Darstellung von Ganymede zentriert über 45° westlicher Länge; dunkle Bereiche sind Perrine (oben) und Nicholson (unten) regiones; prominente Krater sind Tros (oben rechts) und Cisti (unten links).
SizeEdit
KompositionEdit
Die durchschnittliche Dichte von Ganymed, 1.936 g/cm3, legt eine Zusammensetzung von etwa gleichen Teilen Material und hauptsächlich Wasser ices nahe. Ein Teil des Wassers ist flüssig und bildet einen unterirdischen Ozean., Der Massenanteil an ices liegt zwischen 46 und 50%, was etwas niedriger ist als bei Callisto. Einige zusätzliche flüchtige Ices wie Ammoniak können ebenfalls vorhanden sein. Die genaue Zusammensetzung von Ganymedes Gestein ist nicht bekannt, liegt aber wahrscheinlich nahe an der Zusammensetzung gewöhnlicher Chondrite vom Typ L/LL, die sich durch weniger Gesamteisen, weniger metallisches Eisen und mehr Eisenoxid als H-Chondrite auszeichnen. Das Gewichtsverhältnis von Eisen zu Silizium liegt in Ganymed zwischen 1,05 und 1,27, während das Sonnenverhältnis bei 1,8 liegt.,
Oberfläche featuresEdit
Enhanced-color Galileo Raumschiff Bild von Ganymede hinter Hemisphäre. Die prominenten Strahlen des Kraters Tashmetum befinden sich unten rechts und das große Ejecta-Feld von Hershef oben rechts. Ein Teil des Nicholson Regio befindet sich unten links und wird oben rechts von Harpagia Sulcus begrenzt.
Ganymedes Oberfläche hat einen Albedo von etwa 43%., Wassereis scheint auf seiner Oberfläche allgegenwärtig zu sein, mit einem Massenanteil von 50-90%, deutlich mehr als bei Ganymed insgesamt. Die Nahinfrarotspektroskopie hat das Vorhandensein starker Wassereisabsorptionsbänder bei Wellenlängen von 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 und 3,0 µm gezeigt. Das gerillte Gelände ist heller und hat eine eisige Zusammensetzung als das dunkle Gelände., Die Analyse von hochauflösenden Nahinfrarot-und UV-Spektren, die von der Galileo-Raumsonde und aus Erdbeobachtungen erhalten wurden, hat verschiedene Nicht-Wasser-Materialien ergeben: Kohlendioxid, Schwefeldioxid und möglicherweise Cyanogen, Wasserstoffsulfat und verschiedene organische Verbindungen. Galileo-Ergebnisse haben auch Magnesiumsulfat (MgSO4) und möglicherweise Natriumsulfat (Na2SO4) auf Ganymedes Oberfläche gezeigt. Diese Salze können aus dem unterirdischen Ozean stammen.,
Die Krater Gula und Achelous (unten), im gerillten Gelände von Ganymede, mit Ejecta“ Sockeln “ und Wällen.
Die ganymedsche Oberfläche albedo ist sehr asymmetrisch; die führende Hemisphäre ist heller als die nachfolgende. Dies ist ähnlich wie Europa, aber das Gegenteil für Callisto. Die nachfolgende Hemisphäre von Ganymed scheint mit Schwefeldioxid angereichert zu sein. Die Verteilung von Kohlendioxid zeigt keine hemisphärische Asymmetrie, obwohl sie nicht in der Nähe der Pole beobachtet wird., Einschlagkrater auf Ganymed (außer einem) zeigen keine Anreicherung an Kohlendioxid, was es auch von Callisto unterscheidet. Das Kohlendioxid-Gas von Ganymed war in der Vergangenheit wahrscheinlich erschöpft.
Die Oberfläche von Ganymed ist eine Mischung aus zwei Arten von Gelände: sehr alten, stark kraterigen, dunklen Regionen und etwas jüngeren (aber immer noch alten), leichteren Regionen, die mit einer Vielzahl von Rillen und Graten markiert sind. Das dunkle Gelände, das etwa ein Drittel der Oberfläche umfasst, enthält Tone und organische Materialien, die auf die Zusammensetzung der Impaktoren hinweisen könnten, aus denen sich Jovian-Satelliten angesammelt haben.,
Der für die Bildung des gerillten Geländes auf Ganymed erforderliche Heizmechanismus ist in den Planetenwissenschaften ein ungelöstes Problem. Die moderne Ansicht ist, dass das gerillte Gelände hauptsächlich tektonischer Natur ist. Es wird angenommen, dass der Kryovulkanismus, falls vorhanden, nur eine untergeordnete Rolle gespielt hat. Die Kräfte, die die starken Spannungen in der Ganymedschen Eislithosphäre verursachten, die zum Auslösen der tektonischen Aktivität erforderlich waren, können mit den Gezeitenereignissen in der Vergangenheit verbunden sein, die möglicherweise verursacht wurden, wenn der Satellit instabile Orbitalresonanzen durchlief., Die Gezeitenbeugung des Eises hat möglicherweise das Innere erwärmt und die Lithosphäre belastet, was zur Entwicklung von Rissen und Horst-und Graben-Fehlern führte, die das alte, dunkle Gelände auf 70% der Oberfläche auslöschten. Die Bildung des gerillten Geländes kann auch mit der frühen Kernbildung und der anschließenden Gezeitenerwärmung des Ganymede-Innenraums verbunden sein, die aufgrund von Phasenübergängen in Eis und Wärmeausdehnung eine leichte Ausdehnung von Ganymede um 1-6% verursacht haben kann., Während der nachfolgenden Evolution tief, Heißwasser-Federn können aus dem Kern an die Oberfläche gestiegen, was zu der tektonischen Verformung der Lithosphäre. Die radiogene Erwärmung innerhalb des Satelliten ist die relevanteste aktuelle Wärmequelle, die zum Beispiel zur Tiefe des Ozeans beiträgt. Forschungsmodelle haben herausgefunden, dass, wenn die Orbitalexzentrizität um eine Größenordnung größer wäre als derzeit (wie in der Vergangenheit), die Gezeitenheizung eine substanziellere Wärmequelle wäre als die radiogene Erwärmung.,
Kraterbildung ist auf beiden Geländetypen zu sehen, ist aber auf dunklem Gelände besonders umfangreich: Sie scheint mit Einschlagskratern gesättigt zu sein und hat sich weitgehend durch Einschlagsereignisse entwickelt. Das hellere, gerillte Gelände enthält viel weniger Aufprallmerkmale, die für seine tektonische Entwicklung nur von untergeordneter Bedeutung waren. Die Dichte der Krater zeigt ein Alter von 4 Milliarden Jahren für das dunkle Gelände an, ähnlich dem Hochland des Mondes, und ein etwas jüngeres Alter für das gerillte Gelände (aber wie viel jünger ist ungewiss). Ganymed kann eine Periode der schweren Kraterbildung erlebt haben 3.,Vor 5 bis 4 Milliarden Jahren ähnlich dem Mond. Wenn das stimmt, geschah die überwiegende Mehrheit der Auswirkungen in dieser Epoche, während die Kraterrate seitdem viel geringer war. Krater überlagern sich und werden von den Rillensystemen vernetzt, was darauf hinweist, dass einige der Rillen ziemlich alt sind. Relativ junge Krater mit Ejektastrahlen sind ebenfalls sichtbar. Ganymedian Krater sind flacher als die auf dem Mond und Merkur. Dies ist wahrscheinlich auf die relativ schwache Natur der Eiskruste von Ganymed zurückzuführen, die fließen kann (oder könnte) und dadurch das Relief erweichen kann., Alte Krater, deren Relief verschwunden ist, hinterlassen nur einen“ Geist “ eines Kraters, der als Palimpsest bekannt ist.
Ein bedeutendes Merkmal auf Ganymed ist eine dunkle Ebene namens Galileo Regio, die eine Reihe konzentrischer Rillen oder Furchen enthält, die wahrscheinlich während einer Periode geologischer Aktivität entstanden sind.
Ganymed hat auch Polkappen, die wahrscheinlich aus Wasserfrost bestehen. Der Frost erstreckt sich auf 40 ° Breite. Diese Polkappen wurden zuerst von der Raumsonde Voyager gesehen. Theorien zur Bildung der Kappen umfassen die Migration von Wasser in höhere Breiten und das Bombardieren des Eises durch Plasma., Daten von Galileo legen nahe, dass letzteres korrekt ist. Das Vorhandensein eines Magnetfeldes auf Ganymed führt zu einem intensiveren geladenen Teilchenbeschuss seiner Oberfläche in den ungeschützten Polarregionen; Sputtern führt dann zur Umverteilung von Wassermolekülen, wobei Frost in lokal kältere Bereiche innerhalb des polaren Geländes wandert.
Ein Krater namens Anat liefert den Bezugspunkt für die Längenmessung auf Ganymed. Per Definition ist Anat bei 128° Länge. Der Längengrad 0° ist direkt Jupiter zugewandt, und wenn nicht anders angegeben, erhöht sich der Längengrad nach Westen.,
Innere Strukturedit
Ganymed scheint vollständig differenziert zu sein, mit einer inneren Struktur, die aus einem Eisensulfid-Eisen–Kern, einem Silikatmantel und äußeren Schichten von Wassereis und flüssigem Wasser besteht. Die genauen Dicken der verschiedenen Schichten im Inneren von Ganymed hängen von der angenommenen Zusammensetzung der Silikate (Fraktion von Olivin und Pyroxen) und der Schwefelmenge im Kern ab. Ganymed hat das niedrigste Trägheitsmoment, 0.31, unter den Körpern des festen Sonnensystems. Dies ist eine Folge seines erheblichen Wassergehalts und seines vollständig differenzierten Innenraums.,
Untergrund oceansEdit
Artist ‚ s cut-away Darstellung der internen Struktur von Ganymede. Ebenen, die maßstabsgetreu gezeichnet sind.
In den 1970er Jahren vermuteten NASA-Wissenschaftler erstmals, dass Ganymed einen dicken Ozean zwischen zwei Eisschichten hat, eine an der Oberfläche und eine unter einem flüssigen Ozean und auf dem felsigen Mantel. In den 1990er Jahren flog die Galileo-Mission der NASA mit Ganymed und fand Hinweise auf einen solchen unterirdischen Ozean., Eine 2014 veröffentlichte Analyse unter Berücksichtigung der realistischen Thermodynamik für Wasser und der Auswirkungen von Salz legt nahe, dass Ganymed einen Stapel von mehreren Ozeanschichten haben könnte, die durch verschiedene Eisphasen getrennt sind, wobei die niedrigste flüssige Schicht an den Felsmantel angrenzt. Wasser-Gestein-Kontakt kann ein wichtiger Faktor für den Ursprung des Lebens sein. Die Analyse stellt auch fest, dass die extremen Tiefen (~800 km bis zum felsigen „Meeresboden“) bedeuten, dass die Temperaturen am Boden eines konvektiven (adiabatischen) Ozeans bis zu 40 K höher sein können als an der Eiswasser–Grenzfläche.,
Im März 2015 berichteten Wissenschaftler, dass Messungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop, wie sich die Auroren bewegten, bestätigten, dass Ganymed einen unterirdischen Ozean hat. Ein großer Salzwasser-Ozean beeinflusst das Magnetfeld von Ganymed und folglich seine Aurora. Die Beweise deuten darauf hin, dass Ganymedes Ozeane die größten im gesamten Sonnensystem sein könnten.
Es gibt einige Spekulationen über die mögliche Bewohnbarkeit von Ganymedes Ozean.,
CoreEdit
Die Existenz eines flüssigen, eisen–Nickel-reichen Kerns liefert eine natürliche Erklärung für das intrinsische Magnetfeld von Ganymed, das von Galileo-Raumfahrzeugen entdeckt wurde. Die Konvektion im flüssigen Eisen, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, ist das vernünftigste Modell der Magnetfelderzeugung. Die Dichte des Kerns beträgt 5,5-6 g/cm3 und der Silikatmantel 3,4–3,6 g / cm3. Der Radius dieses Kerns kann bis zu 500 km betragen. Die Temperatur im Kern von Ganymed ist wahrscheinlich 1500-1700 K und Druck bis zu 10 GPa (99.000 atm).,
Atmosphäre und ionosphäreEdit
1972 behauptete ein Team indischer, britischer und amerikanischer Astronomen, die in Java (Indonesien) und Kavalur (Indien) arbeiteten, dass sie während einer Okkultation eine dünne Atmosphäre entdeckt hatten, als sie und Jupiter vor einem Stern vorbeikamen. Sie schätzten, dass der Oberflächendruck bei etwa 0,1 Pa (1 Mikrobar) lag. Im Jahr 1979 beobachtete Voyager 1 jedoch eine Okkultation des Sterns κ Centauri während seines Jupiterfluges mit unterschiedlichen Ergebnissen., Die Okkultationsmessungen wurden im fernen ultravioletten Spektrum bei Wellenlängen von weniger als 200 nm durchgeführt, die für das Vorhandensein von Gasen viel empfindlicher waren als die 1972 durchgeführten Messungen im sichtbaren Spektrum. Keine Atmosphäre wurde durch die Voyager-Daten aufgedeckt. Es wurde festgestellt, dass die obere Grenze der Oberflächenpartikelzahldichte 1,5×109 cm−3 beträgt, was einem Oberflächendruck von weniger als 2,5 µPa (25 Picobar) entspricht. Der letztgenannte Wert ist fast fünf Größenordnungen geringer als die Schätzung von 1972.,
Falsch-farbe temperatur karte von Ganymede
Trotz die Voyager daten, beweise für eine schwache sauerstoff atmosphäre (exosphäre) auf Ganymede, sehr ähnlich die gefunden auf Europa, wurde gefunden durch die Hubble Space Telescope (HST) in 1995. HST beobachtete tatsächlich Luftglühen von atomarem Sauerstoff im fernen Ultraviolett bei den Wellenlängen 130.4 nm und 135.6 nm. Ein solches Luftglühen wird angeregt, wenn molekularer Sauerstoff durch Elektroneneinschläge dissoziiert wird, was auf eine signifikante neutrale Atmosphäre hinweist, die überwiegend aus O2-Molekülen besteht., Die Oberflächennummerndichte liegt wahrscheinlich im Bereich (1,2-7)×108 cm-3, entsprechend dem Oberflächendruck von 0,2-1,2 µPa. Diese Werte stimmen mit der 1981 festgelegten Obergrenze der Voyager überein. Der Sauerstoff ist kein Beweis für Leben; Es wird angenommen, dass er produziert wird, wenn Wassereis auf Ganymedes Oberfläche durch Strahlung in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, wobei der Wasserstoff dann aufgrund seiner geringen Atommasse schneller verloren geht. Das über Ganymed beobachtete Luftglühen ist nicht räumlich homogen wie das über Europa., HST beobachtete zwei helle Flecken in der nördlichen und südlichen Hemisphäre in der Nähe von ± 50° Breite, die genau die Grenze zwischen den offenen und geschlossenen Feldlinien der Ganymedschen Magnetosphäre sind (siehe unten). Die hellen Flecken sind wahrscheinlich polare Auroren, verursacht durch Plasmafällung entlang der offenen Feldlinien.
Die Existenz einer neutralen Atmosphäre impliziert, dass eine Ionosphäre existieren sollte, da Sauerstoffmoleküle durch die Auswirkungen der energetischen Elektronen aus der Magnetosphäre und durch solare EUV-Strahlung ionisiert werden., Die Natur der Ganymedianischen Ionosphäre ist jedoch ebenso umstritten wie die Natur der Atmosphäre. Einige Galileo-Messungen fanden eine erhöhte Elektronendichte in der Nähe von Ganymed, was auf eine Ionosphäre hindeutet, während andere nichts nachweisen konnten. Die Elektronendichte in der Nähe der Oberfläche wird von verschiedenen Quellen auf 400-2,500 cm−3 geschätzt. Ab 2008 sind die Parameter der Ionosphäre von Ganymed nicht gut eingeschränkt.
Zusätzliche Hinweise auf die Sauerstoffatmosphäre ergeben sich aus dem spektralen Nachweis von im Eis eingeschlossenen Gasen an der Oberfläche von Ganymed., Der Nachweis von Ozon (O3) – Bändern wurde 1996 angekündigt. 1997 zeigte die spektroskopische Analyse die Dimer – (oder zweiatomigen) Absorptionsmerkmale von molekularem Sauerstoff. Eine solche Absorption kann nur entstehen, wenn sich der Sauerstoff in einer dichten Phase befindet. Der beste Kandidat ist molekularer Sauerstoff, der im Eis eingeschlossen ist. Die Tiefe der Dimerabsorptionsbänder hängt eher von Breiten—und Längengrad als von Oberflächenalbedo ab-sie neigen dazu, mit zunehmender Breite auf Ganymed abzunehmen, während O3 einen entgegengesetzten Trend zeigt., Laborarbeiten haben ergeben, dass sich O2 bei Ganymedes relativ warmer Oberflächentemperatur von 100 K (-173,15 °C) nicht ansammelt oder sprudelt, sondern sich in Eis auflöst.
Eine Suche nach Natrium in der Atmosphäre, kurz nach einem solchen Fund auf Europa, ergab 1997 nichts. Natrium ist um Ganymed mindestens 13 mal weniger häufig als um Europa, möglicherweise aufgrund eines relativen Mangels an der Oberfläche oder weil die Magnetosphäre energetische Teilchen abwehrt. Ein weiterer untergeordneter Bestandteil der Ganymedschen Atmosphäre ist atomarer Wasserstoff., Wasserstoffatome wurden bis zu 3.000 km von Ganymedes Oberfläche entfernt beobachtet. Ihre Dichte auf der Oberfläche beträgt etwa 1,5×104 cm-3.
MagnetosphäreEdit
Magnetfeld des Jovian-Satelliten Ganymed, der in die Magnetosphäre des Jupiter eingebettet ist. Geschlossene Feldlinien sind grün markiert.
Das Galileo-Schiff machte sechs enge Flybys von Ganymed von 1995-2000 (G1, G2, G7, G8, G28 und G29) und entdeckte, dass Ganymed ein permanentes (intrinsisches) magnetisches Moment unabhängig vom Jovian-Magnetfeld hat., Der Wert des Moments beträgt etwa 1,3 × 1013 T·m3, was dreimal größer ist als das magnetische Moment von Quecksilber. Der magnetische Dipol ist in Bezug auf die Rotationsachse von Ganymed um 176° geneigt, was bedeutet, dass er gegen das Jovian-Magnetmoment gerichtet ist. Sein Nordpol liegt unterhalb der Orbitalebene. Das durch dieses Permanentmoment erzeugte Dipolmagnetfeld hat eine Stärke von 719 ± 2 nT am Äquator von Ganymed, was mit dem Jovian-Magnetfeld in der Entfernung von Ganymed verglichen werden sollte-etwa 120 nT., Das äquatoriale Feld von Ganymed ist gegen das Jovian-Feld gerichtet, was bedeutet, dass eine Wiederverbindung möglich ist. Die intrinsische Feldstärke an den Polen ist doppelt so hoch wie am Äquator—1440 nT.
Auroren auf Ganymed—auroral belt shifting kann auf einen unterirdischen salzhaltigen Ozean hinweisen.
Das permanente magnetische Moment schnitzt einen Teil des Weltraums um Ganymed und erzeugt eine winzige Magnetosphäre, die in die des Jupiter eingebettet ist; Es ist der einzige Mond im Sonnensystem, von dem bekannt ist, dass er dieses Merkmal besitzt. Sein Durchmesser ist 4-5 Ganymed Radien., Die Ganymedanische Magnetosphäre hat einen Bereich geschlossener Feldlinien, der sich unter 30 ° Breite befindet, in dem geladene Teilchen (Elektronen und Ionen) eingeschlossen sind, wodurch eine Art Strahlungsgürtel entsteht. Die Hauptionionenart in der Magnetosphäre ist der einzelne ionisierte Sauerstoff—O+—, der gut zu Ganymedes schwacher Sauerstoffatmosphäre passt. In den Polkappenregionen sind in Breiten über 30° Magnetfeldlinien offen, die Ganymed mit der Jupiterionosphäre verbinden., In diesen Bereichen wurden die energetischen Elektronen und Ionen (Zehn und Hunderte von Kiloelektronenvolt) nachgewiesen, die die um die Ganymedpolpole beobachteten Auroren verursachen können. Darüber hinaus fallen auf der polaren Oberfläche von Ganymed kontinuierlich schwere Ionen aus, die das Eis sputtern und verdunkeln.
Die Wechselwirkung zwischen der Ganymedschen Magnetosphäre und dem Jovian-Plasma ähnelt in vielerlei Hinsicht der des Sonnenwinds und der Magnetosphäre der Erde., Das Plasma, das sich mit Jupiter co-rotiert, trifft auf die nachfolgende Seite der Ganymedschen Magnetosphäre, ähnlich wie der Sonnenwind auf die Magnetosphäre der Erde. Der Hauptunterschied ist die Geschwindigkeit des Plasmaflusses-Überschall bei Erde und Unterschall bei Ganymed. Aufgrund des Unterschallflusses gibt es keinen Bogenschock von der hinteren Hemisphäre von Ganymed.
Zusätzlich zum intrinsischen magnetischen Moment hat Ganymed ein induziertes Dipolmagnetfeld. Seine Existenz ist mit der Variation des Jovian-Magnetfeldes in der Nähe von Ganymed verbunden., Das induzierte Moment ist radial zum oder vom Jupiter gerichtet und folgt der Richtung des variierenden Teils des planetarischen Magnetfeldes. Das induzierte magnetische Moment ist um eine Größenordnung schwächer als das intrinsische. Die Feldstärke des induzierten Feldes am magnetischen Äquator beträgt etwa 60 nT-die Hälfte des umgebenden Jovian-Feldes. Das induzierte Magnetfeld von Ganymed ähnelt dem von Callisto und Europa, was darauf hindeutet, dass Ganymed auch einen unterirdischen Wasserozean mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit aufweist.,
Da Ganymed vollständig differenziert ist und einen metallischen Kern hat, wird sein inneres Magnetfeld wahrscheinlich auf ähnliche Weise wie die Erde erzeugt: als Ergebnis von leitendem Material, das sich im Inneren bewegt. Das um Ganymed herum detektierte Magnetfeld wird wahrscheinlich durch Kompositionskonvektion im Kern verursacht, wenn das Magnetfeld das Produkt der Dynamowirkung oder Magnetokonvektion ist.
Trotz des Vorhandenseins eines Eisenkerns bleibt die Magnetosphäre von Ganymed rätselhaft, insbesondere angesichts der Tatsache, dass ähnlichen Körpern das Merkmal fehlt., Einige Forschungen haben vorgeschlagen, dass der Kern aufgrund seiner relativ geringen Größe ausreichend bis zu dem Punkt abgekühlt sein sollte, an dem sich Flüssigkeit bewegt, daher würde ein Magnetfeld nicht aufrechterhalten. Eine Erklärung ist, dass dieselben Orbitalresonanzen, von denen vorgeschlagen wurde, dass sie die Oberfläche gestört haben, auch das Magnetfeld anhalten ließen: Mit Ganymedes Exzentrizität nahm die Erwärmung des Mantels während solcher Resonanzen zu und reduzierte den Wärmefluss vom Kern, so dass er flüssig und konvektiv blieb., Eine andere Erklärung ist eine Restmagnetisierung von Silikatgesteinen im Mantel, die möglich ist, wenn der Satellit in der Vergangenheit ein signifikanteres Dynamo-erzeugtes Feld hatte.
Strahlungsumgebungsumgebung >
Das Strahlungsniveau an der Oberfläche von Ganymed ist mit 50-80 mSv (5-8 rem) pro Tag erheblich niedriger als bei Europa, was bei Menschen, die zwei Monate lang exponiert waren, zu schweren Erkrankungen oder zum Tod führen würde.