protosatélite se había adelgazado hasta el punto de que ya no interfería mucho con las órbitas de las lunas. [19] [20]
Otros modelos sugieren que los satélites galileanos se formaron en un disco de protosatélite, en el que las escalas de tiempo de formación eran comparables o más cortas que las escalas de tiempo de migración orbital. [21] Io es anhidro y probablemente tenga un interior de roca y metal. [19] Se cree que Europa contiene un 8% de hielo y agua en masa y el resto roca. [19] Estas lunas son, en orden creciente de distancia de Júpiter:
Io (Júpiter I) es la más interna de las cuatro lunas galileanas de Júpiter; Con un diámetro de 3642 kilómetros, es la cuarta luna más grande del Sistema Solar y es sólo un poco más grande que la luna de la Tierra . Lleva el nombre de Io , una sacerdotisa de Hera que se convirtió en una de las amantes de Zeus . Hasta mediados del siglo XX se le conocía como "Júpiter I" o "El primer satélite de Júpiter". [14]
Con más de 400 volcanes activos, Ío es el objeto geológicamente más activo del Sistema Solar. [25] Su superficie está salpicada por más de 100 montañas, algunas de las cuales son más altas que el Monte Everest de la Tierra . [26] A diferencia de la mayoría de los satélites del Sistema Solar exterior (que tienen una gruesa capa de hielo), Io está compuesto principalmente de roca de silicato que rodea un núcleo de hierro fundido o sulfuro de hierro. [27]
Aunque no está demostrado, los datos del orbitador Galileo indican que Ío podría tener su propio campo magnético. [28] Io tiene una atmósfera extremadamente delgada compuesta principalmente de dióxido de azufre (SO 2 ). [29] Si un buque de recolección o de datos de superficie aterrizara en Ío en el futuro, tendría que ser extremadamente resistente (similar a los cuerpos tipo tanque de los módulos de aterrizaje Venera soviéticos ) para sobrevivir a la radiación y los campos magnéticos que se originan en Júpiter. [30]
Europa (Júpiter II), la segunda de las cuatro lunas galileanas, es la segunda más cercana a Júpiter y la más pequeña con 3121,6 kilómetros de diámetro, un poco más pequeña que la Luna de la Tierra . El nombre proviene de una mujer noble fenicia mítica , Europa , que fue cortejada por Zeus y se convirtió en reina de Creta , aunque el nombre no se utilizó ampliamente hasta mediados del siglo XX. [14]
Tiene una superficie lisa y brillante, [31] con una capa de agua que rodea el manto del planeta, que se cree que tiene 100 kilómetros de espesor. [32] La superficie lisa incluye una capa de hielo, mientras que se teoriza que el fondo del hielo es agua líquida. [33] La aparente juventud y suavidad de la superficie han llevado a la hipótesis de que debajo de ella existe un océano de agua que posiblemente podría servir como morada para vida extraterrestre . [34] La energía térmica procedente de la flexión de las mareas garantiza que el océano permanezca líquido e impulsa la actividad geológica. [35] Puede existir vida en el océano submarino de Europa. Hasta el momento, no hay evidencia de que exista vida en Europa, pero la probable presencia de agua líquida ha estimulado llamados para enviar una sonda allí. [36]
Las marcas prominentes que atraviesan la luna parecen ser principalmente características de albedo , que enfatizan la topografía baja. Hay pocos cráteres en Europa porque su superficie es tectónicamente activa y joven. [38] Algunas teorías sugieren que la gravedad de Júpiter está causando estas marcas, ya que un lado de Europa está constantemente frente a Júpiter. También se han considerado como causas las erupciones de agua volcánica que henden la superficie de Europa, e incluso los géiseres. Se teoriza que el color de las marcas, marrón rojizo, es causado por el azufre, pero los científicos no pueden confirmarlo porque no se han enviado dispositivos de recopilación de datos a Europa. [39] Europa está hecha principalmente de roca de silicato y probablemente tenga un núcleo de hierro . Tiene una atmósfera tenue compuesta principalmente de oxígeno . [40]
Ganímedes (Júpiter III), la tercera luna galilea, lleva el nombre del mitológico Ganímedes , copero de los dioses griegos y amado de Zeus . [41] Ganímedes es el satélite natural más grande del Sistema Solar con 5262,4 kilómetros de diámetro, lo que lo hace más grande que el planeta Mercurio , aunque solo tiene aproximadamente la mitad de su masa [42] ya que Ganímedes es un mundo helado. Es el único satélite del Sistema Solar que se sabe que posee una magnetosfera , probablemente creada mediante convección dentro del núcleo de hierro líquido. [43]
Ganímedes está compuesto principalmente de roca de silicato y hielo de agua, y se cree que existe un océano de agua salada a casi 200 kilómetros debajo de la superficie de Ganímedes, intercalado entre capas de hielo. [44] El núcleo metálico de Ganímedes sugiere un mayor calor en algún momento de su pasado de lo que se había propuesto anteriormente. La superficie es una mezcla de dos tipos de terreno: regiones oscuras con muchos cráteres y regiones más jóvenes, pero aún antiguas, con una gran variedad de surcos y crestas. Ganímedes tiene una gran cantidad de cráteres, pero muchos han desaparecido o son apenas visibles debido a la corteza helada que se forma sobre ellos. El satélite tiene una fina atmósfera de oxígeno que incluye O, O 2 y posiblemente O 3 ( ozono ), y algo de hidrógeno atómico . [45] [46]
Calisto (Júpiter IV) es la cuarta y última luna galileana, y la segunda más grande de las cuatro, y con 4.820,6 kilómetros de diámetro, es la tercera luna más grande del Sistema Solar, y apenas más pequeña que Mercurio, aunque sólo un poco más. tercio de la masa de este último. Lleva el nombre de la ninfa mitológica griega Calisto , amante de Zeus, hija del rey arcadio Lykaon y compañera de caza de la diosa Artemisa. La Luna no forma parte de la resonancia orbital que afecta a tres satélites galileanos interiores y, por tanto, no experimenta un calentamiento de marea apreciable . [47] Calisto está compuesta de cantidades aproximadamente iguales de roca y hielo , lo que la convierte en la menos densa de las lunas galileanas. Es uno de los satélites con más cráteres del Sistema Solar y una característica importante es una cuenca de unos 3.000 km de ancho llamada Valhalla . [48]
Calisto está rodeada por una atmósfera extremadamente delgada compuesta de dióxido de carbono [49] y probablemente oxígeno molecular . [50] La investigación reveló que Calisto posiblemente tenga un océano subterráneo de agua líquida a profundidades inferiores a 300 kilómetros. [51] La probable presencia de un océano dentro de Calisto indica que puede o podría albergar vida . Sin embargo, esto es menos probable que en la cercana Europa . [52] Calisto ha sido considerada durante mucho tiempo el lugar más adecuado para una base humana para la futura exploración del sistema de Júpiter, ya que está más alejada de la intensa radiación del campo magnético de Júpiter. [53]
Las fluctuaciones en las órbitas de las lunas indican que su densidad media disminuye con la distancia a Júpiter. Calisto, la más externa y menos densa de las cuatro, tiene una densidad intermedia entre el hielo y la roca, mientras que Io, la luna más interna y densa, tiene una densidad intermedia entre la roca y el hierro. Calisto tiene una superficie de hielo antigua, llena de cráteres e inalterada y la forma en que gira indica que su densidad está distribuida equitativamente, lo que sugiere que no tiene un núcleo rocoso o metálico, sino que consiste en una mezcla homogénea de roca y hielo. Esta bien pudo haber sido la estructura original de todas las lunas. La rotación de las tres lunas interiores, por el contrario, indica una diferenciación de sus interiores con materia más densa en el núcleo y materia más ligera arriba. También revelan una importante alteración de la superficie. Ganímedes revela un movimiento tectónico pasado de la superficie del hielo que requirió el derretimiento parcial de las capas del subsuelo. Europa revela un movimiento más dinámico y reciente de esta naturaleza, lo que sugiere una corteza de hielo más delgada. Finalmente, Io, la luna más interna, tiene una superficie de azufre, vulcanismo activo y no hay señales de hielo. Toda esta evidencia sugiere que cuanto más cerca está una luna de Júpiter, más caliente es su interior. El modelo actual es que las lunas experimentan calentamiento por marea como resultado del campo gravitacional de Júpiter en proporción inversa al cuadrado de su distancia al planeta gigante. En todos menos en Calisto, esto habrá derretido el hielo interior, permitiendo que la roca y el hierro se hunda hacia el interior y el agua cubra la superficie. En Ganímedes se formó entonces una gruesa y sólida corteza de hielo. En la Europa más cálida se formó una corteza más delgada y más fácil de romper. En Io el calentamiento es tan extremo que toda la roca se ha derretido y hace mucho tiempo que el agua se ha evaporado en el espacio.
Se cree que los satélites regulares de Júpiter se formaron a partir de un disco circumplanetario, un anillo de gas en acreción y desechos sólidos análogo a un disco protoplanetario . [55] [56] Pueden ser los restos de una veintena de satélites de masa galileana que se formaron temprano en la historia de Júpiter. [20] [55]
Las simulaciones sugieren que, si bien el disco tenía una masa relativamente alta en un momento dado, con el tiempo una fracción sustancial (varias décimas por ciento) de la masa de Júpiter capturada de la nebulosa solar fue procesada a través de él. Sin embargo, para explicar la existencia de satélites se necesita una masa del disco de sólo el 2% de la de Júpiter. [55] Por lo tanto, puede haber habido varias generaciones de satélites de masa galileana en la historia temprana de Júpiter. Cada generación de lunas habría girado en espiral hacia Júpiter, debido al arrastre del disco, y luego se formarían nuevas lunas a partir de los nuevos escombros capturados de la nebulosa solar. [55] Cuando se formó la generación actual (posiblemente la quinta), el disco se había adelgazado hasta el punto de que ya no interfería mucho con las órbitas de las lunas. [20] Las actuales lunas galileanas todavía se vieron afectadas, cayendo y quedando parcialmente protegidas por una resonancia orbital que todavía existe para Io, Europa y Ganímedes. La mayor masa de Ganímedes significa que habría migrado hacia el interior a un ritmo más rápido que Europa o Io. [55] La disipación de las mareas en el sistema joviano aún está en curso y Calisto probablemente será capturada en la resonancia en aproximadamente 1.500 millones de años, creando una cadena de 1:2:4:8. [57]
Las cuatro lunas galileanas son lo suficientemente brillantes como para ser vistas desde la Tierra sin un telescopio , si tan solo pudieran aparecer más lejos de Júpiter. (Sin embargo, se distinguen fácilmente incluso con binoculares de baja potencia ). Tienen magnitudes aparentes entre 4,6 y 5,6 cuando Júpiter está en oposición con el Sol, [58] y son aproximadamente una unidad de magnitud más tenues cuando Júpiter está en conjunción . La principal dificultad para observar las lunas desde la Tierra es su proximidad a Júpiter, ya que quedan oscurecidas por su brillo. [59] Las separaciones angulares máximas de las lunas están entre 2 y 10 minutos de arco de Júpiter, [60] lo que está cerca del límite de la agudeza visual humana . Ganímedes y Calisto, en su máxima separación, son los objetivos más probables para una posible observación a simple vista. [61]
Animaciones GIF que representan las órbitas de la luna galileana y la resonancia de Ío, Europa y Ganímedes.
A los siete días del mes de enero de la presente fecha de 1610....
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