Ganimedes (lua)

Ganimedes, ou Júpiter III, é o maior e mais massivo satélite natural de Júpiter e também do Sistema Solar, sendo uma lua de massa planetária. É o maior objeto do Sistema Solar sem atmosfera, apesar de ser a única lua do Sistema Solar com um campo magnético substancial. Como Titã, é maior que o planeta Mercúrio, mas tem um pouco menos gravidade superficial que Mercúrio, Io ou a Lua.

Ganimedes é composto de rocha silicatada e água em proporções aproximadamente iguais. É um corpo totalmente diferenciado com um núcleo líquido rico em ferro e um oceano interno que contém potencialmente mais água do que todos os oceanos da Terra juntos. Sua superfície é composta por dois tipos principais de terreno. As regiões escuras, saturadas de crateras de impacto e datadas de há quatro mil milhões de anos, cobrem cerca de um terço dela. Regiões mais claras, cortadas por extensos sulcos e cristas e apenas um pouco menos antigas, cobrem o restante. A causa da geologia perturbada do terreno leve não é totalmente conhecida, mas foi provavelmente o resultado da atividade tectônica devido ao aquecimento das marés. Ganimedes orbita Júpiter em aproximadamente sete dias e está em ressonância orbital 1:2:4 com as luas Europa e Io, respectivamente.

Possuindo um núcleo metálico, possui o fator de momento de inércia mais baixo de qualquer corpo sólido do Sistema Solar. O campo magnético de Ganimedes é provavelmente criado por convecção dentro do seu núcleo de ferro líquido, também criado pelas forças das marés de Júpiter. O escasso campo magnético está enterrado no campo magnético muito maior de Júpiter e apareceria apenas como uma perturbação local das linhas de campo. Ganimedes tem uma fina atmosfera de oxigênio que inclui O, O₂ e possivelmente O₃ (ozônio). O hidrogênio atômico é um constituinte atmosférico menor. Se Ganimedes tem uma ionosfera associada à sua atmosfera não está resolvido.

A descoberta de Ganimedes é creditada a Simon Marius e Galileo Galilei, que a observaram em 1610, como a terceira das luas galileanas, o primeiro grupo de objetos descobertos orbitando outro planeta. Seu nome logo foi sugerido pelo astrônomo Simon Marius, em homenagem ao mitológico Ganimedes, um príncipe troiano desejado por Zeus (a contraparte grega de Júpiter), que o levou para ser o copeiro dos deuses. Começando com a Pioneer 10, diversas naves espaciais exploraram Ganimedes. As sondas Voyager, Voyager 1 e Voyager 2, refinaram medições de seu tamanho, enquanto Galileo descobriu seu oceano subterrâneo e seu campo magnético. A próxima missão planejada para o sistema jupiteriano é o Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) da Agência Espacial Europeia, que foi lançado em 2023. Após sobrevôos de todas as três luas geladas da Galiléia, está planejado entrar em órbita ao redor de Ganimedes.

Histórico

Registros astronômicos chineses relatam que em 365 a.C., Gan De detectou a olho nu o que poderia ter sido uma lua de Júpiter, provavelmente Ganimedes. No entanto, Gan De relatou que a cor da companheira era avermelhada, o que é intrigante, uma vez que as luas são demasiado ténues para que a sua cor possa ser percebida a olho nu. Shi Shen e Gan De juntos fizeram observações bastante precisas dos cinco planetas principais.

Em 7 de janeiro de 1610, Galileu Galilei usou um telescópio para observar o que ele pensava serem três estrelas próximas a Júpiter, incluindo o que se revelou ser Ganimedes, Calisto e um corpo que revelou ser a luz combinada de Io e Europa.; na noite seguinte, ele percebeu que eles haviam se mudado. Em 13 de janeiro, ele viu todas as quatro de uma vez pela primeira vez, mas já tinha visto cada uma das luas antes desta data pelo menos uma vez. Em 15 de janeiro, Galileu chegou à conclusão de que as estrelas eram na verdade corpos orbitando Júpiter.

Nome

Galileu reivindicou o direito de nomear as luas que havia descoberto. Ele considerou "Cosmian Stars" e optou por "Medicean Stars", em homenagem a Cosimo II de' Médicis.

O astrônomo francês Nicolas-Claude Fabri de Peiresc sugeriu nomes individuais da família Medici para as luas, mas sua proposta não foi aceita. Simon Marius, que originalmente afirmou ter encontrado os satélites galileus, tentou nomear as luas de “Saturno de Júpiter”, o “Júpiter de Júpiter” e “Júpiter de Júpiter”. (este foi Ganimedes), a "Vênus de Júpiter" e o "Mercúrio de Júpiter", outra nomenclatura que nunca pegou. A partir de uma sugestão de Johannes Kepler, Marius sugeriu um sistema de nomenclatura diferente baseado na mitologia grega:

Júpiter é muito culpado pelos poetas por causa de seus amores irregulares. Três donzelas são especialmente mencionadas como tendo sido clandestinamente cortejado por Júpiter com sucesso. Io, filha do rio Inachus, Calisto de Lycaon, Europa de Agenor. Então havia Ganímede, o filho bonito do rei Tros, a quem Júpiter, tendo tomado a forma de uma águia, transportado para o céu em suas costas, como os poetas dizem fabulosamente... Penso, portanto, que não terei feito amiss se o primeiro for chamado por mim Io, o segundo Europa, o terceiro, por conta de sua majestade de luz, Ganimedes, o quarto calisto...

Este nome e os dos outros satélites galileus caíram em desuso durante um tempo considerável e não eram de uso comum até meados do século XX. Em grande parte da literatura astronômica anterior, Ganimedes é referido pela sua designação numérica romana, Júpiter III (um sistema introduzido por Galileu), em outras palavras, "o terceiro satélite de Júpiter". Após a descoberta das luas de Saturno, um sistema de nomenclatura baseado no de Kepler e Marius foi usado para as luas de Júpiter. Ganimedes é a única lua galileana de Júpiter com o nome de uma figura masculina - como Io, Europa e Calisto, ele era amante de Zeus.

Os satélites galileus mantêm a grafia italiana de seus nomes. Nos casos de Io, Europa e Calisto, estes são idênticos ao latim, mas a forma latina de Ganimedes é Ganimedes. Em inglês, o 'e' é silencioso, talvez sob a influência do francês, ao contrário de nomes posteriores tirados do latim e do grego.

Órbita e rotação

Ganimedes orbita Júpiter a uma distância de 1.070.400 quilômetros (665.100 mi), o terceiro entre os satélites galileus, e completa uma revolução a cada sete dias e três horas. Como a maioria das luas conhecidas, Ganimedes está bloqueada pelas marés, com um lado sempre voltado para o planeta, portanto seu dia também tem sete dias e três horas. Sua órbita é ligeiramente excêntrica e inclinada em relação ao equador joviano, com a excentricidade e a inclinação mudando quase periodicamente devido a perturbações gravitacionais solares e planetárias em uma escala de tempo de séculos. Os intervalos de mudança são 0,0009–0,0022 e 0,05–0,32°, respectivamente. Essas variações orbitais fazem com que a inclinação axial (o ângulo entre os eixos rotacional e orbital) varie entre 0 e 0,33°.

Ganimedes participa de ressonâncias orbitais com Europa e Io: para cada órbita de Ganimedes, Europa orbita duas vezes e Io orbita quatro vezes. As conjunções (alinhamento no mesmo lado de Júpiter) entre Io e Europa ocorrem quando Io está em periapsis e Europa em apoapsis. As conjunções entre Europa e Ganimedes ocorrem quando Europa está em periapsis. As longitudes das conjunções Io-Europa e Europa-Ganimedes mudam na mesma proporção, tornando impossíveis as conjunções triplas. Uma ressonância tão complicada é chamada de ressonância de Laplace. A atual ressonância de Laplace é incapaz de bombear a excentricidade orbital de Ganimedes para um valor mais alto. O valor de cerca de 0,0013 é provavelmente um resquício de uma época anterior, quando tal bombeamento era possível. A excentricidade orbital Ganimedia é um tanto intrigante; se não for bombeado agora, deveria ter decaído há muito tempo devido à dissipação das marés no interior de Ganimedes. Isto significa que o último episódio da excitação da excentricidade aconteceu apenas algumas centenas de milhões de anos atrás. Como a excentricidade orbital de Ganimedes é relativamente baixa – em média 0,0015 – o aquecimento das marés é insignificante agora. No entanto, no passado, Ganimedes pode ter passado por uma ou mais ressonâncias do tipo Laplace que foram capazes de bombear a excentricidade orbital para um valor tão alto quanto 0,01–0,02. Isso provavelmente causou um aquecimento significativo das marés no interior de Ganimedes; a formação do terreno estriado pode ser resultado de um ou mais episódios de aquecimento.

Existem duas hipóteses para a origem da ressonância de Laplace entre Io, Europa e Ganimedes: que ela é primordial e existe desde o início do Sistema Solar; ou que se desenvolveu após a formação do Sistema Solar. Uma possível sequência de eventos para o último cenário é a seguinte: Io aumentou as marés em Júpiter, fazendo com que a órbita de Io se expandisse (devido à conservação do momento) até encontrar a ressonância 2:1 com Europa; depois disso, a expansão continuou, mas parte do momento angular foi transferido para Europa, pois a ressonância fez com que a sua órbita também se expandisse; o processo continuou até que Europa encontrou a ressonância 2:1 com Ganimedes. Eventualmente, as taxas de deriva das conjunções entre as três luas foram sincronizadas e travadas na ressonância de Laplace.

Características físicas

Tamanho

Com um diâmetro de cerca de 5.270 quilômetros (3.270 mi) e uma massa de 1,48×10²⁰ toneladas (1,48< span style="margin:0,15em 0,25em">×10²³ kg; 3,26×10²³ lb), Ganimedes é a maior e mais massiva lua do Sistema Solar. É um pouco mais massiva que a segunda lua mais massiva, o satélite de Saturno, Titã, e tem mais de duas vezes a massa da Lua da Terra. É maior que o planeta Mercúrio, que tem um diâmetro de 4.880 quilômetros (3.030 mi), mas tem apenas 45% da massa de Mercúrio. Ganimedes é o nono maior objeto do sistema solar, mas o décimo mais massivo.

Composição

A densidade média de Ganimedes, 1,936 g/cm³ (um pouco maior que a de Calisto), sugere uma composição de partes aproximadamente iguais de material rochoso e principalmente de gelo de água. Parte da água é líquida, formando um oceano subterrâneo. A fração de massa dos gelos está entre 46 e 50 por cento, o que é ligeiramente inferior à de Calisto. Alguns gelos voláteis adicionais, como amônia, também podem estar presentes. A composição exata da rocha de Ganimedes não é conhecida, mas provavelmente está próxima da composição dos condritos comuns do tipo L/LL, que são caracterizados por menos ferro total, menos ferro metálico e mais óxido de ferro do que os condritos H. A proporção em peso de ferro para silício varia entre 1,05 e 1,27 em Ganimedes, enquanto a proporção solar é de cerca de 1,8.

Recursos de superfície

Ganimedes (em inglês)Juno; 7 de junho de 2021)

A superfície de Ganimedes tem um albedo de cerca de 43%. O gelo de água parece ser onipresente em sua superfície, com uma fração de massa de 50 a 90 por cento, significativamente mais do que em Ganimedes como um todo. A espectroscopia no infravermelho próximo revelou a presença de fortes bandas de absorção de água gelada em comprimentos de onda de 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 e 3,0 μm. O terreno estriado é mais claro e tem uma composição mais gelada que o terreno escuro. A análise dos espectros de alta resolução, infravermelho próximo e UV obtidos pela sonda Galileo e a partir de observações da Terra revelou vários materiais não aquáticos: dióxido de carbono, dióxido de enxofre e, possivelmente, cianogénio, sulfato de hidrogénio e vários compostos orgânicos. Os resultados do Galileo também mostraram sulfato de magnésio (MgSO₄) e, possivelmente, sulfato de sódio (Na₂SO₄) na superfície de Ganimedes. Esses sais podem ser originários do subsolo do oceano.

O albedo da superfície Ganimedia é muito assimétrico; o hemisfério líder é mais brilhante que o hemisfério posterior. Isto é semelhante a Europa, mas o inverso para Calisto. O hemisfério posterior de Ganimedes parece ser enriquecido em dióxido de enxofre. A distribuição do dióxido de carbono não demonstra qualquer assimetria hemisférica, mas pouco ou nenhum dióxido de carbono é observado perto dos pólos. As crateras de impacto em Ganimedes (exceto uma) não apresentam qualquer enriquecimento em dióxido de carbono, o que também a distingue de Calisto. O gás dióxido de carbono de Ganimedes provavelmente se esgotou no passado. A superfície de Ganimedes é uma mistura de dois tipos de terreno: regiões muito antigas, com muitas crateras e escuras, e regiões um pouco mais jovens (mas ainda antigas) e mais claras, marcadas com uma extensa variedade de sulcos e cristas. O terreno escuro, que compreende cerca de um terço da superfície, contém argilas e materiais orgânicos que podem indicar a composição dos impactadores a partir dos quais os satélites jovianos se acumularam.

O mecanismo de aquecimento necessário para a formação do terreno sulcado em Ganimedes é um problema não resolvido nas ciências planetárias. A visão moderna é que o terreno estriado é principalmente de natureza tectônica. Acredita-se que o criovulcanismo tenha desempenhado apenas um papel menor, se é que desempenhou algum. As forças que causaram as fortes tensões na litosfera de gelo Ganimedia necessárias para iniciar a atividade tectônica podem estar ligadas aos eventos de aquecimento das marés no passado, possivelmente causados quando o satélite passou por ressonâncias orbitais instáveis. A flexão do gelo pelas marés pode ter aquecido o interior e tensionado a litosfera, levando ao desenvolvimento de fissuras e falhas horst e graben, que apagaram o terreno antigo e escuro em 70% da superfície. A formação do terreno sulcado também pode estar ligada à formação inicial do núcleo e ao subsequente aquecimento das marés do interior de Ganimedes, o que pode ter causado uma ligeira expansão de Ganimedes em um a seis por cento devido às transições de fase no gelo e à expansão térmica.. Durante a evolução subsequente, plumas de água quente profundas podem ter subido do núcleo para a superfície, levando à deformação tectônica da litosfera. O aquecimento radiogênico dentro do satélite é a fonte de calor atual mais relevante, contribuindo, por exemplo, para a profundidade dos oceanos. Modelos de pesquisa descobriram que se a excentricidade orbital fosse uma ordem de grandeza maior do que a atual (como pode ter sido no passado), o aquecimento das marés seria uma fonte de calor mais substancial do que o aquecimento radiogênico.

As crateras são vistas em ambos os tipos de terreno, mas são especialmente extensas no terreno escuro: parecem estar saturadas de crateras de impacto e evoluíram em grande parte através de eventos de impacto. O terreno mais brilhante e sulcado contém muito menos características de impacto, que foram apenas de menor importância para a sua evolução tectónica. A densidade das crateras indica uma idade de 4 bilhões de anos para o terreno escuro, semelhante às terras altas da Lua, e uma idade um pouco mais jovem para o terreno sulcado (mas é incerto quanto mais jovem). Ganimedes pode ter passado por um período de fortes crateras há 3,5 a 4 bilhões de anos, semelhante ao da Lua. Se for verdade, a grande maioria dos impactos aconteceu nessa época, ao passo que a taxa de formação de crateras tem sido muito menor desde então. As crateras se sobrepõem e são cortadas pelos sistemas de sulcos, indicando que alguns dos sulcos são bastante antigos. Crateras relativamente jovens com raios de material ejetado também são visíveis. As crateras Ganimedias são mais planas do que as da Lua e de Mercúrio. Isto provavelmente se deve à natureza relativamente fraca da crosta gelada de Ganimedes, que pode (ou poderia) fluir e, assim, suavizar o relevo. Crateras antigas cujo relevo desapareceu deixam apenas um ‘fantasma’; de uma cratera conhecida como palimpsesto.

Uma característica significativa de Ganimedes é uma planície escura chamada Galileo Regio, que contém uma série de sulcos concêntricos, provavelmente criados durante um período de atividade geológica.

Ganimedes também tem calotas polares, provavelmente compostas por água gelada. A geada se estende até 40° de latitude. Estas calotas polares foram vistas pela primeira vez pela sonda Voyager. As teorias sobre a formação das calotas incluem a migração da água para latitudes mais altas e o bombardeio do gelo pelo plasma. Dados do Galileo sugerem que esta última opção está correta. A presença de um campo magnético em Ganimedes resulta em um bombardeio mais intenso de partículas carregadas em sua superfície nas regiões polares desprotegidas; a pulverização catódica leva então à redistribuição das moléculas de água, com a geada migrando para áreas localmente mais frias dentro do terreno polar.

Uma cratera chamada Anat fornece o ponto de referência para medir a longitude em Ganimedes. Por definição, Anat está a 128° de longitude. A longitude 0° está diretamente voltada para Júpiter e, salvo indicação em contrário, a longitude aumenta em direção ao oeste.

Estrutura interna

Ganimedes parece ser totalmente diferenciado, com uma estrutura interna que consiste em um núcleo de ferro-sulfeto-ferro, um manto de silicato e camadas externas de água gelada e água líquida. As espessuras precisas das diferentes camadas no interior de Ganimedes dependem da composição assumida de silicatos (fração de olivina e piroxênio) e da quantidade de enxofre no núcleo. Ganimedes tem o fator de momento de inércia mais baixo, 0,31, entre os corpos sólidos do Sistema Solar. Isto é consequência do seu substancial teor de água e interior totalmente diferenciado.

Oceanos subterrâneos

Na década de 1970, os cientistas da NASA suspeitaram pela primeira vez que Ganimedes tinha um oceano espesso entre duas camadas de gelo, uma na superfície e outra abaixo de um oceano líquido e no topo do manto rochoso. Na década de 1990, a missão Galileo da NASA passou por Ganimedes e encontrou indícios de tal oceano subterrâneo. Uma análise publicada em 2014, tendo em conta a termodinâmica realista da água e os efeitos do sal, sugere que Ganimedes pode ter uma pilha de várias camadas oceânicas separadas por diferentes fases de gelo, com a camada líquida mais baixa adjacente ao manto rochoso. O contato água-rocha pode ser um fator importante na origem da vida. A análise também observa que as profundidades extremas envolvidas (~800 km até o fundo do mar rochoso) significam que as temperaturas no fundo de um oceano convectivo (adiabático) podem ser até 40 K mais altas do que aquelas no gelo. –interface água.

Em março de 2015, cientistas relataram que medições feitas pelo Telescópio Espacial Hubble sobre como as auroras se moviam confirmaram que Ganimedes tem um oceano subterrâneo. Um grande oceano de água salgada afeta o campo magnético de Ganimedes e, conseqüentemente, sua aurora. A evidência sugere que os oceanos de Ganimedes podem ser os maiores de todo o Sistema Solar.

Há alguma especulação sobre a potencial habitabilidade do oceano de Ganimedes.

Núcleo

A existência de um núcleo líquido rico em ferro e níquel fornece uma explicação natural para o campo magnético intrínseco de Ganimedes detectado pela sonda Galileo. A convecção no ferro líquido, que possui alta condutividade elétrica, é o modelo mais razoável de geração de campo magnético. A densidade do núcleo é 5,5–6 g/cm³ e o manto de silicato é 3,4–3,6 g/cm³. O raio desse núcleo pode ser de até 500 km. A temperatura no núcleo de Ganimedes é provavelmente de 1.500 a 1.700 K e a pressão de até 10 GPa (99.000 atm).

Atmosfera e ionosfera

Em 1972, uma equipe de astrônomos indianos, britânicos e americanos trabalhando em Java (Indonésia) e Kavalur (Índia) afirmou ter detectado uma atmosfera tênue durante uma ocultação, quando ela e Júpiter passaram na frente de uma estrela. Eles estimaram que a pressão superficial era de cerca de 0,1 Pa (1 microbar). No entanto, em 1979, a Voyager 1 observou uma ocultação da estrela κ Centauri durante a sua passagem por Júpiter, com resultados diferentes. As medições de ocultação foram realizadas no espectro ultravioleta distante em comprimentos de onda menores que 200 nm, que eram muito mais sensíveis à presença de gases do que as medições de 1972 feitas no espectro visível. Nenhuma atmosfera foi revelada pelos dados da Voyager. Descobriu-se que o limite superior da densidade do número de partículas na superfície é 1,5×10⁹ cm⁻³, que corresponde a uma pressão superficial de menos de 2,5 µPa (25 picobar). Este último valor é quase cinco ordens de grandeza inferior à estimativa de 1972.

Apesar dos dados da Voyager, evidências de uma tênue atmosfera de oxigênio (exosfera) em Ganimedes, muito semelhante à encontrada em Europa, foram encontradas pelo Telescópio Espacial Hubble (HST) em 1995. HST na verdade, observou o brilho do oxigênio atômico no ultravioleta distante nos comprimentos de onda de 130,4 nm e 135,6 nm. Tal brilho aéreo é excitado quando o oxigênio molecular é dissociado por impactos de elétrons, o que é evidência de uma atmosfera neutra significativa composta predominantemente por moléculas de O2. A densidade numérica da superfície provavelmente está em (1.2–7)×10⁸ cm⁻³, correspondente à pressão superficial de < span class="nowrap">0,2–1,2 µPa. Esses valores estão de acordo com o limite superior da Voyager estabelecido em 1981. O oxigênio não é evidência de vida; pensa-se que é produzido quando o gelo de água na superfície de Ganimedes é dividido em hidrogénio e oxigénio por radiação, sendo o hidrogénio então perdido mais rapidamente devido à sua baixa massa atómica. O brilho aéreo observado sobre Ganimedes não é espacialmente homogêneo como aquele observado sobre Europa. O HST observou dois pontos brilhantes localizados nos hemisférios norte e sul, perto de ± 50° de latitude, que é exatamente o limite entre as linhas de campo aberto e fechado da magnetosfera Ganimedia (veja abaixo). Os pontos brilhantes são provavelmente auroras polares, causadas pela precipitação de plasma ao longo das linhas de campo aberto.

A existência de uma atmosfera neutra implica que deveria existir uma ionosfera, porque as moléculas de oxigênio são ionizadas pelos impactos dos elétrons energéticos provenientes da magnetosfera e pela radiação solar EUV. No entanto, a natureza da ionosfera Ganimedia é tão controversa quanto a natureza da atmosfera. Algumas medições do Galileo encontraram uma densidade eletrônica elevada perto de Ganimedes, sugerindo uma ionosfera, enquanto outras não conseguiram detectar nada. A densidade eletrônica próxima à superfície é estimada por diferentes fontes como estando na faixa de 400–2.500 cm⁻³. A partir de 2008, os parâmetros da ionosfera de Ganimedes não estavam bem restritos.

Evidências adicionais da atmosfera de oxigênio vêm da detecção espectral de gases presos no gelo na superfície de Ganimedes. A detecção de bandas de ozônio (O3) foi anunciada em 1996. Em 1997, a análise espectroscópica revelou as características de absorção de dímeros (ou diatômicos) do oxigênio molecular. Tal absorção só pode ocorrer se o oxigênio estiver em uma fase densa. O melhor candidato é o oxigênio molecular preso no gelo. A profundidade das bandas de absorção de dímeros depende da latitude e longitude, e não do albedo da superfície - elas tendem a diminuir com o aumento da latitude em Ganimedes, enquanto O₃ mostra uma tendência oposta. Trabalhos de laboratório descobriram que o O₂ não se aglomeraria nem borbulharia, mas se dissolveria no gelo na temperatura relativamente quente da superfície de Ganimedes, de 100 K (-173,15 °C).

Uma busca por sódio na atmosfera, logo após tal descoberta em Europa, não revelou nada em 1997. O sódio é pelo menos 13 vezes menos abundante em torno de Ganimedes do que em torno de Europa, possivelmente devido a uma deficiência relativa na superfície ou porque a magnetosfera afasta partículas energéticas. Outro constituinte menor da atmosfera Ganimedia é o hidrogênio atômico. Átomos de hidrogênio foram observados a até 3.000 km da superfície de Ganimedes. Sua densidade na superfície é de cerca de 1,5×10⁴ cm⁻³.

Em 2021, foi detectado vapor de água na atmosfera de Ganimedes.

Magnetosfera

A nave Galileu fez seis sobrevôos próximos de Ganimedes de 1995 a 2000 (G1, G2, G7, G8, G28 e G29) e descobriu que Ganimedes tem um momento magnético permanente (intrínseco) independente de o campo magnético jupiteriano. O valor do momento é cerca de 1,3 × 10¹³ T·m³, que é três vezes maior que o valor magnético momento de Mercúrio. O dipolo magnético está inclinado em relação ao eixo de rotação de Ganimedes em 176°, o que significa que está direcionado contra o momento magnético jupiteriano. Seu pólo norte fica abaixo do plano orbital. O campo magnético dipolar criado por este momento permanente tem uma força de 719 ± 2 nT no equador de Ganimedes, que deve ser comparado com o campo magnético jupiteriano à distância de Ganimedes – cerca de 120 nT. O campo equatorial de Ganimedes está direcionado contra o campo joviano, o que significa que a reconexão é possível. A intensidade do campo intrínseco nos pólos é duas vezes maior que no equador – 1440 nT.

O momento magnético permanente esculpe uma parte do espaço em torno de Ganimedes, criando uma pequena magnetosfera embutida na de Júpiter; é a única lua do Sistema Solar conhecida por possuir esse recurso. Seu diâmetro é de 4–5 raios de Ganimedes. A magnetosfera Ganimedia possui uma região de linhas de campo fechadas localizadas abaixo de 30° de latitude, onde partículas carregadas (elétrons e íons) ficam aprisionadas, criando uma espécie de cinturão de radiação. A principal espécie de íons na magnetosfera é o oxigênio ionizado único – O+ – que se adapta bem à tênue atmosfera de oxigênio de Ganimedes. Nas regiões da calota polar, em latitudes superiores a 30°, as linhas do campo magnético estão abertas, conectando Ganimedes à ionosfera de Júpiter. Nessas áreas, foram detectados elétrons e íons energéticos (dezenas e centenas de quiloelétron-volts), que podem causar as auroras observadas ao redor dos pólos de Ganimedes. Além disso, íons pesados precipitam continuamente na superfície polar de Ganimedes, pulverizando e escurecendo o gelo.

A interação entre a magnetosfera Ganimedia e o plasma joviano é, em muitos aspectos, semelhante à do vento solar e da magnetosfera da Terra. O plasma em co-rotação com Júpiter colide com o lado posterior da magnetosfera Ganimedia, tal como o vento solar colide com a magnetosfera da Terra. A principal diferença é a velocidade do fluxo de plasma – supersônico no caso da Terra e subsônico no caso de Ganimedes. Por causa do fluxo subsônico, não há choque em arco no hemisfério posterior de Ganimedes.

Além do momento magnético intrínseco, Ganimedes possui um campo magnético dipolar induzido. Sua existência está ligada à variação do campo magnético jupiteriano próximo a Ganimedes. O momento induzido é direcionado radialmente para ou de Júpiter seguindo a direção da parte variável do campo magnético planetário. O momento magnético induzido é uma ordem de grandeza mais fraca que o intrínseco. A intensidade do campo induzido no equador magnético é de cerca de 60 nT – metade da intensidade do campo joviano ambiente. O campo magnético induzido de Ganimedes é semelhante aos de Calisto e Europa, indicando que Ganimedes também possui um oceano subterrâneo de água com alta condutividade elétrica.

Dado que Ganimedes é completamente diferenciado e tem um núcleo metálico, o seu campo magnético intrínseco é provavelmente gerado de forma semelhante ao da Terra: como resultado do movimento de material condutor no seu interior. O campo magnético detectado em torno de Ganimedes é provavelmente causado pela convecção composicional no núcleo, se o campo magnético for o produto da ação do dínamo, ou magnetoconvecção.

Apesar da presença de um núcleo de ferro, a magnetosfera de Ganimedes permanece enigmática, especialmente porque corpos semelhantes não possuem essa característica. Algumas pesquisas sugeriram que, dado o seu tamanho relativamente pequeno, o núcleo deveria ter esfriado suficientemente ao ponto em que os movimentos do fluido, portanto, um campo magnético não seria sustentado. Uma explicação é que as mesmas ressonâncias orbitais propostas para terem perturbado a superfície também permitiram que o campo magnético persistisse: com a excentricidade de Ganimedes bombeada e o aquecimento das marés do manto aumentado durante tais ressonâncias, reduzindo o fluxo de calor do núcleo, deixando-o fluido e convectivo. Outra explicação é uma magnetização remanescente de rochas de silicato no manto, o que seria possível se o satélite tivesse um campo gerado por dínamo mais significativo no passado.

Ambiente de radiação

O nível de radiação na superfície de Ganimedes é consideravelmente mais baixo do que em Europa, sendo 50–80 mSv (5–8 rem) por dia em Europa, uma quantidade que causaria doenças graves ou morte em seres humanos expostos durante dois meses..

Origem e evolução

Ganimedes provavelmente se formou por um acréscimo na subnebulosa de Júpiter, um disco de gás e poeira que cerca Júpiter após sua formação. A acumulação de Ganimedes provavelmente levou cerca de 10.000 anos, muito menos do que os 100.000 anos estimados para Calisto. A subnebulosa de Júpiter pode ter estado relativamente “sem gás”; quando os satélites galileus se formaram; isso teria permitido os longos tempos de acréscimo necessários para Calisto. Em contraste, Ganimedes formou-se perto de Júpiter, onde a subnebulosa era mais densa, o que explica a sua escala de tempo de formação mais curta. Esta formação relativamente rápida impediu a fuga de calor acumulado, o que pode ter levado ao derretimento e à diferenciação do gelo: a separação das rochas e do gelo. As rochas assentaram no centro, formando o núcleo. A este respeito, Ganimedes é diferente de Calisto, que aparentemente não conseguiu derreter e diferenciar-se precocemente devido à perda de calor de acréscimo durante a sua formação mais lenta. Esta hipótese explica porque é que as duas luas jupiterianas parecem tão diferentes, apesar da sua massa e composição semelhantes. Teorias alternativas explicam o maior aquecimento interno de Ganimedes com base na flexão das marés ou no golpe mais intenso dos impactadores durante o Bombardeio Pesado Tardio. Neste último caso, a modelização sugere que a diferenciação se tornaria um processo descontrolado em Ganimedes, mas não em Calisto.

Após a formação, o núcleo de Ganimedes reteve em grande parte o calor acumulado durante a acreção e a diferenciação, liberando-o apenas lentamente para o manto de gelo. O manto, por sua vez, transportou-o para a superfície por convecção. A decomposição de elementos radioativos dentro das rochas aqueceu ainda mais o núcleo, causando maior diferenciação: formou-se um núcleo interno de ferro-sulfeto de ferro e um manto de silicato. Com isso, Ganimedes tornou-se um corpo totalmente diferenciado. Em comparação, o aquecimento radioativo de Calisto indiferenciada causou convecção em seu interior gelado, o que efetivamente o resfriou e impediu o derretimento do gelo em grande escala e a rápida diferenciação. Os movimentos convectivos em Calisto causaram apenas uma separação parcial entre rocha e gelo. Hoje, Ganimedes continua a esfriar lentamente. O calor liberado de seu núcleo e manto de silicato permite a existência do oceano subterrâneo, enquanto o resfriamento lento do núcleo líquido de Fe-FeS causa convecção e suporta a geração de campo magnético. O atual fluxo de calor que sai de Ganimedes é provavelmente maior do que o de Calisto.

Exploração

Várias espaçonaves realizaram sobrevoos próximos a Ganimedes: duas espaçonaves Pioneer e duas Voyager fizeram um único sobrevoo cada uma entre 1973 e 1979; a espaçonave Galileo fez seis passagens entre 1996 e 2000; e a espaçonave Juno realizou dois sobrevôos em 2019 e 2021. Nenhuma espaçonave ainda orbitou Ganimedes, mas a missão JUICE, lançada em abril de 2023, pretende fazê-lo.

Sobrevôos concluídos

A primeira espaçonave a se aproximar de Ganimedes foi a Pioneer 10, que realizou um sobrevoo em 1973 ao passar pelo sistema de Júpiter em alta velocidade. A Pioneer 11 fez um sobrevôo semelhante em 1974. Os dados enviados pelas duas espaçonaves foram usados para determinar as características físicas da lua e forneceram imagens da superfície com até 400 km (250 mi). resolução. A aproximação mais próxima da Pioneer 10 foi de 446.250 km, cerca de 85 vezes o diâmetro de Ganimedes.

Voyager 1 e a Voyager 2 estudaram Ganimedes ao passar pelo sistema de Júpiter em 1979. Os dados desses sobrevôos foram usados para refinar o tamanho de Ganimedes, revelando que ele era maior que a lua de Saturno, Titã, que anteriormente se pensava ser maior. Imagens das Voyagers forneceram as primeiras imagens da superfície estriada da Lua.

Os sobrevôos da Pioneer e da Voyager ocorreram em grandes distâncias e altas velocidades, pois voaram em trajetórias livres através do sistema de Júpiter. Melhores dados podem ser obtidos de uma espaçonave que orbita Júpiter, pois pode encontrar Ganimedes a uma velocidade mais baixa e ajustar a órbita para uma aproximação mais próxima. Em 1995, a sonda Galileo entrou em órbita em torno de Júpiter e entre 1996 e 2000 fez seis sobrevoos próximos de Ganimedes. Esses sobrevoos foram denotados G1, G2, G7, G8, G28 e G29. Durante o sobrevôo mais próximo (G2), Galileu passou a apenas 264 km da superfície de Ganimedes (cinco por cento do diâmetro da lua), que continua sendo a aproximação mais próxima de qualquer espaçonave. Durante o sobrevoo do G1 em 1996, os instrumentos do Galileo detectaram o campo magnético de Ganimedes. Os dados dos sobrevôos do Galileo foram usados para descobrir o oceano subterrâneo, que foi anunciado em 2001. Espectros de Ganimedes de alta resolução espacial obtidos pelo Galileo foram usados para identificar vários não-oceânicos. -compostos de gelo na superfície.

A sonda New Horizons também observou Ganimedes, mas a uma distância muito maior, quando passou pelo sistema de Júpiter em 2007 (a caminho de Plutão). Os dados foram utilizados para realizar o mapeamento topográfico e composicional de Ganimedes.

Assim como o Galileo, a espaçonave Juno orbitou Júpiter. Em 25 de dezembro de 2019, Juno realizou um sobrevôo distante de Ganimedes durante sua 24ª órbita de Júpiter, a uma distância de 97.680 a 109.439 quilômetros (60.696 a 68.002 mi). Este sobrevôo forneceu imagens das regiões polares da lua. Em junho de 2021, Juno realizou um segundo sobrevôo, a uma distância mais próxima de 1.038 quilômetros (645 mi). Este encontro foi projetado para fornecer assistência gravitacional para reduzir o período orbital de Juno's de 53 para 43 dias. Imagens adicionais da superfície foram coletadas.

Missões futuras

O Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) será o primeiro a entrar em órbita ao redor de Ganimedes. A JUICE foi lançada em 14 de abril de 2023. A intenção é realizar seu primeiro sobrevôo por Ganimedes em 2031 e, em seguida, entrar na órbita da lua em 2032. Quando a espaçonave consumir seu propelente, a JUICE está planejada para ser desorbitada e impactar Ganimedes em fevereiro de 2034.

Além do JUICE, o Europa Clipper da NASA, com lançamento previsto para outubro de 2024, realizará quatro sobrevôos próximos de Ganimedes a partir de 2030.

Propostas canceladas

Várias outras missões foram propostas para sobrevoar ou orbitar Ganimedes, mas não foram selecionadas para financiamento ou foram canceladas antes do lançamento.

O Jupiter Icy Moons Orbiter teria estudado Ganimedes com mais detalhes. Porém, a missão foi cancelada em 2005. Outra proposta antiga chamava-se A Grandeza de Ganimedes.

Um orbitador Ganimedes baseado na sonda Juno foi proposto em 2010 para o Planetary Science Decadal Survey. A missão não foi apoiada, com o Decadal Survey preferindo a missão Europa Clipper.

A Missão do Sistema Europa Júpiter teve uma data de lançamento proposta para 2020 e foi uma proposta conjunta da NASA e da ESA para a exploração de muitas das luas de Júpiter, incluindo Ganimedes. Em fevereiro de 2009, foi anunciado que a ESA e a NASA deram prioridade a esta missão antes da missão do sistema Titan Saturn. A missão consistiria no Júpiter Europa Orbiter liderado pela NASA, no Júpiter Ganymede Orbiter liderado pela ESA e, possivelmente, no Júpiter Magnetospheric Orbiter liderado pela JAXA. Os componentes da NASA e da JAXA foram posteriormente cancelados, e parecia provável que os da ESA também fossem cancelados, mas em 2012 a ESA anunciou que iria em frente sozinha. A parte europeia da missão tornou-se o Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE).

O Instituto Russo de Pesquisa Espacial propôs uma missão astrobiológica do módulo de pouso Ganimedes chamada Laplace-P, possivelmente em parceria com a JUICE. Se selecionada, teria sido lançada em 2023. A missão foi cancelada por falta de financiamento em 2017.

Galeria

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  Hubble Space Telescope imagem de Ganymede tomado em 1996.

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  Imagem infravermelha de Ganimedes tomado durante o voo de Juno em julho de 2021. Créditos de imagem: A. Mura -Juno/JIRAM – ASI/INAF/JPL-Caltech/SwRI