Lunas galileanas
Las lunas galileanas (), o satélites galileanos, son las cuatro lunas más grandes de Júpiter: Io, Europa, Ganímedes y Calisto. Fueron vistos por primera vez por Galileo Galilei en diciembre de 1609 o enero de 1610, y reconocidos por él como satélites de Júpiter en marzo de 1610. Fueron los primeros objetos encontrados en órbita alrededor de un planeta que no sea la Tierra.
Se encuentran entre los objetos más grandes del Sistema Solar con la excepción del Sol y los ocho planetas, con un radio mayor que cualquiera de los planetas enanos. Ganímedes es la luna más grande del Sistema Solar, y es incluso más grande que el planeta Mercurio, aunque solo tiene la mitad de masa. Las tres lunas interiores, Io, Europa y Ganímedes, están en una resonancia orbital 4:2:1 entre sí. Mientras que las lunas galileanas son esféricas, todas las lunas restantes de Júpiter, mucho más pequeñas, tienen formas irregulares debido a su autogravitación más débil.
Las lunas galileanas se observaron en 1609 o 1610 cuando Galileo mejoró su telescopio, lo que le permitió observar los cuerpos celestes con más claridad que nunca. Las observaciones de Galileo mostraron la importancia del telescopio como herramienta para los astrónomos al probar que había objetos en el espacio que no se pueden ver a simple vista. El descubrimiento de cuerpos celestes que orbitan algo distinto a la Tierra asestó un duro golpe al entonces aceptado sistema mundial ptolemaico, una teoría geocéntrica en la que todo orbita alrededor de la Tierra.
Galileo inicialmente llamó a su descubrimiento Cosmica Sidera ("Cosimo'las estrellas"), pero los nombres que finalmente prevalecieron fueron 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 actuales, derivados de los amantes de Zeus, que fueron sugeridos por Johannes Kepler, en su Mundus Jovialis, publicado en 1614.
Las cuatro lunas galileanas fueron las únicas lunas conocidas de Júpiter hasta el descubrimiento de Amaltea en 1892.
Historia
Descubrimiento
Como resultado de las mejoras que Galileo Galilei le hizo al telescopio, con una capacidad de aumento de 20x, pudo ver los cuerpos celestes con mayor nitidez que antes. Esto permitió a Galileo observar, ya sea en diciembre de 1609 o en enero de 1610, lo que se conoció como las lunas de Galileo.
El 7 de enero de 1610, Galileo escribió una carta que contenía la primera mención de las lunas de Júpiter. En ese momento, solo vio tres de ellos y creía que eran estrellas fijas cerca de Júpiter. Continuó observando estos orbes celestes desde el 8 de enero hasta el 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.
El descubrimiento de Galileo demostró la importancia del telescopio como herramienta para los astrónomos al mostrar que había objetos en el espacio por descubrir que hasta entonces habían permanecido ocultos a simple vista. Más importante aún, el descubrimiento de cuerpos celestes que orbitan alrededor de algo que no sea la Tierra asestó un duro 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 a su alrededor. El Sidereus Nuncius (Starry Messenger) de Galileo del 13 de marzo de 1610, que anunciaba observaciones celestes a través de su telescopio, no menciona explícitamente el heliocentrismo copernicano, una teoría que situaba el Sol en el centro del universo. Sin embargo, Galileo aceptó la teoría copernicana.
Un historiador chino de la astronomía, Xi Zezong, afirmó que una "pequeña estrella rojiza" observado cerca de Júpiter en 364 a. C. por el astrónomo chino Gan De puede haber sido Ganímedes. Si es cierto, esto podría ser anterior al descubrimiento de Galileo por alrededor de dos milenios.
Las observaciones de Simon Marius son otro ejemplo notable de observación, y más tarde informó haber observado las lunas en 1609. Sin embargo, debido a que no publicó estos hallazgos hasta después de Galileo, existe un grado de incertidumbre en torno a sus registros.
Dedicación a los Médicis
En 1605, Galileo había sido empleado como tutor de matemáticas de Cosme de' Médici. En 1609, Cosimo se convirtió en Gran Duque Cosimo II de Toscana. Galileo, buscando el patrocinio de su antiguo alumno ahora rico y su poderosa familia, usó el descubrimiento de las lunas de Júpiter para obtenerlo. El 13 de febrero de 1610, Galileo escribió al secretario del Gran Duque:
"Dios me dio la gracia de ser capaz, a través de un signo tan singular, de revelar a mi Señor mi devoción y el deseo que tengo que su nombre glorioso viva igual entre las estrellas, y ya que depende de mí, el primer descubridor, de nombrar estos nuevos planetas, deseo, en imitación de los grandes sabios que colocaron a los héroes más excelentes de esa edad entre las estrellas, para incriminarlos con el nombre del Gran Duque Más Sereno."
Galileo preguntó si debería llamar a las lunas 'Estrellas Cósmicas', solo en honor a Cosimo, o 'Estrellas Médicas', que honraría a los cuatro hermanos del clan Medici. El secretario respondió que este último nombre sería el mejor.
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 el apoyo del gran duque lo antes posible. El 19 de marzo, envió al Gran Duque el telescopio que había usado para ver por primera vez las lunas de Júpiter, junto con una copia oficial de Sidereus Nuncius (The Starry Messenger) que, siguiendo el consejo del secretario, llamó a las cuatro lunas las Estrellas Médicas. En su introducción dedicatoria, Galileo escribió:
Apenas las gracias inmortales de tu alma comenzaron a brillar en la tierra que las estrellas brillantes se ofrecen en los cielos que, como lenguas, hablarán y celebrarán tus virtudes más excelentes para siempre. He aquí, pues, cuatro estrellas reservadas para vuestro nombre ilustre... que... hacen sus viajes y órbitas con una velocidad maravillosa alrededor de la estrella de Júpiter... De hecho, parece que el Hacedor de las Estrellas mismo, por argumentos claros, me amonestaba a llamar a estos nuevos planetas por el nombre ilusorio de Su Alteza ante todos los demás.
Nombre
Galileo llamó inicialmente a su descubrimiento Cosmica Sidera ("Cosimo'las estrellas"), en honor a Cosimo II de' Médicis (1590-1621). A sugerencia de Cosimo, Galileo cambió el nombre a Medicea Sidera ("las estrellas de Médician"), en honor a los cuatro hermanos Medici (Cosimo, Francesco, Carlo y Lorenzo). El descubrimiento se anunció en el Sidereus Nuncius ("Starry Messenger"), publicado en Venecia en marzo de 1610, menos de dos meses después de las primeras observaciones.
Otros nombres propuestos incluyen:
- Yo. Principharus (para el "principio" de la Toscana), II. Victripharus (después de Vittoria della Rovere), III. Cosmifarus (después de Cosimo de' Medici) y IV. Fernipharus (después del duque Ferdinando de' Medici) – de Giovanni Battista Hodierna, discípulo de Galileo y autor de los primeros efímeros (Medicaeorum Ephemerides, 1656);
- Circulatores Jovis, o Jovis Comites – por Johannes Hevelius;
- Gardes, o Satélites (de latín) satelles, satellitis, que significa "escortes") – de Jacques Ozanam.
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): < i>Io, Europa, Ganimedes y Calisto, en su Mundus Jovialis, publicado en 1614.
Galileo se negó rotundamente a utilizar Marius' nombres e inventó como resultado el esquema de numeración que todavía se usa hoy en día, en paralelo con los nombres propios de las lunas. Los números van desde Júpiter hacia afuera, así I, II, III y IV para Io, Europa, Ganímedes y Calisto respectivamente. Galileo usó este sistema en sus cuadernos, pero en realidad nunca lo publicó. Los nombres numerados (Júpiter x) se utilizaron hasta mediados del siglo XX, cuando se descubrieron otras lunas interiores y Marius' Los nombres se volvieron ampliamente utilizados.
- Los nombres de las lunas Galileos
Io (izquierda) vigilado por Argus Panoptes (derecha) a las órdenes de Hera
Europa en la parte posterior de Zeus convertido en un toro
Ganymede (izquierda) secuestrado por Zeus (derecha)
Callisto (izquierda) con Eros y otras ninfas, con asiento de Artemis
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Determinación de la longitud
Galileo pudo desarrollar un método para determinar la longitud basado en el tiempo de las órbitas de las lunas galileanas. Los tiempos de los eclipses de las lunas podrían calcularse con precisión por adelantado y compararse con las observaciones locales en tierra o en un barco para determinar la hora local y, por lo tanto, la longitud. El principal problema de la técnica era que era difícil observar las lunas galileanas a través de un telescopio en una nave en movimiento, problema que Galileo intentó solucionar con la invención del celatone. El método fue utilizado por Giovanni Domenico Cassini y Jean Picard para volver a mapear Francia.
Miembros
Algunos modelos predicen que puede haber varias generaciones de satélites galileanos en la historia temprana de Júpiter. Cada generación de lunas que se habrían formado habría entrado en espiral en Júpiter y habría sido destruida, debido a las interacciones de las mareas con el disco protosatélite de Júpiter, con nuevas lunas formándose a partir de los restos restantes. Para cuando se formó la generación actual, el gas en el disco del protosatélite se había diluido hasta el punto de que ya no interfería mucho con las lunas. órbitas.
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. Io es anhidro y probablemente tenga un interior de roca y metal. Se cree que Europa contiene un 8% de hielo y agua en masa con el resto de roca. Estas lunas son, en orden creciente de distancia a Júpiter:
| Nombre | Imagen | Modelo de interior | Diámetro (km) | Masa (kg) | Densidad (g/cm3) | Axis semi-major (km) | Período orbital (días) (relativo al Io) | Inclinación (°) | Eccentricity |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Io Júpiter I |  |  | 3660.0 × 3637.4 × 3630.6 | 8.93×1022 | 3.528 | 421800 | 1.769 1) | 0,050 | 0,0041 |
| Europa Júpiter II |  |  | 3121.6 | 4.8×1022 | 3.014 | 671100 | 3.551 (2.0) | 0.471 | 0,0094 |
| Ganymede Júpiter III |  |  | 5268.2 | 1.48×1023 | 1.942 | 1070400 | 7.155 (4.0) | 0.204 | 0,0011 |
| Callisto Júpiter IV | .jpg) |  | 4820.6 | 1.08×1023 | 1.834 | 1882700 | 16.69 (9.4) | 0.205 | 0,0074 |
Io
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 solo 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. Se lo denominó "Júpiter I", o "El primer satélite de Júpiter" hasta mediados del siglo XX.
Con más de 400 volcanes activos, Io es el objeto geológicamente más activo del Sistema Solar. Su superficie está salpicada de más de 100 montañas, algunas de las cuales son más altas que el Monte Everest de la Tierra. A diferencia de la mayoría de los satélites del Sistema Solar exterior (que tienen una gruesa capa de hielo), Io se compone principalmente de roca de silicato que rodea un núcleo de hierro fundido o sulfuro de hierro.
Aunque no se ha probado, los datos del orbitador Galileo indican que Io podría tener su propio campo magnético. Io tiene una atmósfera extremadamente delgada compuesta principalmente de dióxido de azufre (SO2). Si un buque de recolección o de datos de superficie aterrizara en Io en el futuro, tendría que ser extremadamente resistente (similar a los cuerpos similares a tanques de los módulos de aterrizaje soviéticos Venera) para sobrevivir a la radiación y los campos magnéticos que se originan en Júpiter.
Europa
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, que es ligeramente 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 la reina de Creta, aunque el nombre no se usó mucho hasta mediados del siglo XX.
Tiene una superficie lisa y brillante, con una capa de agua que rodea el manto del planeta, que se cree que tiene 100 kilómetros de espesor. La superficie lisa incluye una capa de hielo, mientras que se teoriza que el fondo del hielo es agua líquida. La aparente juventud y la suavidad de la superficie han llevado a la hipótesis de que existe un océano de agua debajo de ella, que posiblemente podría servir como morada para la vida extraterrestre. La energía térmica de la flexión de las mareas asegura que el océano permanezca líquido e impulse la actividad geológica. Puede existir vida en el océano bajo el hielo de Europa. Hasta el momento, no hay evidencia de que exista vida en Europa, pero la probable presencia de agua líquida ha provocado llamadas para enviar una sonda allí.
Las marcas prominentes que entrecruzan 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. Algunas teorías sugieren que la gravedad de Júpiter está causando estas marcas, ya que un lado de Europa está constantemente frente a Júpiter. Las erupciones de agua volcánica que dividen la superficie de Europa e incluso los géiseres también se han considerado como una causa. Se teoriza que el color de las marcas, marrón rojizo, es causado por azufre, pero los científicos no pueden confirmarlo, porque no se han enviado dispositivos de recopilación de datos a Europa. Europa está compuesta principalmente de roca de silicato y probablemente tenga un núcleo de hierro. Tiene una atmósfera tenue compuesta principalmente de oxígeno.
Ganimedes
Ganimedes (Júpiter III), la tercera luna galileana, lleva el nombre del mitológico Ganímedes, copero de los dioses griegos y amado de Zeus. 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 con la mitad de su masa, ya que Ganímedes es un mundo helado. Es el único satélite del Sistema Solar que se sabe que posee una magnetosfera, probablemente creada a través de la convección dentro del núcleo de hierro líquido.
Ganímedes se compone principalmente de roca de silicato y hielo de agua, y se cree que existe un océano de agua salada a casi 200 km por debajo de la superficie de Ganímedes, entre capas de hielo. 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 llenas de 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 ya no están o son apenas visibles debido a la formación de una corteza helada sobre ellos. El satélite tiene una atmósfera delgada de oxígeno que incluye O, O2 y posiblemente O3 (ozono) y algo de hidrógeno atómico.
Calisto
Calisto (Júpiter IV) es la cuarta y última luna galileana, y es la segunda más grande de las cuatro, y con 4820,6 kilómetros de diámetro, es la tercera luna más grande del Sistema Solar, y apenas más pequeña que Mercurio. aunque solo un tercio de la masa de este último. Lleva el nombre de la ninfa mitológica griega Calisto, una amante de Zeus que era hija del rey Arkadian 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 lo tanto, no experimenta un calentamiento de marea apreciable. Calisto está compuesta por 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 3000 km de ancho llamada Valhalla.
Calisto está rodeada por una atmósfera extremadamente delgada compuesta de dióxido de carbono y probablemente oxígeno molecular. La investigación reveló que Callisto posiblemente puede tener un océano subterráneo de agua líquida a profundidades de menos de 300 kilómetros. 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. Durante mucho tiempo, Calisto se ha considerado el lugar más adecuado para una base humana para la futura exploración del sistema de Júpiter, ya que es el más alejado de la intensa radiación de Júpiter.
Estructura comparativa
| Luna | rem/día |
|---|---|
| Io | 3600 |
| Europa | 540 |
| Ganymede | 8 |
| Callisto | 0,01 |
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 más densa, tiene una densidad intermedia entre la roca y el hierro. Calisto tiene una superficie de hielo inalterada y con muchos cráteres antiguos, y la forma en que gira indica que su densidad está distribuida por igual, 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 la diferenciación de sus interiores con materia más densa en el centro y materia más ligera arriba. También revelan una alteración significativa de la superficie. Ganímedes revela el 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 ningún signo 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 el calentamiento de las mareas como resultado del campo gravitatorio de Júpiter en proporción inversa al cuadrado de su distancia al planeta gigante. En todos menos Calisto esto habrá derretido el hielo interior, permitiendo que la roca y el hierro se hundan en el interior y el agua cubra la superficie. En Ganímedes se formó entonces una gruesa y sólida capa 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 que el agua se evaporó al espacio.
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Origen y evolución
Se cree que los satélites regulares de Júpiter se formaron a partir de un disco circunplanetario, un anillo de acumulación de gas y desechos sólidos análogo a un disco protoplanetario. Pueden ser los restos de una veintena de satélites de masa galileana que se formaron a principios de la historia de Júpiter.
Las simulaciones sugieren que, si bien el disco tenía una masa relativamente alta en un momento dado, con el tiempo se procesó a través de él una fracción sustancial (varias décimas de un porcentaje) de la masa de Júpiter capturada de la nebulosa solar. Sin embargo, se requiere la masa del disco de solo el 2% de la de Júpiter para explicar los satélites existentes. Por lo tanto, puede haber varias generaciones de satélites de masa galileana en la historia temprana de Júpiter. Cada generación de lunas habría entrado en espiral en Júpiter, debido al arrastre del disco, y luego se formarían nuevas lunas a partir de los nuevos escombros capturados de la nebulosa solar. Para 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 lunas. órbitas. Las lunas galileanas actuales todavía se vieron afectadas, cayendo y siendo 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. La disipación de las mareas en el sistema joviano todavía está en curso y es probable que Callisto sea capturada en la resonancia en unos 1.500 millones de años, creando una cadena 1:2:4:8.
Visibilidad
Las cuatro lunas galileanas son lo suficientemente brillantes como para verse 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, 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. Las separaciones angulares máximas de las lunas están entre 2 y 10 minutos de arco de Júpiter, 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.
Animaciones en órbita
Animaciones GIF que representan las órbitas de la luna galileana y la resonancia de Io, Europa y Ganímedes
Júpiter· Io· Europa· Ganymede· Callisto
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