V roce 1610, Galileo Galilei podíval se na noční oblohu skrz a dalekohled vlastní konstrukce . Když zahlédl Jupiter, všiml si přítomnosti několika „svítících objektů“, které jej obklopovaly, které zpočátku považoval za hvězdy. Časem by si všiml, že tyto „hvězdy“ obíhají kolem planety, a uvědomil si, že to byly ve skutečnosti Jupiterovy měsíce – které by dostaly jméno a , Evropa , Ganymede a Callisto .
Z nich je Ganymede největší a může se pochlubit mnoha fascinujícími vlastnostmi. Kromě toho, že je největším měsícem ve sluneční soustavě, je také větší než planeta Merkur. Je to jediný satelit ve Sluneční soustavě, o kterém je známo, že má magnetosféru, má řídkou kyslíkovou atmosféru a (podobně jako jeho spoluměsíce, Europa a Callisto) se má za to, že má vnitřní oceán.
Objevování a pojmenování:
Ačkoli čínské astronomické záznamy tvrdí, že astronom Gan De mohl zahlédnout měsíc Jupitera (pravděpodobně Ganymede) pouhým okem již v roce 365 př. n. l., Galileo Galilei se připisuje prvnímu zaznamenanému pozorování Ganymedu 7. ledna 1610 pomocí svého dalekohledu. . Spolu s Io, Europou a Callisto je v té době pojmenoval „Hvězdy Mediceanů“ – po svém patronovi, velkovévodovi toskánském, Cosimu de‘ Medici.
Simon Marius, německý astronom a současník Galilea, který tvrdil, že nezávisle objevil Ganymede, navrhl alternativní jména na příkaz Johannese Keplera. Jména Io, Europa, Ganymede a Callisto – která byla všechna převzata z klasické mytologie – však byla formálně přijata až ve 20. století.
Ilustrace Jupiteru a Galileových satelitů. Kredit: NASA
Před tím, Galileovské měsíce byly pojmenovány Jupiter I až IV na základě jejich blízkosti k planetě (s Ganymedem označeným jako Jupiter III). Po objevu měsíců Saturnu byl pro Jupiterovy měsíce použit systém pojmenování založený na systému Keplera a Mariuse.V řecké mytologii byl Ganymed synem krále Trose (aka. Ilion), jmenovce města Tróje (Ilium).
Velikost, hmotnost a oběžná dráha:
Se středním poloměrem 2634,1 ± 0,3 kilometru (ekvivalent 0,413 Země) je Ganymed největším měsícem ve Sluneční soustavě a je dokonce větší než planeta Merkur. S hmotností 1,4819 x 10²³ kg (ekvivalent 0,025 Země) je však hmotnější jen o polovinu. To je způsobeno Ganymedovým složením, které se skládá z vodního ledu a silikátové horniny (viz níže).
Oběžná dráha Ganymedu má malou excentricitu 0,0013 s průměrnou vzdáleností (hlavní poloosa) 1 070 400 km – v rozmezí od 1 069 200 km v periapsi po 1 071 600 km apoapsi. Ganymede trvá sedm dní a tři hodiny, než dokončí jedinou revoluci. Stejně jako většina známých měsíců je Ganymede slapově uzamčen, s jednou stranou vždy obrácenou k planetě.
Jeho oběžná dráha je nakloněna k Joviánskému rovníku, přičemž excentricita a sklon se kvaziperiodicky mění v důsledku slunečních a planetárních gravitačních poruch v časovém měřítku staletí. Tyto orbitální změny způsobují, že se axiální naklonění mění mezi 0 a 0,33°. Ganymede má orbitální rezonanci 4:1 s Io a rezonanci 2:1 s Europou.
Ganymed je největší satelit v naší sluneční soustavě, větší než Merkur a Pluto a tři čtvrtiny velikosti Marsu. Poděkování: NASA/JPL
V podstatě to znamená, že Io oběhne Jupiter čtyřikrát (a Europu dvakrát) na každý oběh uskutečněný Ganymedem. Nadřazená konjunkce mezi Io a Europou nastává, když je Io v periapsi a Europa je v apoapsi, a nadřazená konjunkce mezi Europou a Ganymedem nastává, když je Europa v periapsi. Taková komplikovaná rezonance (rezonance 4:2:1) se nazývá Laplaceova rezonance .
Složení a vlastnosti povrchu:
S průměrnou hustotou 1,936 g/cm3Ganymede se s největší pravděpodobností skládá ze stejných částí kamenného materiálu a vodního ledu. Odhaduje se, že vodní led tvoří 46–50 % hmotnosti Měsíce (o něco méně než u Callisto) s možností přítomnosti některých dalších těkavých ledů, jako je amoniak. Povrch Ganymedu má albedo asi 43 %, což naznačuje, že vodní led tvoří hmotnostní zlomek 50–90 % povrchu.
Blízké infračervené a ultrafialové průzkumy také odhalily přítomnost oxidu uhličitého, oxidu siřičitého a možná kyanogenu, hydrogensíranu a různých organických sloučenin. Novější údaje ukázaly důkazy solí, jako je síran hořečnatý a možná síran sodný, které mohou pocházet z podzemního oceánu (viz níže).
Vnitřek Ganymedu se zdá být plně diferencovaný, skládající se z pevného vnitřního jádra vyrobeného ze železa, vnějšího jádra z tekutého železa a sulfidu železa, silikátového pláště a kulovitého pláště z převážně ledu obklopujícího skalní plášť a jádro. Předpokládá se, že jádro měří v poloměru 500 km, má teplotu asi 1500 – 1700 K a tlak až 10 GPa.
Umělcova výřezová reprezentace vnitřní struktury Ganymedu s vrstvami zobrazenými v měřítku. Kredit: Wikipedia Commons/kelvinsong
Nejpřesvědčivějším důkazem existence kapalného jádra bohatého na železo a nikl je Ganymedovo vnitřní magnetické pole. Konvekce v tekutém železe, které má vysokou elektrickou vodivost, je nejrozumnějším modelem generování magnetického pole. Hustota jádra je odhadována na 5,5 – 6 g/cm³, zatímco silikátový plášť má odhadovanou hustotu 3,4 – 3,6 g/cm³.
Tento plášť je s největší pravděpodobností složen ze silikátových materiálů chondrity a železo. Vnější ledová skořápka je největší vrstvou ze všech, měří odhadem 800 km (497 mil) tlustou. Přesná tloušťka této a dalších vrstev v nitru Ganymedu závisí na předpokládaném složení silikátů a množství síry v jádře.
Vědci se také domnívají, že Ganymede má hustý oceán uhnízděný mezi dvěma vrstvami ledu – tetragonální vrstvou mezi ním a jádrem a šestihrannou vrstvou nad ním. Přítomnost tohoto oceánu byla potvrzena údaji provedenými orbitery a studiemi toho, jak se Ganymedova polární záře chová. Stručně řečeno, měsíční polární záře jsou ovlivněny magnetickým polem Ganymedu, které je zase ovlivněno přítomností velkého podpovrchového oceánu se slanou vodou.
Povrch Ganymedu je směsí dvou typů terénu. Jsou zde velmi staré, vysoce kráterové a tmavé oblasti a poněkud mladší, světlejší oblasti označené rozsáhlou řadou rýh a hřebenů. Způsobem, který je podobný Europě, je povrch Ganymedu asymetrický, přičemž přední polokoule je jasnější než zadní.
Tmavý terén, který tvoří asi jednu třetinu povrchu, je tak zbarvený, protože povrchový led v těchto oblastech obsahuje jíly a organické materiály. Objevila se teorie, že je zanechaly impaktory, což odpovídá skutečnosti, že impaktní krátery jsou mnohem rozsáhlejší v oblastech tmavého terénu.
Mezitím se věří, že rýhovaný terén má tektonickou povahu; což by mohlo být částečně způsobeno kryovulkanismus , ale předpokládá se, že je většinou výsledkem událostí přílivového ohřevu. Ohýbání přílivu a odlivu mohlo zahřát vnitřek a napnout litosféru, což vedlo ke vzniku trhlin, trhlin a zlomů, které vymazaly starý tmavý terén na 70 % povrchu.
Ačkoli jsou krátery běžnější v tmavších oblastech, jsou vidět po celém povrchu. Ganymed mohl před 3,5 až 4 miliardami let zažít období silných kráterů, podobně jako na Měsíci. Pokud je to pravda, k velké většině dopadů došlo v této epoše, zatímco míra tvorby kráterů byla od té doby mnohem menší. Krátery na Ganymedu jsou také plošší než ty na Měsíci a Merkuru, což je pravděpodobně způsobeno relativně slabou povahou ledové kůry Ganymedu.
Ganymede má také polární čepičky, pravděpodobně složené z vodního mrazu, které byly poprvé spatřeny Cestovat kosmická loď. Od objevu bylo navrženo několik teorií pro jejich vznik, od tepelné migrace vodní páry do vyšších zeměpisných šířek až po plazmové bombardování, které mění led jasnější. Získaná data podle Galileo kosmická loď – která zaznamenala velmi blízkou shodu mezi hranicí polární čepičky a hranicemi měsíčního magnetického pole – naznačuje, že druhá teorie je správná.
Atmosféra:
Podobně jako Evropa má Ganymede slabou kyslíkovou atmosféru. Také podobné Europě je způsob formování atmosféry, což zahrnuje vodní led na povrchu, který se interakcí s UV zářením štěpí na vodík a kyslík, přičemž vodík se ztrácí do vesmíru a kyslík se zadržuje. Předpokládá se, že povrchový tlak této atmosféry leží v rozmezí 0,2–1,2 mikropascalů.
Montáž ukazující pohledy New Horizons na Ganymede pořízené infračerveným spektrometrem a přístroji LORRI a LEISA. Poděkování: NASA/Johns Hopkins University APL/SwRI
Přítomnost této atmosféry také způsobuje airglow efekt, slabou emisi světla způsobenou interakcí atomárního kyslíku a energetických částic. Tento efekt není rovnoměrně rozložen (jako u Europy), ale místo toho způsobuje, že se nad polárními oblastmi objevují jasné skvrny – což by mohly být „polární polární záře“ – díky magnetickému poli planety.
Další důkazy o kyslíkové atmosféře pocházejí z detekce různých plynů zachycených v ledu na Ganymedu. Tyto důkazy se skládaly ze spektroskopické detekce ozónu (O³) a také absorpčních prvků, které indikovaly přítomnost plynného kyslíku (O²). Další složkou atmosféry je vodík, který (navzdory většině ztrát ve vesmíru) stále existuje na povrchu ve velmi malých koncentracích.
Existence této neutrální atmosféry znamená, že by měla existovat ionosféra, protože molekuly kyslíku jsou ionizovány dopady energetických elektronů přicházejících z magnetosféry a slunečním elektromagnetickým UV zářením. Existence ionosféry však zůstává kontroverzní kvůli konfliktním údajům shromážděným různými misemi.
magnetosféra:
Ganymed je mezi měsíci ve sluneční soustavě jedinečný v tom, že jako jediný má magnetosféru. Hodnota trvalého magnetického momentu měsíce se odhaduje na 1,3 x 10¹³ T·m³, což je třikrát větší než magnetický moment Merkuru. Magnetický dipól je nakloněn vzhledem k rotační ose Ganymeda o 176°, což znamená, že je namířen proti Jovianskému magnetickému momentu.
Magnetické pole Jupiteru a proudy vynucující společnou rotaci. Kredit: Wikipedia Commons/Ruslik0
Dipólové magnetické pole vytvořené tímto trvalým momentem má na Ganymedově rovníku sílu 719 ± 2 Tesla (nT) a zhruba dvojnásobek síly na pólech (1440 nT). Tento magnetický moment také vyřezává část prostoru kolem Ganymedu a vytváří malou magnetosféru vloženou do Jupiteru o průměru asi 10 525 – 13 156 km.
Ganymedská magnetosféra má oblast uzavřených siločar umístěných pod 30° zeměpisné šířky, kde jsou zachyceny nabité částice (elektrony a ionty) a vytvářejí jakýsi radiační pás. Hlavním druhem iontů v magnetosféře je jednoduchý ionizovaný kyslík, který dobře zapadá do slabé kyslíkové atmosféry Ganymedu.
Interakce mezi ganymedskou magnetosférou a jovianským plazmatem je v mnoha ohledech podobná interakci slunečního větru a zemské magnetosféry. Plazma rotující společně s Jupiterem dopadá na zadní stranu ganymedské magnetosféry podobně jako sluneční vítr dopadá na zemskou magnetosféru.
Kromě vlastního magnetického momentu má Ganymede indukované dipólové magnetické pole, jehož existence je spojena s variací Jovianského magnetického pole poblíž Ganymedu. Indukované magnetické pole Ganymedu je podobné jako u Callisto a Europy, což naznačuje, že tento měsíc má také podpovrchový vodní oceán s vysokou elektrickou vodivostí.
Umělcovo pojetí polární záře na Ganymedu. Poděkování: NASA / ESA
Existence magnetosféry Ganymede však zůstává trochu záhadou. Na jedné straně se předpokládá, že jeho existence je výsledkem Ganymedova dynamo efektu způsobeného vodivým materiálem pohybujícím se v jádru, podobně jako na Zemi. Jiná tělesa, která mají diferencovaná kovová jádra, však magnetosféry nemají a relativně malá velikost jádra Ganymeda naznačuje, že by se mělo dostatečně ochladit, takže pohyby tekutin již nejsou možné.
Jedním z vysvětlení této nesrovnalosti je, že stejné orbitální rezonance, které mohly narušit povrch, také umožňují přetrvávání magnetického pole. S rostoucím přílivovým ohřevem během takových rezonancí mohl plášť izolovat jádro a bránit mu v ochlazení. Dalším vysvětlením je zbytková magnetizace silikátových hornin v plášti, která je možná, pokud družice měla v minulosti výraznější pole generované dynamem.
Obyvatelnost:
Existují určité spekulace o potenciální obyvatelnosti oceánu Ganymede. An analýza zveřejněná v roce 2014 , s ohledem na realistickou termodynamiku vody a účinků soli, naznačuje, že Ganymede by mohl mít hromadu několika vrstev oceánu oddělených různými fázemi ledu, přičemž nejnižší vrstva kapaliny přiléhá ke skalnatému plášti pod ním.
To je důležité, protože vrstva nejblíže skalnatému vnitřku by byla vystavena ohřevu v důsledku přílivového ohýbání pláště. Toto teplo by mohlo být přeneseno do vody přes hydrotermální průduchy , které by mohly poskytnout potřebné teplo a energii k udržení života. V kombinaci s okysličenou vodou by formy života mohly existovat na hranici jádra a pláště ve formě extrémofilů, způsobem, který je podobný co se nachází v pozemských oceánech (a předpokládá se, že existuje ve vnitřním oceánu Evropy).
Průzkum:
Několik sond létajících kolem Jupiteru nebo obíhajících kolem Jupitera prozkoumalo Ganymede blíže, včetně čtyř průletů v 70. letech 20. století a několika průletů v 90. až 21. století. První přístupy byly provedeny společností Pioneer 10ajedenáct sondy, které se k Měsíci přiblížily v roce 1973, respektive 1974. Tyto mise vrátily konkrétnější informace o jeho fyzických vlastnostech a vyřešily rysy na 400 km (250 mi) na jeho povrchu.
Další mise přišly v roce 1979, kdy Cestování 1a2 sondy prošly kolem Měsíce, zpřesnily odhady jeho velikosti a poprvé odhalily jeho rýhovaný terén. V roce 1995, Galileo kosmická loď obíhala kolem Jupiteru a v letech 1996 až 2000 provedla šest těsných průletů. Výsledky sondy zahrnovaly objev magnetického pole Ganymedu, vnitřního oceánu měsíce a velké množství spektrálních snímků, které ukazovaly neledové sloučeniny na povrchu.
Umělecký dojem z New Horizons při průletu kolem Jupiteru. Obrazový kredit: NASA/JPL/JHUAPL
Poslední misi na Ganymede provedla Nové obzory sonda v roce 2007. Na cestě k Plutu sonda během svého průletu kolem Jupiteru získala topografická data a data mapování složení Europy a Ganymedu. V současné době neprobíhají žádné mise na Ganymede, ale pro nadcházející desetiletí bylo navrženo několik misí.
Jedním z takových návrhů je společný NASA/ESA Mise systému Europa Jupiter (EJSM), která by zkoumala Jupiterovy měsíce (včetně Ganymedu) a má navrhované datum startu na rok 2020. Mise by sestávala z Jupiter Europa Orbiter NASA, Jupiter Ganymede Orbiter ESA a možná i JAXA Jupiter Magnetospheric Orbiter.
Příspěvek ESA byl přejmenován na Průzkumník ledového měsíce Jupiter (JUICE) v roce 2012 a získala startovací slot na palubě vědeckého programu ESA Cosmic Vision (spuštění je naplánováno na rok 2022 nebo 2024). To může zahrnovat partnerskou misi z Ruského institutu pro výzkum vesmíru – známého jako Ganymede Lander (GL) – a zahrnovalo by JUICE zkoumání Ganymede z oběžné dráhy a provádění několika průletů nebo Europy a Callisto.
Orbiter Ganymede založený na Juno sonda byla také navržena v roce 2010 pro Planetary Science Decadal Survey. Jako součást zprávy výboru prezentované na průzkumu – nazvané „ Vize a Voyageři pro planetární vědu v desetiletí 2013-2022 “ – byla navržena koncepční studie možného sondy Ganymede Orbiter, která zahrnovala doporučení ohledně přístrojového vybavení.
Umělecký koncept Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO), zrušeného programu, který předpokládal vyslání kosmické lodi, aby zkontrolovala Callisto, Ganymede a Europu. Poděkování: NASA/JPL
Zrušený návrh na orbiter Ganymede byl Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO), která by provedla průlet kolem Evropy, Ganymede a Callisto. Navrženo pro použití jaderného štěpení pro energii a iontový motor pro pohon by JIMO studoval Ganymede podrobněji než předchozí orbiter. Mise však byla v roce 2005 zrušena kvůli škrtům v rozpočtu.
Kolonizace:
Ganymed je považován za možného kandidáta na lidské osídlení – a dokonce i terraformaci – kvůli mnoha výhodám, které představuje. Za prvé, jako největší měsíc Jupitera má Ganymede gravitační sílu 1,428 m/s2(ekvivalent 0,146 g), což je srovnatelné s pozemským Měsícem. Tato nižší gravitace, která je dostatečně dostatečná na to, aby omezila účinky svalové a kostní degenerace, také znamená, že Měsíc má nižší únikovou rychlost – což znamená, že ke startu raket z povrchu by bylo potřeba podstatně méně paliva.
A co víc, přítomnost magnetosféry znamená, že kolonisté by byli lépe chráněni před kosmickým zářením než na jiných tělesech. Převaha vodního ledu znamená, že kolonisté mohli také vyrábět dýchatelný kyslík, vlastní pitnou vodu a byli by schopni syntetizovat raketové palivo. Bohužel, kromě toho, Ganymede představuje četné výzvy pro kolonizaci.
Pro začátek, přítomnost magnetosféry nestíní Ganymed před dostatečným kosmickým zářením, aby byla zajištěna bezpečnost lidí, protože je zastíněna silným magnetickým polem Jupiteru. To má za následek, že povrch obdrží přibližně 8 rem záření za den – což je 333krát průměr toho, co za rok zažijí organismy vázané na Zemi.
Umělcův koncept budoucí osady na Ganymedu. Kredit: futuretimeline.net
Dominance Jupiterova magnetického pole také znamená, že magnetosféra Ganymedu není dostatečně silná, aby udržela atmosféru dostatečné hustoty pro udržení lidských bytostí. To by také nestačilo k udržení velkého množství tepla. Proto by osady na povrchu musely být silně izolovány, chráněny před radiací a obsahovat dýchatelnou atmosféru.
Možným řešením, podobným tomu, co bylo navrženo pro Evropu, by bylo, kdyby kolonisté vybudovali osady v ledovém plášti nebo možná úplně pod povrchem ledu. Tato zapuštěná (nebo vodní stanoviště) by byla chráněna před škodlivým kosmickým zářením ledovým pláštěm. Mohly by také fungovat jako potrubí mezi oceánem a povrchem, přivádět vodu dovnitř a zpracovávat ji na palivo pro export.
Takové možnosti jsou však ještě daleko od realizace a mezitím zůstává prozkoumání Ganymedu a rozluštění jeho hlubších záhad prioritou. A z nich jich má Ganymede několik! Stejně jako ostatní galilejské měsíce má Ganymede spoustu jedinečných a tajemných atributů, z nichž mnohé stále odporují chápání.
Kromě toho, že je největším měsícem ve Sluneční soustavě, je to jediný měsíc kromě Země (a plynových obrů), který má magnetické pole. A samozřejmě existuje možnost, že by pod jeho ledovou kůrou mohl existovat život, možná v mikrobiální nebo extrémní formě. To vše dělá z Ganymedu zajímavou vyhlídku pro budoucí průzkum.
Zde na Universe Today máme mnoho zajímavých článků o Ganymedu a Jupiterových měsících. Zde je seznam Galileovské měsíce , stejně jako celý Jupiterův systém měsíců .
Zde je jeden o Vnitřní oceán Ganymedu a jak amatérský astronom vyrobil a podrobná mapa Ganymedu .
Zde je a seznam ze všech největších měsíců Sluneční soustavy a a výpis z největších měsíců a nejmenších planet na Solar Views.
Universe Today má celou řadu podcastů o Solar System at Astronomy Cast .
