Спутник камерами зонда Галилео в 1997 году

Спутник Юпитера Ганимед является крупнейшим спутником в нашей Солнечной системе. Он больше, чем Меркурий и Плутон, его диаметр составляет три четверти диаметра Марса. Если бы он вращался вокруг Солнца, а не по орбите вокруг Юпитера, он бы легко был классифицирован как планета.

Ганимед, состоит из трех основных слоев. Металлическое железное ядро в центре (оно генерирует магнитное поле), сферическая оболочка — мантия, окружающая ядро и ледяная кора. Ледяная оболочка снаружи очень толстая, шириной примерно 800 км. Хотя поверхность спутника это в основном лед, он может содержать некоторое количество каменных пород. Магнитное поле находится внутри магнитосферы массивного Юпитера.

Изображение с расстояния около 70 000 км.

Характеристика

Дата открытия 1610 год
Масса 1.48 10*23 кг.
Экваториальный радиус 2631 км.
Средняя плотность 1,94 г/см3
Среднее расстояние до Юпитера 1,07 млн. км.
Период вращения 7.154553 дней
Средняя орбитальная скорость 10.88 км/сек
Эксцентриситет орбиты 0,002
Наклонение орбиты 0,195 градусов
Вторая космическая скорость 2,74 км/сек
Геометрическое альбедо 0,42

Астрономы, использующие космический телескоп Хаббл, обнаружили тонкую атмосферу из кислорода в 1996 году. Атмосфера слишком тонкая, чтобы поддерживать жизнь, тем более на нем весьма холодно.

Рельеф поверхности

Космические фотографии Ганимеда показывают, что луна имеет сложную геологическую историю. Ландшафт представляет собой смесь двух типов местности. Сорок процентов покрыто кратерами и темными участками, а остальные шестьдесят процентов покрыто светлым рельефом, который образует сложные узоры.

Изображение с расстояния примерно 4500 км

Геологический термин «борозда», часто используется для описания особенности поверхности. Эти борозды, вероятно, образованы разломами или выбросами воды из-под земли. Хребты достигают высоту семьсот метров и тянутся на тысячи километров. Темные области — старые и грубые, и считаются нетронутыми участками коры.

Крупные кратеры почти не возвышаются и довольно плоские. У них нет центральной впадины, характерной для кратеров на Луны. Это, вероятно, из-за медленного и постепенного движения мягкой ледяной поверхности. Вокруг кратеров существуют яркие и темные лучи выбросов.

Открытие спутника

Эта крупнейшая луна была открыта Галилео Галилеем 7 января 1610 года. Наряду с тремя другими лунами Юпитера, это был первый раз, когда спутник был обнаружен вокруг другой планеты. Открытие четырех key Галилея, в конечном итоге, привели к пониманию, что планеты в нашей Солнечной системе вращаются по орбите вокруг Солнца.

Но и во всей Солнечной системе. По размеру (5268 км) он на 8% больше Меркурия, хоть и уступает ему в массе. Масса Ганимеда равна 1.48 * 10 23 кг, что в 2 раза больше массы Луны. Он вращается вокруг Юпитера по правильной круговой орбите на расстоянии 1.07 млн.км и делает один оборот за 7.155 земных суток. С такого расстояния Юпитер выглядит в 15.2 раза больше Луны в земном небе.
Как и вращение всех остальных галилеевых спутников Юпитера, вращение Ганимеда синхронизировано приливными силами с его орбитальным движением, так что он повернут к Юпитеру только одной стороной.

Древняя поверхность Ганимеда усеяна многочисленными ударными кратерами. Молодые глубокие кратеры обнажают чистый лед глубин и выглядят ярко белыми (их альбедо близко к 100%). Однако поверхность спутника несет на себе и явные следы активных тектонических процессов. Примерно половина поверхности своей древностью, темным цветом и обилием кратеров напоминают поверхность Каллисто , ее возраст оценивается в 3 млрд. лет. Более светлые области значительно моложе, их возраст оценивается в 0.5-1 млрд. лет. Ледяная поверхность светлых областей пересекается многочисленными хребтами и разломами.

Поверхность Ганимеда испытывает резкие температурные контрасты. В приэкваториальных широтах после полудня температура поднимается до 160К (-113С), опускается до 120К на закате и быстро падает после заката солнца до 85-90К. На полюсах, где солнце стоит низко над горизонтом, даже дневные температуры не поднимаются выше 120К. И день, и ночь на Ганимеде длятся по 3.6 земных суток.

Ледяная поверхность спутника непрерывно бомбардируется высокоэнергичными заряженными частицами из магнитосферы Юпитера и освещается ультрафиолетовым светом Солнца. Выбивание молекул водяного пара и их фотодиссоциация под действием солнечного ультрафиолета приводят к появлению эфемерной атмосферы Ганимеда, состоящей в основном из молекул кислорода. Ее интегральная плотность составляет всего 10 14 - 10 15 молекул на квадратный сантиметр. Для сравнения, в одном кубическом сантиметре воздуха при нормальных условиях (0С, 1 атм.) содержится 2.68 * 10 19 молекул (таким образом, чтобы атмосфера Ганимеда имела плотность, сравнимую с плотностью земного воздуха, ее всю придется сжать в слой толщиной ~0.4 мкм). Температура атмосферы близка к 150К.

Еще одним сюрпризом, преподнесенным АМС Галилео, явилось открытие у Ганимеда магнитного поля и собственной магнитосферы, полностью погруженной в магнитосферу Юпитера. Величина поля невелика, она составляет всего 750 нТ на экваторе спутника, однако это почти в 6 раз больше напряженности магнитного поля Юпитера на орбите Ганимеда (107-118 нТ). Ось магнитного диполя наклонена на 10 градусов к оси вращения спутника. Магнитосфера Ганимеда простирается примерно на 2 радиуса Ганимеда вокруг этого спутника (таким образом, в магнитосфере Юпитера образуется каверна диаметром ~4 радиуса Ганимеда).
В настоящий момент существуют две гипотезы относительно происхождения магнитного поля Ганимеда. Согласно одной из них, магнитное поле наводится динамо-механизмом при вращении расплавленного железного (или в смеси с сульфидом железа) ядра Ганимеда (этот же механизм отвечает за возникновение магнитного поля Земли). В пользу этого предположения говорит "правильный", дипольный характер магнитного поля спутника. Согласно второй гипотезе, магнитное поле Ганимеда наводится в соленом океане, расположенном под толстой (130-150 км) ледяной корой. Возможно, действуют оба этих механизма.

Внутренее строение Ганимеда.
В отличие от Каллисто, Ганимед прошел гравитационную дифференциацию и состоит из нескольких слоев.

В центре этого спутника находится расплавленное ядро, состоящее из смеси железа и сульфида железа. Выше простирается мантия из горных пород, еще выше - обширная мантия из частично расплавленного льда. Последние 130-150 км составляет твердая ледяная кора.

Ганимед в цифрах:
Большая полуось орбиты вокруг Юпитера: 1 070 000 км.
Орбитальный эксцентриситет: 0.002
Наклон орбиты к экватору Юпитера: 0.195 градуса
Период обращения: 7.155 земных суток
Экваториальный радиус: 2634 км (1,516 лунного радиуса).
Масса: 1.48 * 10 23 кг (2,014 массы Луны)
Средняя плотность: 1.94 г/куб.см
Ускорение свободного падения на поверхности: 1.42 м/с 2 (примерно в 6,9 раза меньше, чем на Земле)
Вторая космическая скорость: 2.74 км/сек
Альбедо: 0.42
Температура поверхности: 85-160 К

Карта Ганимеда (осторожно, 4.5 Мб!)

Источники:
"Discovery of Ganymede`s magnetic field by the Galileo spacecraft", Nature, vol. 384, 12 december 1996
Cratering Rates on the Galilean Satellites

Ганимед в Фотожурнале НАСА
Ганимед в Информационном справочнике НАТСАТ

> Ганимед

Ганимед – самый большой спутник Солнечной системы из группы Галилея: таблица параметров с фото, обнаружение, исследование, имя, магнитосфера, состав, атмосфера.

Ганимед - крупнейший спутник не только системы Юпитера, но и всей Солнечной системы.

В 1610 году Галилео Галилей совершил удивительное открытие, так как возле гиганта Юпитера нашел 4 светлых пятна. Сначала он подумал, что перед ним звезды, но потом понял, что видит спутники.

Среди них был Ганимед – самый большой в Солнечной системе спутник, превышающий по размерам Меркурий. Это также единственная луна с магнитосферой, кислородной атмосферой и внутренним океаном.

Обнаружение и имя спутника Ганимед

В китайских записях можно найти отметку, что за Ганимедом мог наблюдать еще Ган Де в 365 г. до н.э. Но все же обнаружение приписывают Галилею, который 7 января 1610 года удачно направил прибор в небо.

Изначально все спутники именовались римскими цифрами. Но Симон Мариус, утверждавший, что нашел луны самостоятельно, предложил свои имена, которые мы используем до сих пор.

В мифах Древней Греции Ганимед был ребенком короля Троса.

Размер, масса и орбита спутника Ганимед

С радиусом в 2634 км (0.413 земного) Ганимед выступает крупнейшей луной в нашей системе. Но масса – 1.4619 х 10 23 , что намекает на состав из водяного льда и силикатов.

Показатель эксцентриситета – 0.0013, а удаленность колеблется между 1 069 200 км и 1 071 600 км (средняя – 1 070 400 км). На орбитальный проход тратит 7 дней и 3 часа. Пребывает в гравитационном блоке с планетой.

Таким образом вы узнали, спутником какой планеты является Ганимед.

Орбита расположена под наклоном к планетарному экватору, что вызывает орбитальные изменения от 0 до 0.33°. Спутник настроен на резонанс 4:1 с Ио и 2:1 с Европой.

Состав и поверхность спутника Ганимед

Показатель плотности в 1.936 г/см 3 намекает на присутствие одинаковых пропорций камня и льда. Водяной лед достигает 46-50% лунной массы (ниже Каллисто) с возможностью формирования аммиака. Поверхностное альбедо – 43%.

Ультра-инфракрасный и УФ-обзор показали присутствие двуокиси углерода, двуокиси серы, а также цианоген, гидросульфат и разнообразные органические соединения. Поздние исследования находили сульфат натрия и сульфат магния, которые могли поступить из подповерхностного океана.

Внутри спутник Юпитера Ганимед обладает ядром (железное, жидкий железный слой и сульфидное внешнее), силикатной мантией и оболочкой из льда. Полагают, что ядро простирается в радиусе на 500 км, а температура – 1500-1700 К с давлением в 10 Па.

На присутствие ядра из жидкого железа и никеля намекает магнитное поле луны. Скорее всего, причина в конвекции в жидком железе с высоким уровнем электропроводности. Показатель плотности ядра достигает 5.5-6 г/см 3 , а у силикатной мантии – 3.4-3.6 г/см 3 .

Мантия представлена хондритами и железом. Внешняя ледяная корка выступает крупнейшим слоем (800 км). Есть мнение, что между слоями расположен жидкий океан. На это могут намекать сияния.

На поверхности отмечают две разновидности рельефа. Это древние, темные и кратерные участки, а также молодые и светлые территории с хребтами и канавками.

Темная часть занимает 1/3 всей поверхности. Ее окрас объясняется наличием глины и органических материалов во льду. Полагают, что все дело в кратерных формированиях.

Рифленый ландшафт выступает тектоническим, что связано с криовальванизмом и приливным нагревом. Изгиб мог поднять температуру внутри объекта и надавить на литосферу, что вызвало формирование разломов и трещин, уничтоживших 70% темной местности.

Большая часть кратеров сосредоточена на темных участках, но их можно отыскать повсюду. Полагают, что 3.5-4 млрд. лет назад Ганимед прошел сквозь период активной астероидной атаки. Ледяная кора слабая, поэтому углубления более плоские.

Есть ледяные шапки со льдом, обнаруженные Вояджером. Данные от аппарата Галилео подтвердили, что вероятнее всего они сформировались от плазменной бомбардировки.

Атмосфера спутника Ганимед

На Ганимеде есть слабый атмосферный слой с кислородом. Создается благодаря присутствию на поверхности водяного льда, разделяющегося на водород и кислород при контакте с УФ-лучами.

Наличие атмосферы приводит к эффекту аэрографа – слабое световое излучение, созданное атомным кислородом и энергетическими частичками. Лишен равномерности, поэтому над полярными территориями формируются яркие пятна.

Спектрограф нашел озон и кислород. Это намекает на присутствие ионосферы, потому что кислородные молекулы ионизируются ударами электронов. Но это пока не подтвердилось.

Магнитосфера спутника Ганимед

Ганимед – уникальный спутник, потому что располагает магнитосферой. Величина стабильного магнитного момента – 1.3 х 10 3 Т · м 3 (втрое выше показателя Меркурия). Магнитный диполь установлен на 176° относительно планетарного магнитного момента.

Сила магнитного поля достигает 719 Тесла, а диаметр магнитосферы – 10.525-13.156 км. Замкнутые полевые линии находятся ниже 30° широты, где захватываются заряженные частички и формируют радиационный пояс. Среди ионов наиболее распространенными выступает одиночный ионизированный кислород.

Контакт между лунной магнитосферой и планетарной плазмой напоминает ситуацию с солнечным ветром и земной магнитосферой. Индуцированное магнитное поле намекает на существование подземного океана.

Но возможность магнитосферы все еще остается тайной. Кажется, что она формируется из-за динамо – перемещение материала в ядро. Но есть и другие тела с динамо, у которых нет магнитосферы. Полагают, что ответом могут служить орбитальные резонансы. Увеличение приливного нагрева способно изолировать ядро и не дать ему остыть. Или же все дело в остаточной намагниченности силикатных пород.

Обитаемость спутника Ганимед

Спутник планеты Юпитер Ганимед выступает привлекательной целью для поиска жизни из-за возможного подповерхностного океана. Анализ в 2014 году подтвердил, что может быть несколько океанических слоев, отделенных ледяными пластинами. Причем нижний касается каменистой мантии.

Это важно, так как в воду может поступать тепло от приливного сгибания, что поддержит жизненные формы. Присутствие кислорода только повышает шансы.

Исследование спутника Ганимед

К Юпитеру отправлялось несколько зондов, поэтому они отслеживали и особенности Ганимеда. Первыми полетели Пионер-10 (1973) и Пионер-11 (1974). Они предоставили детали физических характеристик. За ними в 1979 году помчались Вояджеры 1 и 2. В 1995 году на орбиту вышел Галилео, изучающий спутник с 1996-2000 г. Ему удалось обнаружить магнитное поле, внутренний океан и предоставить множество спектральных снимков.

Последний обзор прошел в 2007 году от Новых Горизонтов, летящего к Плутону. Зонд создал топографическую и композиционную карты Европы и Ганимеда.

Сейчас есть несколько проектов, которые находятся в ожидании одобрения. В 2022-2024 гг. могут запустить JUICE, которая охватила бы все галилейские луны.

Среди отмененных проектов числится и JIMO, собирающийся детально изучить крупнейшую луну в системе. Причина отмены – нехватка средств.

Колонизация спутника Ганимед

Ганимед выступает одним из отличных кандидатов на создание колонии и трансформацию. Это крупный объект с гравитацией 1.428 м/с 2 (напоминает Луну). Это значит, что на запуск ракеты уйдет меньше топлива.

Магнитосфера защитит от космических лучей, а водяной лед поможет создавать кислород, воду и ракетное топливо. Но не обойтись и без проблем. Магнитосфера не такая плотная, как мы привыкли, поэтому не сможет защитить от радиации Юпитера.

Также магнитосферы не хватит, чтобы удержать плотный атмосферный слой и комфортную температуру. Среди решений фигурирует возможность создать поселение под землей, ближе к ледяным залежам. Тогда нам не грозят лучи и морозы. Пока это лишь проекты и наброски. Но Ганимед заслуживает пристального внимания, потому что однажды может стать источником жизни или вторым домом. Карта раскроет детали поверхности Ганимеда.

Нажмите на изображение, чтобы его увеличить

Группа Амальтея	· · ·
Галилеевы спутники	· · ·
Группа Фемисто
Группа Гималая	· · · ·
Группа Ананке	· · · · · · · · · · · · · · · ·
Группа Карме	· · · · · · ·

Ганимед - самый большой спутник Юпитера и всей солнечной системы, имеющий размер планеты. Его диаметр составляет 5268 км. Он получил свое название по имени сына троянского царя и нимфы Каллирои. Боги взяли красивого мальчика на небо, где он стал любимцем и виночерпием Зевса.

Средняя плотность его низка - 1.94 г/cм 3 . Вообще, плотность галилеевых спутников уменьшается с удалением от Юпитера. Плотность Ио составляет 3.55, Европы - 3.01, а Каллисто - 1.83 г/cм 3 , что указывает на увеличение доли льда в их составе по мере удаления от Юпитера. Водяной лед Ганимеда составляет до 50% его массы. Ганимед имеет наиболее правильную форму, отличия его от формы шара не обнаружены. Некоторые характеристики спутника Ганимед приведены в таблице

Поверхность

Поверхность Ганимеда испещрена ударными кратерами, альбедо некоторых из них достигает 100%. Возраст поверхности Ганимеда оказался очень большим, некоторых наиболее древних темных участков - до 3-4 млрд лет. Более светлые области часто пересекаются долинами и хребтами на многие тысячи километров. Ширина этих образований до десятков километров, глубина составляет всего несколько сотен метров. Это области более молодые, и ученые предполагают, что они возникли под действием растяжений ледяной коры в результате локальной тектоники.

Масштабные снимки поверхности, полученные космическим аппаратом Галилео, перевернули прежние представления о геологическом прошлом этого спутника. Они показывают древние ледяные поля, изрытые кратерами, и молодые равнины, изрезанные гребневидными горами, изрытые кратерами и тектонически деформированные. В целом, примерно половина площади, покрытой метеоритными и кометными кратерами, была заново изменена следами вулканической и тектонической деятельности. Снимок поверхности Ганимеда получен космическим аппаратом Галилео

Более поздние снимки показали возможное присутствие жидкой воды на Ганимеде.

Магнитное поле и магнитосфера Ганимеда

Во время сближения КА Галилео с Ганимедом было обнаружено большое увеличение в силе магнитного поля, т.е. впервые у спутника планеты четко зафиксирована собственная магнитосфера . Два прибора на Галилео - плазменный спектрометр, регистрирующий количество и состав заряженных частиц, и магнитометр, фиксирующий направление и величину магнитного поля, - при подлете к Ганимеду резко изменили свои показания. Концентрация ионов и электронов увеличилась более, чем в 100 раз, а величина магнитного поля возросла почти в 5 раз, его направление изменилось, указывая прямо на Ганимед. Этот магнитный кокон защищает спутник от магнитного влияния основного гигантского тела - Юпитера.
Комбинируя данные об открытом магнитном поле с известными гравитационными данными, ученые пришли к выводу, что Ганимед имеет металлическое ядро , окруженное скалистой силикатной мантией, которая в свою очередь покрыта ледяной корой. Такая дифференцированная структура , возможно, и вызывает магнитное поле, которое в свою очередь создает магнитосферу. Раньше единственными известными твердыми телами солнечной системы, имеющими магнитное поле, были планеты Меркурий и Земля. Теперь найдены магнитные поля у всех галилеевых спутников Юпитера - Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто.
На Ганимеде собственное магнитное поле достаточно сильно, чтобы образовать магнитосферу с резко определенной границей внутри магнитосферы Юпитера. Последние наблюдения с Галилео показали присутствие магнитного поля и вокруг Каллисто. Магнитометр, установленный на Галилео, показал наличие магнитного поля и у Европы, причем северный магнитный полюс указывает странное направление. Величина магнитного поля составляет примерно одну четверть от силы магнитного поля Ганимеда.

Орбита, теория движения, эфемериды

Один оборот вокруг планеты Ганимед совершает за 7.154553 суток. Ганимед движется на резонансной орбите , т.е. совершает один оборот за два обращения другого галилеева спутника - Европы, который в свою очередь также совершает один оборот за два обращения Ио. Таким образом, периоды обращения спутников Европы и Ганимеда находятся в резонансе 1: 2, Ио и Ганимеда - в резонансе 1: 4, т.е. в системе галилеевых спутников существует тройной резонанс 1: 2: 4. Основные элементы орбиты приведены в таблице

В настоящее время наилучшей теорией движения галилеевых спутников Юпитера является теория Лиске. Наиболее полную картину движения галилеевых спутников представил Феррас-Мелло в монографии "Динамика галилеевых спутников Юпитера". Подробнее о динамике галилеевых спутников... Вычисление эфемерид для наблюдений спутника на любой момент можно провести на сайте Бюро долгот (Париж).

Вращение

Ганимед находится в синхронном вращении с Юпитером, т.е. период вращения его вокруг оси равен периоду обращения спутника вокруг Юпитера.
Рекомендуемые величины для направления на северный полюс вращения и первый меридиан спутников Юпитера (1994, IAUWG).
Прямое восхождение и склонение являются стандартными экваториальными координатами на экваторе J2000 на эпоху J2000.
Координаты северного полюса неизменной плоскости
= 66°.99.
Т - интервал в юлианских столетиях (по 36525 дней) от стандартной эпохи,
d - интервал в днях от стандартной эпохи,
Стандартная эпоха 1.5 января 2000, т.е. 2451545.0 TDB

где
J4 = 355.°80 + 1191.°3 T
J5 = 119.°90 + 262.°1 T
J6 = 229.°80 + 64.°3 T

Самый крупный спутник в системе Юпитера и вообще в Солнечной системе назвали в честь Ганимеда – сына троянского царя, похищенного Зевсом на Олимп, где он стал разносить богам нектар.

Радиус спутника 2631 км. По своему диаметру он превосходит Меркурий. Однако, средняя плотность Ганимеда всего лишь ρ = 1,93 г/см 3: на спутнике очень много льда. Множество кратеров, покрывающих участки темнокоричневого цвета, свидетельствует о древ нем, около 3-4 млрд. лет, возрасте этой поверхности. Более молодые участки по крыты системами параллельных борозд, сформированных более светлым мате­риалом в процессе растяжения ледяной коры. Глубина этих борозд - несколько сотен метров, ширина - десятки километров, а протяженность может доходить до нескольких тысяч километров. У некоторых кратеров Ганимеда встречаются не только светлые лучевые системы (похожие на лунные), но иногда и темные.

Внешне по фотографиям Ганимед напоминает Луну, но он значительно крупнее ее. 40 % поверхности Ганимеда представляют собой древнюю мощную ледяную кору, покрытую кратерами. 3,5 миллиарда лет назад на ней появились странные области, покрытые бороздами. Огромные ударные кратеры на поверхности Ганимеда образовались в эпоху образования спутников и планет. Молодые кратеры имеют светлое дно и обнажают ледяную поверхность. Кора Ганимеда состоит из смеси льда и темных горных пород.

Внутреннее строение Ганимеда предположительно таково. В центре спутника находится или расплавленное железное ядро или металло-сернистое ядро, окруженное мантией из горных пород. Далее идет толстый слой льда толщиной в районе 900 км. и на нем уже находится кора спутника. Между мантией и корой возможна жидкая вода под большим давлением, давление позволяет воде с очень низкой температурой находится в жидкой фазе.

Сравнение поверхности Ганимеда (слева) и Европы (справа) . NASA