Rappresentazione di Ganimede centrata su 45° W. longitudine; le aree scure sono Perrine (in alto) e Nicholson (in basso) regiones; importanti crateri sono Tros (in alto a destra) e Cisti (in basso a sinistra).
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ComposizionEdit
La densità media di Ganimede, 1,936 g / cm3, suggerisce una composizione di circa parti uguali di materiale roccioso e per lo più ghiacci d’acqua. Parte dell’acqua è liquida, formando un oceano sotterraneo., La frazione di massa dei ghiacci è compresa tra il 46 e il 50%, che è leggermente inferiore a quella di Callisto. Possono essere presenti anche altri ghiacci volatili come l’ammoniaca. La composizione esatta della roccia di Ganimede non è nota, ma è probabilmente vicina alla composizione delle condriti ordinarie di tipo L/LL, che sono caratterizzate da meno ferro totale, meno ferro metallico e più ossido di ferro rispetto alle condriti H. Il rapporto peso tra ferro e silicio varia tra 1,05 e 1,27 in Ganimede, mentre il rapporto solare è di circa 1,8.,
Caratteristiche superficialimodifica
Immagine della navicella Galileo a colori potenziati dell’emisfero finale di Ganimede. I raggi prominenti del cratere Tashmetum sono in basso a destra, e il grande campo di ejecta di Hershef in alto a destra. Parte di dark Nicholson Regio è in basso a sinistra, delimitata in alto a destra da Arpagia Sulcus.
La superficie di Ganimede ha un’albedo di circa il 43%., Il ghiaccio d’acqua sembra essere onnipresente sulla sua superficie, con una frazione di massa del 50-90%, significativamente più che in Ganimede nel suo complesso. La spettroscopia nel vicino infrarosso ha rivelato la presenza di forti bande di assorbimento del ghiaccio d’acqua a lunghezze d’onda di 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 e 3,0 µm. Il terreno scanalato è più luminoso e ha una composizione più ghiacciata rispetto al terreno scuro., L’analisi di spettri ad alta risoluzione, vicino infrarosso e UV ottenuti dalla sonda Galileo e dalle osservazioni terrestri ha rivelato vari materiali non idrici: anidride carbonica, anidride solforosa e, eventualmente, cianogeno, idrogeno solfato e vari composti organici. I risultati di Galileo hanno anche mostrato solfato di magnesio (MgSO4) e, possibilmente, solfato di sodio (Na2SO4) sulla superficie di Ganimede. Questi sali possono provenire dall’oceano sotterraneo.,
I crateri Gula e Achelous (in basso), nel terreno scanalato di Ganimede, con ejecta “piedistalli” e bastioni.
L’albedo della superficie ganimediana è molto asimmetrica; l’emisfero principale è più luminoso di quello finale. Questo è simile a Europa, ma il contrario per Callisto. L’emisfero finale di Ganimede sembra essere arricchito in anidride solforosa. La distribuzione dell’anidride carbonica non dimostra alcuna asimmetria emisferica, sebbene non sia osservata vicino ai poli., I crateri da impatto su Ganimede (tranne uno) non mostrano alcun arricchimento in anidride carbonica, che lo distingue anche da Callisto. Il gas di anidride carbonica di Ganimede era probabilmente esaurito in passato.
La superficie di Ganimede è un mix di due tipi di terreno: regioni molto vecchie, molto craterizzate, scure e un po ‘ più giovani (ma ancora antiche), regioni più chiare contrassegnate da una vasta gamma di solchi e creste. Il terreno scuro, che comprende circa un terzo della superficie, contiene argille e materiali organici che potrebbero indicare la composizione degli impattori da cui i satelliti gioviani si sono accumulati.,
Il meccanismo di riscaldamento richiesto per la formazione del terreno scanalato su Ganimede è un problema irrisolto nelle scienze planetarie. La visione moderna è che il terreno scanalato è principalmente di natura tettonica. Si pensa che il cryovolcanism abbia giocato solo un ruolo minore, se presente. Le forze che hanno causato le forti sollecitazioni nella litosfera ghiacciata ganimediana necessarie per avviare l’attività tettonica possono essere collegate agli eventi di riscaldamento delle maree in passato, probabilmente causati quando il satellite è passato attraverso risonanze orbitali instabili., La flessione mareale del ghiaccio potrebbe aver riscaldato l’interno e teso la litosfera, portando allo sviluppo di crepe e faglie di horst e graben, che hanno cancellato il vecchio terreno scuro sul 70% della superficie. La formazione del terreno scanalato può anche essere collegata alla formazione iniziale del nucleo e al successivo riscaldamento mareale dell’interno di Ganimede, che potrebbe aver causato una leggera espansione di Ganimede dell ‘ 1-6% a causa delle transizioni di fase nel ghiaccio e dell’espansione termica., Durante la successiva evoluzione profonda, pennacchi di acqua calda possono essere aumentati dal nucleo alla superficie, portando alla deformazione tettonica della litosfera. Il riscaldamento radiogenico all’interno del satellite è la fonte di calore corrente più rilevante, contribuendo, ad esempio, alla profondità dell’oceano. I modelli di ricerca hanno scoperto che se l’eccentricità orbitale fosse un ordine di grandezza maggiore di quello attuale (come potrebbe essere stato in passato), il riscaldamento delle maree sarebbe una fonte di calore più consistente del riscaldamento radiogenico.,
Crateri è visto su entrambi i tipi di terreno, ma è particolarmente esteso sul terreno scuro: sembra essere saturo di crateri da impatto e si è evoluto in gran parte attraverso gli eventi di impatto. Il terreno più luminoso e scanalato contiene molte meno caratteristiche di impatto, che sono state solo di minore importanza per la sua evoluzione tettonica. La densità di crateri indica un’età di 4 miliardi di anni per il terreno scuro, simile agli altopiani della Luna, e un’età un po ‘ più giovane per il terreno scanalato (ma quanto più giovane è incerto). Ganimede potrebbe aver vissuto un periodo di crateri pesanti 3.,5 a 4 miliardi di anni fa simile a quella della Luna. Se è vero, la stragrande maggioranza degli impatti è avvenuta in quell’epoca, mentre il tasso di crateri è stato molto più piccolo da allora. I crateri si sovrappongono e sono attraversati dai sistemi di scanalature, indicando che alcune delle scanalature sono piuttosto antiche. Sono visibili anche crateri relativamente giovani con raggi di ejecta. I crateri ganimediani sono più piatti di quelli sulla Luna e su Mercurio. Ciò è probabilmente dovuto alla natura relativamente debole della crosta ghiacciata di Ganimede, che può (o potrebbe) fluire e quindi ammorbidire il rilievo., Antichi crateri il cui rilievo è scomparso lasciano solo un “fantasma” di un cratere noto come palinsesto.
Una caratteristica significativa di Ganimede è una pianura scura chiamata Galileo Regio, che contiene una serie di solchi concentrici, o solchi, probabilmente creati durante un periodo di attività geologica.
Ganimede ha anche calotte polari, probabilmente composte da brina d’acqua. Il gelo si estende fino a 40 ° di latitudine. Queste calotte polari furono viste per la prima volta dalla sonda Voyager. Le teorie sulla formazione dei tappi includono la migrazione dell’acqua a latitudini più elevate e il bombardamento del ghiaccio da parte del plasma., I dati di Galileo suggeriscono che quest’ultimo è corretto. La presenza di un campo magnetico su Ganimede provoca un bombardamento di particelle cariche più intenso della sua superficie nelle regioni polari non protette; lo sputtering porta quindi alla ridistribuzione delle molecole d’acqua, con il gelo che migra verso aree localmente più fredde all’interno del terreno polare.
Un cratere chiamato Anat fornisce il punto di riferimento per misurare la longitudine su Ganimede. Per definizione, Anat è a 128 ° di longitudine. La longitudine 0 ° si affaccia direttamente su Giove e, se non diversamente specificato, la longitudine aumenta verso ovest.,
Struttura internamodifica
Ganimede sembra essere completamente differenziato, con una struttura interna costituita da un nucleo di ferro-solfuro–ferro, un mantello di silicato e strati esterni di ghiaccio d’acqua e acqua liquida. Gli spessori precisi dei diversi strati all’interno di Ganimede dipendono dalla composizione presunta dei silicati (frazione di olivina e pirosseno) e dalla quantità di zolfo nel nucleo. Ganimede ha il fattore di momento di inerzia più basso, 0,31, tra i corpi solidi del Sistema Solare. Questa è una conseguenza del suo contenuto di acqua sostanziale e interno completamente differenziato.,
Subsurface oceansEdit
Rappresentazione cut-away dell’artista della struttura interna di Ganimede. Livelli disegnati in scala.
Negli anni 1970, gli scienziati della NASA sospettarono per la prima volta che Ganimede avesse uno spesso oceano tra due strati di ghiaccio, uno sulla superficie e uno sotto un oceano liquido e in cima al mantello roccioso. Negli anni ‘ 90, la missione Galileo della NASA volò da Ganimede e trovò indicazioni di un tale oceano sottomarino., Un’analisi pubblicata nel 2014, tenendo conto della termodinamica realistica per l’acqua e gli effetti del sale, suggerisce che Ganimede potrebbe avere una pila di diversi strati oceanici separati da diverse fasi di ghiaccio, con lo strato liquido più basso adiacente al mantello roccioso. Il contatto acqua-roccia può essere un fattore importante nell’origine della vita. L’analisi rileva anche che le profondità estreme coinvolte(~ 800 km dal “fondo marino” roccioso) significano che le temperature sul fondo di un oceano convettivo (adiabatico) possono essere fino a 40 K più alte di quelle dell’interfaccia ghiaccio–acqua.,
Nel marzo 2015, gli scienziati hanno riferito che le misurazioni con il telescopio spaziale Hubble di come si muovevano le aurore hanno confermato che Ganimede ha un oceano sotterraneo. Un grande oceano di acqua salata influenza il campo magnetico di Ganimede e, di conseguenza, la sua aurora. Le prove suggeriscono che gli oceani di Ganimede potrebbero essere i più grandi dell’intero sistema solare.
Ci sono alcune speculazioni sulla potenziale abitabilità dell’oceano di Ganimede.,
CoreEdit
L’esistenza di un nucleo liquido ricco di ferro e nichel fornisce una spiegazione naturale del campo magnetico intrinseco di Ganimede rilevato dalla sonda Galileo. La convezione nel ferro liquido, che ha un’elevata conduttività elettrica, è il modello più ragionevole di generazione del campo magnetico. La densità del nucleo è 5,5-6 g / cm3 e il mantello di silicato è 3,4-3,6 g/cm3. Il raggio di questo nucleo può essere fino a 500 km. La temperatura nel nucleo di Ganimede è probabilmente 1500-1700 K e pressione fino a 10 GPa (99.000 atm).,
Atmosfera e ionosfereedit
Nel 1972, un team di astronomi indiani, britannici e americani che lavoravano a Giava (Indonesia) e Kavalur (India) affermò di aver rilevato un’atmosfera sottile durante un’occultazione, quando questa e Giove passarono davanti a una stella. Hanno stimato che la pressione superficiale era di circa 0,1 Pa (1 microbar). Tuttavia, nel 1979, Voyager 1 osservò un’occultazione della stella κ Centauri durante il suo flyby di Giove, con risultati diversi., Le misure di occultazione sono state condotte nello spettro dell’ultravioletto lontano a lunghezze d’onda inferiori a 200 nm, che erano molto più sensibili alla presenza di gas rispetto alle misurazioni del 1972 effettuate nello spettro visibile. Nessuna atmosfera è stata rivelata dai dati Voyager. Il limite superiore sulla densità del numero di particelle superficiali è risultato essere 1,5×109 cm-3, che corrisponde a una pressione superficiale inferiore a 2,5 µPa (25 picobar). Quest’ultimo valore è inferiore di quasi cinque ordini di grandezza rispetto alla stima del 1972.,
Mappa della temperatura di falso colore di Ganimede
Nonostante i dati Voyager, la prova di una tenue atmosfera di ossigeno (esosfera) su Ganimede, molto simile a quella trovata su Europa, è stata trovata dal Telescopio spaziale Hubble (HST) nel 1995. HST ha effettivamente osservato airglow di ossigeno atomico nell’ultravioletto lontano alle lunghezze d’onda 130,4 nm e 135,6 nm. Tale airglow è eccitato quando l’ossigeno molecolare è dissociato da impatti di elettroni, che è la prova di una significativa atmosfera neutra composta prevalentemente da molecole di O2., La densità del numero di superficie si trova probabilmente nell’intervallo (1,2−7)×108 cm-3, corrispondente alla pressione superficiale di 0,2–1,2 µPa. Questi valori sono in accordo con il limite superiore fissato dalla Voyager nel 1981. L’ossigeno non è una prova di vita; si pensa che sia prodotto quando il ghiaccio d’acqua sulla superficie di Ganimede viene diviso in idrogeno e ossigeno per radiazione, con l’idrogeno che viene poi perso più rapidamente a causa della sua bassa massa atomica. L’airglow osservato su Ganimede non è spazialmente omogeneo come quello su Europa., HST ha osservato due punti luminosi situati negli emisferi settentrionale e meridionale, vicino a ± 50° di latitudine, che è esattamente il confine tra le linee di campo aperto e chiuso della magnetosfera ganimediana (vedi sotto). I punti luminosi sono probabilmente aurore polari, causate da precipitazioni di plasma lungo le linee di campo aperto.
L’esistenza di un’atmosfera neutra implica che dovrebbe esistere una ionosfera, perché le molecole di ossigeno sono ionizzate dagli impatti degli elettroni energetici provenienti dalla magnetosfera e dalla radiazione solare EUV., Tuttavia, la natura della ionosfera ganimediana è controversa quanto la natura dell’atmosfera. Alcune misurazioni di Galileo hanno trovato un’elevata densità elettronica vicino a Ganimede, suggerendo una ionosfera, mentre altri non sono riusciti a rilevare nulla. La densità elettronica vicino alla superficie è stimata da diverse fonti nell’intervallo 400-2,500 cm−3. A partire dal 2008, i parametri della ionosfera di Ganimede non sono ben vincolati.
Ulteriori prove dell’atmosfera di ossigeno provengono dal rilevamento spettrale di gas intrappolati nel ghiaccio sulla superficie di Ganimede., La rilevazione delle bande di ozono (O3) è stata annunciata nel 1996. Nel 1997 l’analisi spettroscopica ha rivelato le caratteristiche di assorbimento del dimero (o biatomico) dell’ossigeno molecolare. Tale assorbimento può sorgere solo se l’ossigeno è in una fase densa. Il miglior candidato è l’ossigeno molecolare intrappolato nel ghiaccio. La profondità delle bande di assorbimento del dimero dipende dalla latitudine e dalla longitudine, piuttosto che dall’albedo superficiale—tendono a diminuire con l’aumentare della latitudine su Ganimede, mentre O3 mostra una tendenza opposta., Il lavoro di laboratorio ha scoperto che l’O2 non si raggruppa o bolle ma si dissolve nel ghiaccio alla temperatura superficiale relativamente calda di Ganimede di 100 K (-173,15 °C).
Una ricerca di sodio nell’atmosfera, subito dopo una tale scoperta su Europa, non ha rivelato nulla nel 1997. Il sodio è almeno 13 volte meno abbondante intorno a Ganimede rispetto a Europa, probabilmente a causa di una relativa carenza in superficie o perché la magnetosfera respinge le particelle energetiche. Un altro costituente minore dell’atmosfera ganimediana è l’idrogeno atomico., Gli atomi di idrogeno sono stati osservati fino a 3.000 km dalla superficie di Ganimede. La loro densità sulla superficie è di circa 1,5×104 cm-3.
Magnetosfereedit
Campo magnetico del satellite gioviano Ganimede, che è incorporato nella magnetosfera di Giove. Le linee di campo chiuse sono contrassegnate con il colore verde.
L’imbarcazione Galileo ha realizzato sei flybys ravvicinati di Ganimede dal 1995 al 2000 (G1, G2, G7, G8, G28 e G29) e ha scoperto che Ganimede ha un momento magnetico permanente (intrinseco) indipendente dal campo magnetico gioviano., Il valore del momento è di circa 1,3 × 1013 T * m3, che è tre volte più grande del momento magnetico di Mercurio. Il dipolo magnetico è inclinato rispetto all’asse di rotazione di Ganimede di 176°, il che significa che è diretto contro il momento magnetico gioviano. Il suo polo nord si trova sotto il piano orbitale. Il campo magnetico dipolo creato da questo momento permanente ha una forza di 719 ± 2 nT all’equatore di Ganimede, che dovrebbe essere confrontato con il campo magnetico gioviano alla distanza di Ganimede—circa 120 nT., Il campo equatoriale di Ganimede è diretto contro il campo gioviano, il che significa che la riconnessione è possibile. L’intensità intrinseca del campo ai poli è due volte quella all’equatore – 1440 nT.
Aurore su Ganimede—lo spostamento della cintura aurorale può indicare un oceano salino sottosuolo.
Il momento magnetico permanente scolpisce una parte dello spazio intorno a Ganimede, creando una minuscola magnetosfera incorporata all’interno di quella di Giove; è l’unica luna del Sistema Solare nota per possedere la caratteristica. Il suo diametro è 4-5 raggi Ganimede., La magnetosfera ganimediana ha una regione di linee di campo chiuse situate al di sotto dei 30° di latitudine, dove le particelle cariche (elettroni e ioni) sono intrappolate, creando una sorta di cintura di radiazioni. La specie ionica principale nella magnetosfera è l’ossigeno ionizzato singolo-O+ – che si adatta bene all’atmosfera di ossigeno tenue di Ganimede. Nelle regioni della calotta polare, a latitudini superiori a 30°, le linee del campo magnetico sono aperte, collegando Ganimede con la ionosfera di Giove., In queste aree, sono stati rilevati gli elettroni e gli ioni energetici (decine e centinaia di kiloelectronvolt), che possono causare le aurore osservate attorno ai poli ganimediani. Inoltre, ioni pesanti precipitano continuamente sulla superficie polare di Ganimede, sputtering e oscurando il ghiaccio.
L’interazione tra la magnetosfera ganimediana e il plasma gioviano è per molti aspetti simile a quella del vento solare e della magnetosfera terrestre., Il plasma co-rotante con Giove incide sul lato finale della magnetosfera Ganimediana proprio come il vento solare incide sulla magnetosfera terrestre. La differenza principale è la velocità del flusso di plasma-supersonico nel caso della Terra e subsonico nel caso di Ganimede. A causa del flusso subsonico, non c’è nessun bow shock dall’emisfero finale di Ganimede.
Oltre al momento magnetico intrinseco, Ganimede ha un campo magnetico dipolo indotto. La sua esistenza è collegata alla variazione del campo magnetico gioviano vicino a Ganimede., Il momento indotto è diretto radialmente verso o da Giove seguendo la direzione della parte variabile del campo magnetico planetario. Il momento magnetico indotto è un ordine di grandezza più debole di quello intrinseco. L’intensità del campo indotto all’equatore magnetico è circa 60 nT—metà di quella del campo gioviano ambientale. Il campo magnetico indotto di Ganimede è simile a quelli di Callisto ed Europa, indicando che Ganimede ha anche un oceano di acqua sotterranea con un’alta conduttività elettrica.,
Dato che Ganimede è completamente differenziato e ha un nucleo metallico, il suo campo magnetico intrinseco è probabilmente generato in modo simile a quello terrestre: come risultato del materiale conduttore che si muove all’interno. Il campo magnetico rilevato attorno a Ganimede è probabilmente causato dalla convezione compositiva nel nucleo, se il campo magnetico è il prodotto dell’azione della dinamo o magnetoconvezione.
Nonostante la presenza di un nucleo di ferro, la magnetosfera di Ganimede rimane enigmatica, in particolare dato che corpi simili mancano della caratteristica., Alcune ricerche hanno suggerito che, date le sue dimensioni relativamente piccole, il nucleo dovrebbe essere sufficientemente raffreddato al punto in cui i movimenti fluidi, quindi un campo magnetico non sarebbe sostenuto. Una spiegazione è che le stesse risonanze orbitali proposte per aver interrotto la superficie hanno anche permesso al campo magnetico di persistere: con l’eccentricità di Ganimede pompata e il riscaldamento mareale del mantello aumentato durante tali risonanze, riducendo il flusso di calore dal nucleo, lasciandolo fluido e convettivo., Un’altra spiegazione è una magnetizzazione residua di rocce di silicato nel mantello, che è possibile se il satellite avesse un campo generato da dinamo più significativo in passato.
Ambiente radiativomodifica
Il livello di radiazioni sulla superficie di Ganimede è notevolmente inferiore a quello di Europa, essendo 50-80 mSv (5-8 rem) al giorno, una quantità che causerebbe gravi malattie o morte negli esseri umani esposti per due mesi.