Obecnie znaczna część badań nad planetologią Układu Słonecznego poświęcona jest satelitom planet olbrzymów. Zainteresowanie nimi wzrosło na przełomie lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych, po tym jak pierwsze zdjęcia z sondy Voyager ujawniły naukowcom niesamowitą różnorodność i złożoność tych odległych światów. Jednym z obiecujących obiektów badań jest największy satelita Jowisza - Ganimedes.
System Jupiter w skrócie
Mówiąc o satelitach, z reguły nie uwzględniają one różnicy w liczbie małych obiektów tworzących układy pierścieni - ogromne na Saturnie i znacznie skromniejsze na Jowiszu. Biorąc to pod uwagę, największa planeta w Układzie Słonecznym ma również najliczniejszy, według współczesnych danych, orszak.
Liczba znanych satelitów stale rośnie. Tak więc do 2017 roku wiadomo było, że Jowisz ma 67 satelitów, z których największe są porównywalne z planetami, imałe mają około kilometra. Na początku 2019 r. liczba otwartych satelitów osiągnęła już 79.
Satelity Galileusza
Cztery największe, oprócz samej planety, ciała w układzie Jowisza zostały odkryte w 1610 roku przez Galileo Galilei. Na jego cześć otrzymali swoje wspólne imię. Największe satelity Jowisza noszą imię ukochanego najwyższego bóstwa panteonu grecko-rzymskiego: Io, Europa, Ganimedes i Callisto. Łatwo je dostrzec za pomocą małego teleskopu lub lornetki. Każdy z tych satelitów jest bardzo interesujący dla planetologów.
Io - najbliżej planety - wyróżnia się tym, że jest najbardziej aktywnym obiektem w Układzie Słonecznym. Ze względu na pływowy wpływ Jowisza, a także Europy i Ganimedesa, na Io działa ponad czterysta wulkanów. Cała powierzchnia satelity, nieco większa od średnicy Księżyca, pokryta jest emisją siarki i jej związków.
Europa jest drugim co do wielkości satelitą, nieco mniejszym od Księżyca. Pokryta jest lodową skorupą poprzecinaną uskokami i pęknięciami. Pod tą skorupą widać ślady oceanu płynnej wody. Europa jest jednym z najlepszych kandydatów do znalezienia życia pozaziemskiego.
Trzecim co do wielkości księżycem jest Ganimedes. Jego funkcje zostaną omówione bardziej szczegółowo poniżej.
Callisto to satelita galilejski najdalej od Jowisza. Średnica jest bardzo zbliżona do planety Merkury. Powierzchnia Kallisto jest niezwykle stara, charakteryzuje się ogromną liczbą kraterów uderzeniowych, co wskazuje:o braku aktywności geologicznej. Niektóre modele konstrukcji dopuszczają istnienie ciekłego oceanu pod powierzchnią Kallisto.
Zdjęcie poniżej przedstawia największe księżyce Jowisza w kolejności odległości od niego oraz w porównaniu z rozmiarami Ziemi i Księżyca.
Ganimedes: rozmiar i orbita
Średnica Ganimedesa wynosi 5268 km, czyli prawie 400 km więcej niż średnica Merkurego. To nie tylko największy księżyc Jowisza, ale także największy i najmasywniejszy księżyc w Układzie Słonecznym. Ganimedes jest półtora raza większy i dwa razy masywniejszy od Księżyca.
Satelita znajduje się nieco ponad milion kilometrów od Jowisza, porusza się po niemal kołowej orbicie, dokonując pełnego obrotu w 7,15 ziemskiego dnia. Własna rotacja Ganimedesa odbywa się synchronicznie z obrotem wokół planety, tak że zawsze zwraca się on do Jowisza o tej samej półkuli - tak jak Księżyc do Ziemi.
Skład i struktura satelity
Oprócz skał i żelaza Ganimedes zawiera dużą ilość wody (głównie w postaci lodu) z domieszką substancji lotnych, takich jak amoniak. Dane z analizy spektralnej wskazują również na obecność na jej powierzchni dwutlenku węgla, związków siarki i prawdopodobnie substancji organicznych w postaci mieszaniny (tzw. tolin).
Model struktury Ganimedesa opiera się na wynikach badań cech jego rotacji i pola magnetycznego. Zakłada się, że satelita składa się z następujących wyraźnych warstw:
- rdzeń wzbogacony żelazem;
- krzemianowy płaszcz wewnętrzny;
- zewnętrzny głównie lodowy płaszcz;
- podpowierzchniowy słony ocean przeplatany lodem;
- kora o złożonym składzie i strukturze.
Cechy powierzchni
Zdjęcia największego satelity planety Jowisz, uzyskane podczas misji Voyager, a zwłaszcza Galileo, pokazują różnorodność i złożoną strukturę powierzchni. Około jedną trzecią obszaru Ganimedesa zajmują ciemne, pozornie starożytne obszary z dużą liczbą kraterów. Lżejsze obszary są nieco młodsze, ponieważ jest tam znacznie mniej formacji uderzeniowych. Mają bruzdowany charakter, pokryty licznymi pęknięciami i grzbietami.
Te jasne, pomarszczone obszary są uważane za wynik wcześniejszej aktywności tektonicznej. Zapewne procesy te były spowodowane wieloma czynnikami. Po pierwsze, podczas grawitacyjnego różnicowania wnętrza satelity i formowania się jego rdzenia i innych warstw, wydzielało się ciepło, a powierzchnia ulegała deformacji. Ponadto należy wziąć pod uwagę wpływ sił pływowych podczas niestabilności orbit we wczesnym układzie Jowisza.
Największy księżyc gigantycznej planety ma słabe czapy polarne, które, jak się uważa, zostały utworzone przez cząsteczki szronu wodnego.
Cienka atmosfera Ganimedesa
Przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Hubble'a w pobliżu Ganimedesa odkryto niezwykle rozrzedzoną gazową otoczkę tlenu cząsteczkowego. Jego obecność jest najprawdopodobniej związana z dysocjacjącząsteczki wody w lodzie powierzchniowym pod wpływem promieniowania kosmicznego. Ponadto w atmosferze Ganimedesa wykryto wodór atomowy.
Stężenie cząstek w tej słabej atmosferze jest rzędu setek milionów cząsteczek na centymetr sześcienny. Oznacza to, że ciśnienie na powierzchni Ganimedesa może wynosić dziesiąte części mikropaskala, czyli bilion razy mniej niż na Ziemi.
Pole magnetyczne i magnetosfera
W wyniku pomiarów przeprowadzonych przez stację Galileo okazało się, że największy satelita Jowisza ma własne dość silne pole magnetyczne. Wartość jego indukcji waha się od 720 do 1440 nT (dla porównania dla Ziemi jest to 25–65 µT, czyli średnio 40 razy więcej). Obecność pola magnetycznego była poważnym argumentem na korzyść modelu, zgodnie z którym żelazne jądro Ganimedesa, podobnie jak naszej planety, dzieli się na solidną część centralną i stopioną powłokę.
Pole magnetyczne Ganimedesa tworzy magnetosferę - obszar, w którym ruch naładowanych cząstek jest zgodny z tym polem. Region ten rozciąga się na odległość od 2 do 2,5 średnic Ganimedesa. Oddziałuje w złożony sposób z magnetosferą Jowisza i jego ekstremalnie rozciągniętą jonosferą. Bieguny Ganimedesa od czasu do czasu pokazują zorze polarne.
Dalsze badania
Po aparacie Galileo satelity Jowisza były badane głównie przez teleskopy. Pewna ilośćZdjęcia uzyskano także podczas przelotów obok stacji Cassini i Nowe Horyzonty. Na początku XXI wieku miało zostać zrealizowanych kilka specjalnych projektów kosmicznych w celu zbadania tych ciał niebieskich, ale z wielu powodów zostały one zamknięte.
Teraz zaplanowane misje, takie jak EJSM (Europa Jupiter System Mission), obejmujące wystrzelenie kilku pojazdów w celu zbadania Io, Europa i Ganimedes, Europa Clipper i JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer). W programie tego ostatniego szczególną uwagę przywiązuje się do największego satelity Jowisza.
Które z tych projektów się spełnią, czas pokaże. Jeśli zapowiedziane misje będą miały miejsce, dowiemy się wielu nowych i ekscytujących rzeczy o odległych światach w układzie Jowisza.
