Luas da Galiléia
As luas da Galiléia (), ou satélites da Galiléia, são as quatro maiores luas de Júpiter: Io, Europa, Ganímedes e Calisto. Eles foram vistos pela primeira vez por Galileo Galilei em dezembro de 1609 ou janeiro de 1610, e reconhecidos por ele como satélites de Júpiter em março de 1610. Eles foram os primeiros objetos encontrados orbitando um planeta diferente da Terra.
Eles estão entre os maiores objetos do Sistema Solar, com exceção do Sol e dos oito planetas, com raios maiores do que qualquer um dos planetas anões. Ganimedes é a maior lua do Sistema Solar e é ainda maior que o planeta Mercúrio, embora tenha apenas cerca de metade da massa. As três luas internas - Io, Europa e Ganimedes - estão em ressonância orbital 4:2:1 entre si. Enquanto as luas galileanas são esféricas, todas as luas restantes de Júpiter, muito menores, têm formas irregulares devido à sua autogravitação mais fraca.
As luas galileanas foram observadas em 1609 ou 1610, quando Galileu fez melhorias em seu telescópio, o que lhe permitiu observar os corpos celestes com mais clareza do que nunca. As observações de Galileu mostraram a importância do telescópio como ferramenta para os astrônomos ao provar que havia objetos no espaço que não podiam ser vistos a olho nu. A descoberta de corpos celestes orbitando algo diferente da Terra foi um duro golpe para o então aceito sistema mundial ptolomaico, uma teoria geocêntrica na qual tudo orbita ao redor da Terra.
Galileu inicialmente chamou sua descoberta de Cosmica Sidera ("estrelas de Cosimo"), mas os nomes que eventualmente prevaleceram foram escolhidos por Simon Marius. Marius descobriu as luas independentemente quase ao mesmo tempo que Galileu, em 8 de janeiro de 1610, e deu a elas seus nomes atuais, derivados de vítimas de estupro de Zeus, sugeridas por Johannes Kepler, em seu Mundus Jovialis, publicada em 1614.
As quatro luas galileanas eram as únicas luas conhecidas de Júpiter até a descoberta de Amalthea em 1892.
História
Descoberta
Como resultado das melhorias que Galileu Galilei fez no telescópio, com uma capacidade de ampliação de 20×, ele conseguiu ver os corpos celestes com mais nitidez do que era possível anteriormente. Isso permitiu que Galileu observasse em dezembro de 1609 ou janeiro de 1610 o que veio a ser conhecido como as luas galileanas.
Em 7 de janeiro de 1610, Galileu escreveu uma carta contendo a primeira menção das luas de Júpiter. Na época, ele viu apenas três deles e acreditou que fossem estrelas fixas perto de Júpiter. Ele continuou a observar esses orbes celestes de 8 de janeiro a 2 de março de 1610. Nessas observações, ele descobriu um quarto corpo e também observou que os quatro não eram estrelas fixas, mas orbitavam Júpiter.
A descoberta de Galileu provou a importância do telescópio como ferramenta para os astrônomos ao mostrar que havia objetos no espaço a serem descobertos que até então permaneciam invisíveis a olho nu. Mais importante ainda, a descoberta de corpos celestes orbitando algo diferente da Terra foi um golpe no então aceito sistema mundial ptolomaico, que sustentava que a Terra estava no centro do universo e todos os outros corpos celestes giravam em torno dela. O livro de Galileu de 13 de março de 1610, Sidereus Nuncius (Mensageiro das Estrelas), que anunciou observações celestes por meio de seu telescópio, não menciona explicitamente o heliocentrismo copernicano, uma teoria que colocava o Sol no centro do universo. No entanto, Galileu aceitou a teoria de Copérnico.
Um historiador chinês da astronomia, Xi Zezong, afirmou que uma "pequena estrela avermelhada" observado perto de Júpiter em 364 aC pelo astrônomo chinês Gan De pode ter sido Ganimedes. Se for verdade, isso pode ser anterior à descoberta de Galileu em cerca de dois milênios.
As observações de Simon Marius são outro exemplo notável de observação, e mais tarde ele relatou a observação das luas em 1609. No entanto, como ele não publicou essas descobertas até depois de Galileu, há um grau de incerteza em torno de seus registros.
Nomes
Em 1605, Galileu foi contratado como professor de matemática para Cosimo de' Medici. Em 1609, Cosimo tornou-se Grão-Duque Cosimo II da Toscana. Galileu, buscando patrocínio de seu agora rico ex-aluno e sua família poderosa, usou a descoberta das luas de Júpiter para obtê-lo. Em 13 de fevereiro de 1610, Galileu escreveu ao secretário do grão-duque:
"Deus me agraciou com poder, através de um sinal tão singular, revelar ao meu Senhor a minha devoção e o desejo que tenho de que o seu nome glorioso viva como igual entre as estrelas, e como depende de mim, o primeiro descobridor, para nomear estes novos planetas, desejo, em imitação dos grandes sábios que colocaram os heróis mais excelentes daquela época entre as estrelas, para inscritá-los com o nome do Grande Duque Mais Sereno."
Galileu inicialmente chamou sua descoberta de Cosmica Sidera ("Cosimo'estrelas"), em homenagem apenas a Cosimo, a secretária de At Cosimo sugeriu mudar o nome para Medicea Sidera ("as estrelas médicas"), homenageando todos os quatro irmãos Medici (Cosimo, Francesco, Carlo e Lorenzo). A descoberta foi anunciada no Sidereus Nuncius ("Mensageiro das Estrelas"), publicado em Veneza em março de 1610, menos de dois meses após as primeiras observações.
Em 12 de março de 1610, Galileu escreveu sua carta dedicatória ao Duque da Toscana, e no dia seguinte enviou uma cópia ao Grão-Duque, esperando obter o apoio do Grão-Duque o mais rápido possível. Em 19 de março, ele enviou o telescópio que havia usado para ver as luas de Júpiter pela primeira vez ao Grão-Duque, junto com uma cópia oficial do Sidereus Nuncius (O Mensageiro das Estrelas) que, seguindo o conselho do secretário, batizou as quatro luas de Estrelas Médicas. Em sua introdução dedicatória, Galileu escreveu:
As graças imortais da vossa alma começaram a brilhar na terra do que as estrelas brilhantes se oferecem nos céus que, como línguas, falarão e celebrarão as vossas virtudes mais excelentes para todo o tempo. Eis, portanto, quatro estrelas reservadas ao teu nome ilustre... que... fazem suas viagens e órbitas com uma velocidade maravilhosa em torno da estrela de Júpiter... como crianças da mesma família... De fato, parece que o próprio Criador das Estrelas, por argumentos claros, me advertiu a chamar esses novos planetas pelo nome ilustre de Sua Alteza diante de todos os outros.
Outros nomes apresentados incluem:
- Eu. Princifarus (para a "prince" da Toscana), II. Victripar (depois de Vittoria della Rovere), III. Cosmipharus (depois de Cosimo de Médici) e IV. Fernifarus (depois do duque Ferdinando de Médici) – de Giovanni Battista Hodierna, discípulo de Galileu e autor do primeiro efémero (Efémero de medicamentos, 1656);
- Peças de reposiçãoou Jovis Comites – por Johannes Hevelius;
- Gardesou Satélites (do latim satelles, satellitis, que significa "escortes") - por Jacques Ozanam.
Os nomes que eventualmente prevaleceram foram escolhidos por Simon Marius, que descobriu as luas independentemente ao mesmo tempo que Galileu: ele as nomeou por sugestão de Johannes Kepler em homenagem aos amantes do deus Zeus (o equivalente grego de Júpiter), em seu Mundus Jovialis, publicado em 1614:
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... Esta fantasia, e os nomes particulares dados, foram sugeridos para mim por Kepler, astrônomo Imperial, quando nos encontramos na feira Ratisbon em outubro 161 3. Então, se, como um jest, e na memória da nossa amizade então começou, eu o saudo como pai conjunto dessas quatro estrelas, novamente eu vou nit estar fazendo errado.
Galileu se recusou terminantemente a usar o nome de Marius. nomes e inventou como resultado o esquema de numeração que ainda é usado hoje em dia, em paralelo com os nomes próprios da lua. Os números correm de Júpiter para fora, assim I, II, III e IV para Io, Europa, Ganimedes e Calisto, respectivamente. Galileu usou esse sistema em seus cadernos, mas nunca o publicou. Os nomes numerados (Júpiter x) foram usados até meados do século 20, quando outras luas internas foram descobertas, e Marius'; nomes tornaram-se amplamente usados.
- Os nomes das luas da Galileia
Io (esquerda) assistido por Argus Panoptes (direita) nas ordens de Hera
Europa na parte de trás de Zeus transformou-se em um touro
Ganimedes (esquerda) raptados por Zeus (direita)
Callisto (esquerda) com Eros e outras ninfas, com Artemis sentado
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Determinação da longitude
A descoberta de Galileu teve aplicações práticas. A navegação segura exigia a determinação precisa da posição de um navio no mar. Embora a latitude pudesse ser medida suficientemente bem por observações astronômicas locais, a determinação da longitude exigia o conhecimento do tempo de cada observação sincronizado com o tempo em uma longitude de referência. O problema da longitude era tão importante que grandes prêmios foram oferecidos por sua solução em várias ocasiões pela Espanha, Holanda e Grã-Bretanha.
Galileu propôs determinar a longitude com base no tempo das órbitas das luas galileanas. Os tempos dos eclipses das luas podiam ser calculados com precisão com antecedência e comparados com observações locais em terra ou em navios para determinar a hora local e, portanto, a longitude. Galileu se inscreveu em 1616 para o prêmio espanhol de 6.000 ducados de ouro com uma pensão vitalícia de 2.000 por ano, e quase duas décadas depois para o prêmio holandês, mas a essa altura ele estava em prisão domiciliar por possível heresia.
O principal problema com a técnica da lua joviana era que era difícil observar as luas galileanas através de um telescópio em um navio em movimento, um problema que Galileu tentou resolver com a invenção do celatone. Outros sugeriram melhorias, mas sem sucesso.
As pesquisas de mapeamento de terras tiveram o mesmo problema para determinar a longitude, embora com condições de observação menos severas. O método provou ser prático e foi usado por Giovanni Domenico Cassini e Jean Picard para remapear a França.
Membros
Alguns modelos preveem que pode ter havido várias gerações de satélites galileanos no início da história de Júpiter. Cada geração de luas a se formar teria espiralado em Júpiter e sido destruída, devido a interações de maré com o disco proto-satélite de Júpiter, com novas luas se formando a partir dos detritos remanescentes. No momento em que a geração atual se formou, o gás no disco do proto-satélite havia diminuído a ponto de não mais interferir muito com o movimento das luas. órbitas.
Outros modelos sugerem que os satélites galileanos se formaram em um disco de proto-satélite, no qual as escalas de tempo de formação eram comparáveis ou menores que as escalas de tempo de migração orbital. Io é anidro e provavelmente tem um interior de rocha e metal. Acredita-se que Europa contenha 8% de gelo e água em massa com o restante de rocha. Essas luas são, em ordem crescente de distância de Júpiter:
| Nome | Imagem | Modelo de interior | Diâmetro (km) | Missa (kg) | Densidade (g / cm)3) | Eixo semi-maio (km) | Período orbital (dias) (relativo a Io) | Inclinação (°) | Excentricidade |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Eu... Júpiter I |  |  | 3660.0 × 3637.4 × 36306 | 8.93×10.22 | 3.528 | 421800 | 1.769 (1) | 0,050 | 0.0041 |
| Europa Júpiter II |  |  | 31216 | 4.8×10.22 | 3.014 | 671100. | 3.551 (2.0) | 0 | 0.0094 |
| Gansme Júpiter III |  |  | 5268.2 | 1.48×10.23 | 1.942 | 1070400 | 7.155 (4.0) | 0,204 | 0.0011 |
| Callisto. Júpiter IV | .jpg) |  | 48206 | 1.08×10.23 | 1.834 | 1882700 | 16.689 (9.4) | 0,205 | 0.0074 |
Io
Io (Júpiter I) é a mais interna das quatro luas galileanas de Júpiter; com um diâmetro de 3.642 quilômetros, é a quarta maior lua do Sistema Solar e é apenas um pouco maior que a lua da Terra. Recebeu o nome de Io, uma sacerdotisa de Hera que se tornou uma das amantes de Zeus. Foi referido como "Júpiter I", ou "O primeiro satélite de Júpiter" até meados do século XX.
Com mais de 400 vulcões ativos, Io é o objeto geologicamente mais ativo do Sistema Solar. Sua superfície é pontilhada por mais de 100 montanhas, algumas das quais são mais altas que o Monte Everest da Terra. Ao contrário da maioria dos satélites do Sistema Solar exterior (que têm uma espessa camada de gelo), Io é composto principalmente de rocha de silicato em torno de um núcleo de ferro fundido ou sulfeto de ferro.
Embora não comprovados, os dados do orbitador Galileo indicam que Io pode ter seu próprio campo magnético. Io tem uma atmosfera extremamente fina composta principalmente de dióxido de enxofre (SO2). Se um navio de coleta ou dados de superfície pousasse em Io no futuro, teria que ser extremamente resistente (semelhante aos corpos semelhantes a tanques das sondas soviéticas Venera) para sobreviver à radiação e aos campos magnéticos originários de Júpiter.
Europa
Europa (Júpiter II), a segunda das quatro luas galileanas, é a segunda mais próxima de Júpiter e a menor com 3.121,6 quilômetros de diâmetro, ligeiramente menor que a Lua da Terra. O nome vem de uma mítica nobre fenícia, Europa, que foi cortejada por Zeus e se tornou a rainha de Creta, embora o nome não tenha sido amplamente utilizado até meados do século XX.
Tem uma superfície lisa e brilhante, com uma camada de água a envolver o manto do planeta, que se estima ter 100 quilómetros de espessura. A superfície lisa inclui uma camada de gelo, enquanto o fundo do gelo é teoricamente água líquida. A aparente juventude e suavidade da superfície levaram à hipótese de que existe um oceano de água abaixo dela, que poderia servir como uma morada para a vida extraterrestre. A energia térmica da flexão das marés garante que o oceano permaneça líquido e impulsiona a atividade geológica. A vida pode existir no oceano sob o gelo de Europa. Até agora, não há evidências de que exista vida em Europa, mas a provável presença de água líquida estimulou pedidos para enviar uma sonda para lá.
As marcações proeminentes que cruzam a lua parecem ser principalmente características de albedo, que enfatizam a baixa topografia. Existem poucas crateras em Europa porque sua superfície é tectonicamente ativa e jovem. Algumas teorias sugerem que a gravidade de Júpiter está causando essas marcas, já que um lado da Europa está constantemente voltado para Júpiter. Erupções vulcânicas de água dividindo a superfície de Europa e até mesmo gêiseres também foram considerados como uma causa. Acredita-se que a cor das marcas, marrom avermelhado, seja causada pelo enxofre, mas os cientistas não podem confirmar isso, porque nenhum dispositivo de coleta de dados foi enviado para Europa. Europa é feita principalmente de rocha de silicato e provavelmente tem um núcleo de ferro. Tem uma atmosfera tênue composta principalmente de oxigênio.
Ganimedes
Ganimedes (Júpiter III), a terceira lua da Galileia, recebeu o nome do mitológico Ganimedes, copeiro dos deuses gregos e amado de Zeus. Ganimedes é o maior satélite natural do Sistema Solar com 5.262,4 quilômetros de diâmetro, o que o torna maior que o planeta Mercúrio – embora tenha apenas cerca de metade de sua massa, já que Ganimedes é um mundo gelado. É o único satélite no Sistema Solar conhecido por possuir uma magnetosfera, provavelmente criada por convecção dentro do núcleo de ferro líquido.
Ganimedes é composto principalmente de rocha de silicato e gelo de água, e acredita-se que exista um oceano de água salgada a quase 200 km abaixo da superfície de Ganimedes, imprensado entre camadas de gelo. O núcleo metálico de Ganimedes sugere um calor maior em algum momento de seu passado do que havia sido proposto anteriormente. A superfície é uma mistura de dois tipos de terreno - regiões escuras com muitas crateras e regiões mais jovens, mas ainda antigas, com uma grande variedade de sulcos e cumes. Ganimedes tem um grande número de crateras, mas muitas desapareceram ou quase não são visíveis devido à formação de uma crosta de gelo sobre elas. O satélite tem uma fina atmosfera de oxigênio que inclui O, O2 e possivelmente O3 (ozônio) e algum hidrogênio atômico.
Calisto
Callisto (Júpiter IV) é a quarta e última lua de Galileu, e é a segunda maior das quatro, e com 4820,6 quilômetros de diâmetro, é a terceira maior lua do Sistema Solar, e pouco menor que Mercúrio, embora apenas um terço da massa do último. É nomeado após a ninfa mitológica grega Calisto, uma amante de Zeus que era filha do rei Arkadian Lykaon e uma companheira de caça da deusa Artemis. A lua não faz parte da ressonância orbital que afeta três satélites internos da Galileia e, portanto, não experimenta um aquecimento de maré apreciável. Calisto é composto de quantidades aproximadamente iguais de rocha e gelo, o que o torna o menos denso das luas galileanas. É um dos satélites com mais crateras do Sistema Solar, e uma característica importante é uma bacia de cerca de 3.000 km de largura chamada Valhalla.
Callisto é cercada por uma atmosfera extremamente fina composta de dióxido de carbono e provavelmente oxigênio molecular. A investigação revelou que Callisto pode possivelmente ter um oceano subterrâneo de água líquida em profundidades inferiores a 300 quilômetros. A provável presença de um oceano dentro de Calisto indica que ele pode abrigar vida. No entanto, isso é menos provável do que na vizinha Europa. Calisto tem sido considerado o local mais adequado para uma base humana para futuras explorações do sistema de Júpiter, uma vez que é o mais distante da intensa radiação de Júpiter.
Estrutura comparativa
| Lua | rem/dia |
|---|---|
| Eu... | 3600 |
| Europa | 540 |
| Gansme | 8 |
| Callisto. | 0,01 |
Flutuações nas órbitas das luas indicam que sua densidade média diminui com a distância de Júpiter. Calisto, a mais externa e menos densa das quatro, tem uma densidade intermediária entre o gelo e a rocha, enquanto Io, a lua mais interna e densa, tem uma densidade intermediária entre a rocha e o ferro. Calisto tem uma superfície de gelo antiga, cheia de crateras e inalterada e a maneira como gira indica que sua densidade é igualmente distribuída, sugerindo que não possui núcleo rochoso ou metálico, mas consiste em uma mistura homogênea de rocha e gelo. Esta pode muito bem ter sido a estrutura original de todas as luas. A rotação das três luas internas, em contraste, indica diferenciação de seus interiores com matéria mais densa no núcleo e matéria mais leve acima. Eles também revelam alteração significativa da superfície. Ganymede revela o movimento tectônico passado da superfície do gelo que exigiu o derretimento parcial das camadas subsuperficiais. Europa revela movimentos mais dinâmicos e recentes dessa natureza, sugerindo uma crosta de gelo mais fina. Finalmente, Io, a lua mais interna, tem uma superfície de enxofre, vulcanismo ativo e nenhum sinal de gelo. Todas essas evidências sugerem que quanto mais próxima uma lua estiver de Júpiter, mais quente será seu interior. O modelo atual é que as luas experimentam o aquecimento das marés como resultado do campo gravitacional de Júpiter em proporção inversa ao quadrado de sua distância do planeta gigante. Em todos, exceto Calisto, isso terá derretido o gelo interior, permitindo que a rocha e o ferro afundem no interior e a água cubra a superfície. Em Ganimedes formou-se então uma espessa e sólida crosta de gelo. Na Europa, mais quente, formou-se uma crosta mais fina e mais facilmente quebrada. Em Io, o aquecimento é tão extremo que todas as rochas derreteram e a água ferveu há muito tempo no espaço.
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Origem e evolução
Acredita-se que os satélites regulares de Júpiter tenham se formado a partir de um disco circumplanetário, um anel de gás em acreção e detritos sólidos análogo a um disco protoplanetário. Eles podem ser os remanescentes de uma série de satélites de massa galileana que se formaram no início da história de Júpiter.
As simulações sugerem que, embora o disco tivesse uma massa relativamente alta em um determinado momento, ao longo do tempo uma fração substancial (vários décimos de um por cento) da massa de Júpiter capturada da nebulosa Solar foi processada através dele. No entanto, a massa do disco de apenas 2% da massa de Júpiter é necessária para explicar os satélites existentes. Assim, pode ter havido várias gerações de satélites de massa galileana no início da história de Júpiter. Cada geração de luas teria entrado em espiral em Júpiter, devido ao arrasto do disco, com novas luas se formando a partir dos novos detritos capturados da nebulosa Solar. No momento em que a atual (possivelmente a quinta) geração se formou, o disco havia diminuído a ponto de não mais interferir muito com o movimento das luas. órbitas. As atuais luas galileanas ainda foram afetadas, caindo e sendo parcialmente protegidas por uma ressonância orbital que ainda existe para Io, Europa e Ganimedes. A massa maior de Ganimedes significa que ele teria migrado para dentro a uma taxa mais rápida do que Europa ou Io. A dissipação das marés no sistema joviano ainda está em andamento e Calisto provavelmente será capturado na ressonância em cerca de 1,5 bilhão de anos, criando uma cadeia 1:2:4:8.
Visibilidade
Todas as quatro luas galileanas são brilhantes o suficiente para serem vistas da Terra sem um telescópio, se elas pudessem aparecer mais distantes de Júpiter. (Eles são, no entanto, facilmente distinguidos mesmo com binóculos de baixa potência.) Eles têm magnitudes aparentes entre 4,6 e 5,6 quando Júpiter está em oposição ao Sol, e são cerca de uma unidade de magnitude mais fracas quando Júpiter está em conjunção. A principal dificuldade em observar as luas da Terra é sua proximidade com Júpiter, já que são obscurecidas por seu brilho. As separações angulares máximas das luas estão entre 2 e 10 minutos de arco de Júpiter, o que é próximo ao limite da acuidade visual humana. Ganímedes e Calisto, em sua separação máxima, são os alvos mais prováveis para observação potencial a olho nu.
Animações de órbita
Animações em GIF representando as órbitas da lua galileana e a ressonância de Io, Europa e Ganimedes
Júpiter· Eu...· Europa· Gansme· Callisto.