Площадь ганимеда. Как был открыт спутник Ганимед

Спутник Юпитера Ганимед — крупнейший спутник не только у этой планеты, но и во всей Солнечной системы. Он настолько велик, что по размерам превышает планету , а также единственный из планетарных спутников может похвастаться наличием магнитосферы и, пускай слабенькой, но всё же кислородной атмосферой!

Ганимед — самый большой спутник Юпитера

Как был открыт спутник Ганимед

«Официально» Ганимед был открыл Галилео Галилеем 7 января 1610 года, причем открыт чисто случайно — наблюдая , астроном обратил внимание на четыре маленькие «звезды» рядом с ним, и, заметив их сдвиг на следующую ночь, сделал верное предположение, что перед ним никакие не звезды, а луны Юпитера. Галилей не стал заморачиваться с названиями и окрестил все вновь открытые небесные тела (Каллисто, Европу, Ио, Ганимед) по-простому: Юпитер 1, 2, 3 и 4.

Ганимед в этом списке фигурировал как «Юпитер 3» .

Однако тут на сцену вышел немецкий астроном Симон Марий , утверждавший, что спутники Юпитера он наблюдал ещё в 1609 году, и заранее придумал дать им куда более звучные и интересные имена. Так и появилось название Ганимед — в греческих мифах это имя носил сын троянского царя Троса , поднятый Зевсом (Юпитером) на небо и включенным в свою свиту.

Впрочем, в широкое употребление это название вошло только в 20-м веке.

Размеры, ландшафт и состав поверхности Ганимеда

Ганимед — крупнейшая луна в Солнечной системе, имеющая диаметр 5268 километров и рекордную для спутников планет массу 1.4619 х 1023 (2 наших Луны). Судя по характеристикам плотности вещества составляющего его массу, Ганимед состоит из примерно равных долей скальных пород и водяного льда. На полюсах есть ледяные шапки из водяного льда.

Оборот вокруг Юпитера Ганимед совершает за 7 дней и 3 часа, а среднее расстояние от Юпитера для этого спутника составляет 1 070 400 километров.

Внутри спутник обладает жидким железным ядром, силикатной мантией и оболочкой из льда. Ядро имеет радиус 500 км, а его температура составляет 1500-1700 К с давлением в 10 Па.

Мантия представлена хондритами и железом. Внешняя ледяная корка Ганимеда имеет толщину до 800 км, с большой вероятностью можно утверждать, что под поверхностью этого спутника Юпитера расположен жидкий океан.

На поверхности спутника различаются две ярко выраженные разновидности рельефа. Первая это древние участки покрытые кратерами (темные) занимающие 1/3 поверхности, вторая — молодые территории с хребтами и «оврагами» (светлые).

Молодой ландшафт сформирован тектоникой, но, разумеется другого характера, нежели на Земле. Причиной образования горных хребтов и пропастей на Ганимеде являются криовулканизм (извержение ледяных вулканов) и приливный нагрев.

Обилие кратеров на «древних» плоских участках планеты относят к периоду 3.5-4 млрд. лет назад, когда Ганимед подвергся мощной астероидной атаке.

Ландшафт Ганимеда довольно причудлив, тут и там его пересекают широкие полосы, будто бы по ним прошел гигантский каток. На самом деле — это области сжатия-растяжения поверхности

Атмосфера и магнитосфера Ганимеда

Как уже отмечалось, именно у Ганимеда есть то, чем могут похвастаться далеко не все планеты Солнечной системы — сильно разряженная, но все-таки кислородная атмосфера. Кислород в ней появляется благодаря присутствию на поверхности спутника залежей водяного льда, под действием ультрафиолетового излучения разлагающегося на водород и кислород. Более того, так как в составе атмосферы Ганимеда обнаружен и озон, скорее всего можно говорить о присутствии у спутника также и ионосферы.

Наличие атмосферы (вернее присутствие в ней атомарного водорода) приводит к эффекту аэрографа – слабому световому излучению появляющемуся у полюсов планеты.

Тем не менее, хотя словосочетание «кислородная атмосфера» звучит очень красиво и наводит на мысли о колонизации и внеземном разуме, стоит помнить о том, что давление атмосферы Ганимеда составляет всего 0,1 Па, то есть ничтожная часть земного.

Ещё более интересная особенность этой юпитерианской луны — магнитосфера. Да, Ганимед располагает магнитосферой, величина стабильного магнитного момента которой достигает – 1.3 х 10 3 Т · м 3 (т.е. в 3 раза выше чем у Меркурия). Сила магнитного поля достигает 719 Тесла, а диаметр магнитосферы достигает 13156 км. Замкнутые полевые линии находятся ниже 30° широты, где захватываются заряженные частички и формируют радиационный пояс. Среди ионов наиболее распространенными выступает одиночный ионизированный кислород.

При соприкосновении магнитосферы Ганимеда и плазмой Юпитера, наблюдается ситуация очень похожая на контакт солнечного ветра и земной магнитосферы. Тем не менее, следует признать — магнитное поле спутника слишком слабое и не в состоянии удержать потоки радиации испускаемые Юпитером, так что окажись мы на поверхности Ганимеда, не смотря на наличие магнитосферы, нам бы не поздоровилось.

Строение самой большой луны Юпитера — Ганимеда

Исследование Ганимеда в наше время и перспективы колонизации спутника Юпитера

В новейшее время к Юпитеру отправлялось несколько исследовательских зондов, поэтому у нас есть достаточно подробные данные не только о планете-гиганте, но и о её спутниках.

Космические аппараты «Пионер-10» (1973 г.) и «Пионер-11» (1974 г.) дали нам представления о физических характеристиках лун Юпитера, «Вояджер 1» и «Вояджер 2» (1979 г.) снабдили фотографиями и «атмосферными пробами», но эти аппараты, скорее задавали вопросы…

Ответы начал давать зонд «Галилео», изучавший Ганимед в период с 1996-2000 г. Именно ему удалось обнаружить магнитное поле, внутренний океан и предоставить множество спектральных снимков. А в 2007 году мы получили не только спектры, но и топографическую карту этого спутника, сделанную зондом «Новые горизонты».

На данный момент всё ещё осталась масса нерешенные вопросов относительно спутников Юпитера, их пригодности для колонизации и потенциала наличия жизни. Однако на новые экспедиции пока нет денег ни у НАСА, ни у Роскосмоса, ни у Евросоюза.

Впрочем, возможно в ближайшем будущем все изменится.

Слова про колонизацию Ганимеда — не просто слова. Дело в том, что этот спутник, при всех недостатках (удаленность, радиация и т.п.) имеет немало плюсов как «промежуточная база» на пути в «дальний космос». Запасы воды, кое-какой магнитный щит, гравитация позволяющая тратить меньше энергии на взлет — все это делает Ганимед не самым плохим кандидатом, во всяком случае стартовые условия этот спутник Юпитера предлагает лучшие, чем тот же или наша .

Название спутника: Ганимед;

Диаметр: 5270 км;

Площадь пов-ти : 87 000 000 км²;

Объем : 7,6×10 10 км³ ;
Масса : 14,82×10 22 кг;
Плотность : 1936 кг/ м³;
Период вращения : 7,15 суток;
Период обращения : 7,15 суток;
Расстояние от Юпитера : 1 070 400 км;
Орбитальная скорость : 1,73 км/ с;
Длина по экватору : 16 550 км;
Наклон орбиты : 0,32°;
Ускор. свободного падения: 1,43 м/с²;
Спутник : Юпитера

Ганимед - седьмой спутник , третий из галилеевой группы, а также крупнейший спутник в . По размерам и объему он даже превышает , однако уступает ему по массе более чем в 2 раза. Орбита Ганимеда находится на расстоянии 1 070 400 километров от Юпитера. Ему требуется семь дней и три часа, чтобы совершить полный оборот вокруг планеты. Как и большинство известных спутников, вращение Ганимеда синхронизировано с периодом обращения вокруг , и он всегда повернут одной и той же стороной к планете. Внутренняя структура спутника представляет из себя центральное ядро радиусом 500 км, силикатные породы, мантию и 900 километровый слой льда. Ядро состоит из расплавленного железа и имеет плотность примерно 5500 кг/ м³. В жидком ядре Ганимеда происходят активные химические движения и за счет этого генерируется собственное магнитное поле , граница которого заканчивается в 5300 км от спутника.

Ганимед состоит из примерно равного количества силикатных пород и водяного льда. Это полностью дифференцированное тело с жидким ядром, богатым железом. Есть предположение что под толстым слоем льда, так же как и у , может находится подземный океан из жидкой воды. Сама же поверхность Ганимеда представлена двумя типами поверхностных ландшафтов. Тёмные области, занимающие треть поверхности спутника, покрыты ударными кратерами , возраст которых доходит до четырёх миллиардов лет. Светлые области, покрывающие остальную территорию, богаты обширными углублениями и гребнями, возраст которых несколько моложе. Причина разрушенной геологии светлых областей до конца не изучена, но, вероятно, является результатом тектонической активности, вызванной периодическим нагреванием. Поверхность третьей галилеевой луны на 40-50 % покрыта очень древним и мощным слоем льда . Это не обычным лед в привычном нам понимании, за счет низких температур и высокого внутреннего давления такой водяной лед может существовать в нескольких модификациях с различными типами кристаллической решетки.

Как и у всех небесных тел, обладающих тонкой атмосферой, климат на Ганимеде почти не отличается от . Минимальная температура составляет -200 °C, а в дневное время, солнечными лучами спутник может прогреться до - 120 °C. Газовая оболочка вокруг спутника полностью состоит из кислорода, и имеет давление 1-2 мкПа (в 10 11 раз меньше атмосферного давления ).

Снимок Ганимеда в расширенных цветах, сделанный аппаратом "Галилео" в 2001 году.
Ганимед - самой большой спутник в Солнечной системе, а так же единственный из
лун Юпитера, названный в честь бога мужского пола

Ганимед в сравнении с Землей и Луной. По объему спутник Юпитера в
3,45 раз больше Луны и в 14,25 меньше Земли

Каллисто

Название спутника: Каллисто;

Диаметр: 4820 км;

Площадь пов-ти : 73 000 000 км²;

Объем : 5,9×10 10 км³ ;

Масса : 10,75×10 22 кг;

Плотность : 1834 кг/ м³;

Период вращения : 16,7 суток;

Период обращения : 16,7 суток;

Расстояние от Юпитера : 1 882 000 км;

Орбитальная скорость : 8,2 км/ с;

Длина по экватору : 15 135 км;

Наклон орбиты : 0,19°;

Ускор. свободного падения: 1,24 м/с²;

Спутник : Юпитера

Последний Галилеевый спутник был назван в честь дочери царя Ликаона и любовницы Зевса - Каллисто. Калисто вращается по круговой орбите на расстоянии 1 882 000 км от . Так же как у остальных спутников, вращение ее вокруг планеты синхронно с собственным вращением вокруг оси, поэтому спутник всегда повернут одной стороной к Гиганту. Орбитальная скорость вращения составляет 29 520 км/с, а продолжительность года - в два раза больше чем у Ганимеда - 16 суток 16 часов и 48 минут. Поверхностный слой Каллисто усыпан сетью кратеров и покрыт холодной и жёсткой ледяной литосферой, толщина которой по разным оценкам составляет от 80 до 150 км. Под толщей льда может присутствовать солёный океан глубиной 50–200 км. В центре спутника - плотное ядро , состоящее из прессованных льдов и горных пород. В 2003 году аппарат "Галилео" совершил восемь близких пролётов от Каллисто, максимальное сближение - 138 км. Именно тогда, из полученных снимков ученые смогли подробно описать поверхность и атмосферу спутника. Древняя поверхность Каллисто — одна из самых сильно кратерированных в . Кратеров настолько много, что они попросту накладываются друг на друга, образуя пятна диаметров от 5 до 1000 км. Так же на снимках не было замечено никаких больших отклонений в рельефе. Хоть по гладкости поверхность Каллисто не похожа на поверхность , все же на ней не было замечено крупных гор или вулканов, а весь покров спутника представляет из себя равнинный рельеф.

Огромный метеорит, упавший на поверхность Каллисто, повлек за собой образование гигантской структуры, окруженной кольцевыми волнами - так называемой Вальхаллы . В ее центре находится кратер диаметров 350 км, а в радиусе 2000 км от него располагаются небольшие горные хребты.
Вероятнее всего спутник образовался из пылевой и газовой туманности, окружающей Юпитер после его формирования. Те частицы, которые не успел поглотить Юпитер,

на то, что такие волны образовались от ударной силы метеорита, упавшего на поверхность спутника.

Диаметр Вальхалы 3800 км, а в центре его расположен ударный кратер с диаметром 350 км

Спутник Юпитера Ганимед был открыт Галилео Галилеем 7 января 1610 года с помощью его первого в истории телескопа. В этот день Галилей увидел около Юпитера 3 «звезды»: Ганимед, Каллисто и «звезду», впоследствии оказавшуюся двумя спутниками - Европой и Ио (только на следующую ночь угловое расстояние между ними увеличилось достаточно для раздельного наблюдения). 15 января Галилео пришел к выводу, что все эти объекты на самом деле являются небесными телами, движущимися по орбите вокруг Юпитера. Галилей назвал четыре открытые им спутника «планетами Медичи» и присвоил им порядковые номера.
Французский астроном Никола-Клод Фабри де Пейреск предложил дать спутникам отдельные имена по именам четырёх членов семьи Медичи, но его предложение не было принято. На открытие спутника претендовал также немецкий астроном Симон Марий, который наблюдал Ганимед в 1609 году, но вовремя не опубликовал данные об этом. Марий попытался дать спутникам имена «Сатурн Юпитера», «Юпитер Юпитера» (это был Ганимед), «Венера Юпитера» и «Меркурий Юпитера», которые также не завоевали популярность. В 1614 году он вслед за Иоганном Кеплером предложил для них новые названия по именам приближённых Зевса.
Однако название «Ганимед», как и наименования, предложенные Марием для других галилеевых спутников, практически не использовалось вплоть до середины 20 века, когда оно стало общеупотребительным. В большой части более ранней астрономической литературы Ганимед обозначен (по системе, введённой Галилео) как Юпитер III или «третий спутник Юпитера». После открытия спутников Сатурна для спутников Юпитера стала использоваться система обозначения, основанная на предложениях Кеплера и Мария.
В настоящее время известно, что Ганимед является самым большим спутником в системе Юпитера, а также самым большим спутником в Солнечной системе. Его диаметр составляет 5262 км, что превышает размеры планеты Меркурий на 8%. Его масса составляет 1,482*10 23 кг - более чем втрое больше массы Европы и вдвое больше массы Луны, но это всего 45% массы Меркурия. Средняя плотность Ганимеда меньше, чем у Ио и Европы - 1,94 г/см 3 (всего вдвое больше, чем у воды), что указывает на увеличенное содержание льда в этом небесном теле. По расчетам, водяной лед составляет не менее 50% общей массы спутника.

КА "GALILEO": ГАНИМЕД

ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАНИМЕДА
Другие названия	Юпитер III
Открытие
Первооткрыватель	Галилео Галилей
Дата открытия	7 января 1610
Орбитальные характеристики
Перийовий	1 069 200 км
Апойовий	1 071 600 км
Средний радиус орбиты	1 070 400 км
Эксцентриситет орбиты	0,0013
Сидерический период обращения	7,15455296 д
Орбитальная скорость	10,880 км/с
Наклонение	0,20° (к экватору Юпитера)
Физические характеристики
Средний радиус	2 634,1 +/- 0,3 км (0,413 земного)
Площадь поверхности	87,0 миллионов км 2 (0,171 земной)
Объём	7,6*10 10 км 3 (0,0704 земного)
Масса	1,4819*10 23 кг (0,025 земной)
Средняя плотность	1,936 г/см 3
Ускорение свободного падения на экваторе	1,428 м/с 2 (0,146 g)
Вторая космическая скорость	2,741 км/с
Период вращения	синхронизирован (повёрнут к Юпитеру одной стороной)
Наклон оси	0-0,33°
Альбедо	0,43 +/- 0,02
Видимая звёздная величина	4,61 (в противостоянии) / 4,38 (в 1951)
Температура
Поверхностная	мин. 70 K / ср. 110 K / макс. 152 K
Атмосфера
Атмосферное давление	следовое
Состав:	кислород
ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАНИМЕДА

Ганимед находится на расстоянии 1 070 400 километров от Юпитера, что делает его третьим по удалённости галилеевым спутником. Ему требуется семь дней и три часа (7,155 земных суток), чтобы совершить полный оборот вокруг Юпитера. Как и у большинства известных спутников, вращение Ганимеда синхронизировано с обращением вокруг Юпитера, и он всегда повернут одной и той же стороной к планете. Его орбита имеет небольшие наклонение к экватору Юпитера и эксцентриситет, которые квазипериодически изменяются по причине вековых возмущений от Солнца и планет. Эксцентриситет меняется в диапазоне 0,0009-0,0022, а наклонение - в диапазоне 0,05°-0,32°. Эти орбитальные колебания заставляют наклон оси вращения (угол между этой осью и перпендикуляром к плоскости орбиты) изменяться от 0 до 0,33°.
В результате такой орбиты в недрах небесного тела выделяется значительно меньше тепловой энергии, чем у более близких к Юпитеру Ио и Европе, что приводит к крайне незначительной активности в ледяной коре Ганимеда. Совершая облёт орбиты, Ганимед также участвует в орбитальном резонансе 1:2:4 с Европой и Ио.

Орбитальный резонанс возникает, когда некие силы препятствуют тому, чтобы объект зафиксировался на стабильной орбите. Европа и Ио по сей день регулярно резонируют орбиты друг друга, и нечто подобное, похоже, происходило с Ганимедом в прошлом. В настоящее время у Европы уходит вдвое больше времени на один виток вокруг Юпитера, а у Ганимеда в четыре раза больше.
Максимальное сближение Ио и Европы происходит, когда Ио находится в перицентре, а Европа в апоцентре. С Ганимедом Европа сближается, находясь в своём перицентре. Таким образом, выстраивание в одну линию всех этих трёх спутников невозможно. Такой резонанс называется резонансом Лапласа.
Современный резонанс Лапласа неспособен увеличить эксцентриситет орбиты Ганимеда. Нынешнее значение эксцентриситета составляет около 0,0013, что может быть следствием его увеличения за счёт резонанса в прошлые эпохи. Но если он не увеличивается в настоящее время, то возникает вопрос, почему он не обнулился из-за приливной диссипации энергии в недрах Ганимеда. Возможно, последнее увеличение эксцентриситета произошло недавно - несколько сотен миллионов лет назад. Поскольку эксцентриситет орбиты Ганимеда относительно низок, приливный разогрев этого спутника сейчас незначителен. Однако, в прошлом Ганимед, возможно, мог один или несколько раз пройти через резонанс, подобный лапласовому, который был способен увеличить эксцентриситет орбиты до значений 0,01-0,02. Это, вероятно, вызвало существенный приливный разогрев недр Ганимеда, что могло стать причиной тектонической активности, сформировавшей неровный ландшафт.
Есть две гипотезы происхождения лапласовского резонанса Ио, Европы и Ганимеда: то, что он существовал со времён появления Солнечной системы или что он появился позже. Во втором случае вероятно такое развитие событий: Ио поднимала на Юпитере приливы, которые привели к её отдалению от него, пока она не вступила в резонанс 2:1 с Европой; после этого радиус орбиты Ио продолжал увеличиваться, но часть углового момента была передана Европе и она также отдалилась от Юпитера; процесс продолжался, пока Европа не вступила в резонанс 2:1 с Ганимедом. В конечном счете радиусы орбит этих трёх спутников достигли значений, соответствующих резонансу Лапласа.

Современная модель Ганимеда предполагает, что под ледяной корой простирается силикатно-ледяная мантия вплоть до небольшого металлического ядра с размером порядка 0,2 радиуса Ганимеда. По данным космического аппарата «Галилео» в недрах Ганимеда между слоями льда может существовать огромный океан жидкой воды. Вывод о существовании железного ядра сделан на основе открытия магнитосферы Ганимеда аппаратурой «Галилео» в 1996-1997 гг. Оказалось, что собственное дипольное магнитное поле спутника имеет напряженность около 750 нТл, что превышает напряженность магнитного поля Меркурия. Таким образом, после Земли и Меркурия Ганимед является третьим в Солнечной системе твердым телом, обладающим собственным магнитным полем. Небольшая магнитосфера Ганимеда заключена в пределах намного большей магнитосферы Юпитера и лишь немного деформирует её силовые линии.
На поверхности Ганимеда наблюдаются два типа ландшафта. Треть поверхности спутника занимают тёмные области, испещрённые ударными кратерами. Их возраст доходит до четырёх миллиардов лет. Остальную площадь занимают более молодые светлые области, покрытые бороздами и хребтами. Причины сложной геологии светлых областей понятны не до конца. Вероятно, она связана с тектонической активностью, вызванной приливным нагревом.
На поверхности коричневого цвета находится большое количество светлых ударных кратеров, окруженных ореолами светлых лучей выброшенного при ударах материала. Две крупные темные области на поверхности Ганимеда названы Галилей и Симон Мариус (в честь исследователей, независимо и почти одновременно открывших галилеевы спутники Юпитера). Возраст поверхности небесных тел определяется по количеству ударных кратеров, которые интенсивно образовывались в Солнечной системе 2...3 млрд лет назад. Абсолютная шкала возраста выстроена по Луне, где непосредственно (по результатам радиоизотопного изучения образцов доставленного на Землю грунта из лавовых участков) выполнена датировка. Судя по числу метеоритных кратеров, наиболее древние участки поверхности Ганимеда имеют возраст в 3...4 млрд лет.
На более светлой ледяной поверхности Ганимеда наблюдаются ряды многочисленных субпараллельных борозд и хребтов, отчасти напоминающих поверхность Европы. Глубина светлых борозд - несколько сотен метров, ширина десятки километров, протяженность доходит до тысяч километров. Борозды наблюдаются на некоторых, сравнительно молодых локальных участках поверхности. Судя по всему, борозды образовались в результате растяжений коры. Особенности некоторых участков поверхности напоминают следы вращения больших ее блоков, подобно тектоническим процессам на Земле.

Для обозначения образований на Ганимеде используются земные географические названия, а также имена персонажей древнегреческого мифа о Ганимеде и персонажей из мифов Древнего Востока.
Анализ особенностей сохранившейся до настоящего времени древней поверхности Ганимеда позволяет допустить, что на начальном этапе своего существования молодой Юпитер излучал в окружающее пространство значительно больше энергии, чем сейчас. Излучение Юпитера могло приводить к частичному плавлению поверхностных льдов на близких к нему спутниках, включая Ганимед. Морфологию некоторых участков коры спутника можно интерпретировать как следы плавления. Такие темные области (своеобразные моря), видимо, образованы продуктами водяных извержений.
У спутника есть тонкая атмосфера, в состав которой входят такие аллотропные модификации кислорода, как O (атомарный кислород), O 2 (кислород) и, возможно, O 3 (озон). Количество атомарного водорода (H) в атмосфере незначительно. Есть ли у Ганимеда ионосфера, неясно.
Первым космическим аппаратом, изучавшим Ганимед, стал «Пионер-10» в 1973 году. Намного более детальные исследования провели аппараты программы «Вояджер» в 1979 году. Космический аппарат «Галилео», изучавший систему Юпитера начиная с 1995 года, обнаружил подземный океан и магнитное поле Ганимеда.

Эволюция Ганимеда

Ганимед, вероятно, сформировался из аккреционного диска или газопылевой туманности, окружавшей Юпитер некоторое время после его образования. Формирование Ганимеда, вероятно, заняло приблизительно 10 000 лет (на порядок меньше оценки для Каллисто). В туманности Юпитера при формировании галилеевых спутников, вероятно, было относительно мало газа, что может объяснять очень медленное формирование Каллисто. Ганимед образовался ближе к Юпитеру, где туманность была более плотной, что и объясняет более быстрое его формирование. Оно, в свою очередь, привело к тому, что тепло, выделяемое при аккреции, не успевало рассеиваться. Это, возможно, вызвало таяние льда и отделение от него скальных пород. Камни обосновались в центре спутника, формируя ядро. В отличие от Ганимеда, при формировании Каллисто тепло успевало отводиться прочь, льды в её недрах не таяли и дифференциации не происходило. Эта гипотеза объясняет, почему два спутника Юпитера столь разные, несмотря на схожесть массы и состава. Альтернативные теории объясняют более высокую внутреннюю температуру Ганимеда приливным нагревом или более интенсивным воздействием на него поздней тяжелой бомбардировки.
Ядро Ганимеда после формирования сохранило большую часть тепла, накопленного во время аккреции и дифференцирования. Оно медленно отдаёт это тепло ледяной мантии, работая как своеобразная тепловая батарея. Мантия, в свою очередь, переносит это тепло на поверхность конвекцией. Распад радиоактивных элементов в ядре продолжил его разогревать, вызывая дальнейшую дифференциацию: были сформированы внутреннее ядро из железа и сульфида железа и силикатная мантия. Так Ганимед стал полностью дифференцированным телом. Для сравнения, радиоактивный нагрев недифференцированной Каллисто вызвал только конвекцию в её ледяных недрах, что эффективно их охладило и предотвратило крупномасштабное таяние льда и быструю дифференциацию. Процесс конвекции на Каллисто вызвал только частичное отделение камней ото льда. В настоящее время Ганимед продолжает медленно охлаждаться. Тепло, идущее от ядра и силикатной мантии, позволяет существовать подземному океану, а медленное охлаждение жидкого ядра из Fe и FeS вызывает конвекцию и поддерживает генерацию магнитного поля. Текущий тепловой поток из недр Ганимеда, вероятно, выше, чем у Каллисто.

Физические характеристики

Средняя плотность Ганимеда составляет 1,936 г/см 3 . Предположительно, он состоит из равных частей скальных пород и воды (в основном замёрзшей). Массовая доля льда лежит в интервале 46-50%, что немного ниже, чем у Каллисто. Во льдах могут присутствовать некоторые летучие газы, такие как аммиак. Точный состав скальных пород Ганимеда не известен, но он, вероятно, близок к составу обыкновенных хондритов групп L и LL, которые отличаются от H-хондритов меньшим полным содержанием железа, меньшим содержанием металлического железа и большим - окиси железа. Соотношение масс железа и кремния на Ганимеде составляет 1,05-1,27 (для сравнения, у Солнца оно равно 1,8).
Альбедо поверхности Ганимеда составляет около 43%. Водяной лёд есть практически на всей поверхности и его массовая доля колеблется в пределах 50-90%, что значительно выше, чем на Ганимеде в целом. Ближняя инфракрасная спектроскопия показала наличие обширных абсорбционных полос водяного льда на длинах волн 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 и 3,0 мкм. Светлые участки менее ровные и имеют большее количество льда по сравнению с тёмными. Анализ ультрафиолетового и ближнего инфракрасного спектра с высоким разрешением, полученных космическим аппаратом «Галилео» и наземными инструментами, показал наличие и других веществ: углекислого газа, диоксида серы и, возможно, циана, серной кислоты и различных органических соединений. По результатам миссии «Галилео» предполагается наличие на поверхности некоторого количества толинов. Результаты «Галилео» также показали наличие на поверхности Ганимеда сульфата магния (MgSO 4) и, возможно, сульфата натрия (Na 2 SO 4). Эти соли могли образоваться в подземном океане.
Поверхность Ганимеда асимметрична. Ведущее полушарие (повёрнутое в сторону движения спутника по орбите) светлее, чем ведомое. На Европе ситуация такая же, а на Каллисто - противоположная. На ведомом полушарии Ганимеда, видимо, больше диоксида серы. Количество углекислого газа на обоих полушариях одинаково, но его нет вблизи полюсов. Ударные кратеры на Ганимеде (кроме одного) не показывают обогащения углекислым газом, что также отличает этот спутник от Каллисто. Подземные запасы углекислого газа на Ганимеде были, вероятно, исчерпаны ещё в прошлом.

Внутреннее строение
Предположительно Ганимед состоит из трёх слоёв: расплавленного железного или состоящего из сульфида железа ядра, силикатной мантии и внешнего слоя льда толщиной 900-950 километров. Эта модель подтверждается малым моментом инерции, который был измерен во время облета Ганимеда «Галилео» - (0,3105 +/- 0,0028)*mr 2 (момент инерции однородного шара равен 0,4*mr 2). У Ганимеда коэффициент в этой формуле самый низкий среди твёрдых тел Солнечной системы. Существование расплавленного богатого железом ядра даёт естественное объяснение собственного магнитного поля Ганимеда, которое было обнаружено «Галилео». Конвекция в расплавленном железе, которое обладает высокой электропроводностью, - самое разумное объяснение происхождения магнитного поля.
Точная толщина различных слоёв в недрах Ганимеда зависит от принятого значения состава силикатов (доли оливина и пироксенов), а также от количества серы в ядре. Наиболее вероятное значение радиуса ядра - 700-900 км, а толщины внешней ледяной мантии - 800-1000 км. Остаток радиуса приходится на силикатную мантию. Плотность ядра - предположительно 5,5-6 г/см 3 , а силикатной мантии - 3,4-3,6 г/см 3 . Некоторые модели генерирования магнитного поля Ганимеда требуют наличия твёрдого ядра из чистого железа внутри жидкого ядра из Fe и FeS, что схоже со структурой земного ядра. Радиус этого ядра может достигать 500 километров. Температура в ядре Ганимеда предположительно составляет 1500-1700 К, а давление - до 10 ГПа.

Исследования магнитного поля Ганимеда указывают на то, что под его поверхностью может быть океан жидкой воды.

Доказательства существования океана на Ганимеде Диаграмма показывает пару поясов авроральных сияний на спутнике Юпитера Ганимеде. Их смещение/движение дает представление о внутреннем устройстве Ганимеда. Ганимед имеет магнитное поле, создаваемое железным ядром. Поскольку спутник располагается близко к Юпитеру, то он полностью включён в магнитное поле планеты-гиганта. Под действием магнитного поля Юпитера пояса сияний на Ганимеде смещаются. Колебания менее выраженные, если под поверхностью существует жидкий океан. Многочисленные наблюдения подтвердили существование под ледяной корой Ганимеда большого количества соленой воды, которая оказывает влияние на его магнитное поле.

Космический телескоп им. Хаббла, наблюдая за поясами сияний на Ганимеде в ультрафиолетовом свете, подтвердил существование океана на Ганимеде. Местоположение поясов определяется магнитным полем Ганимеда, а их смещение обусловлено взаимодействием с огромной магнитосферой Юпитера.

КА "GALILEO": ГАНИМЕД

Численное моделирование недр спутника, выполненное в 2014 году сотрудниками Лаборатории реактивного движения НАСА, показало, что этот океан, вероятно, многослойный: жидкие слои разделены слоями льда разных типов (лёд I, III, V, VI). Количество жидких прослоек, возможно, достигает 4; их солёность растёт с глубиной.

Сэндвичная модель строение Ганимеда (2014 год) Предыдущие модели строения Ганимеда показывали океан, зажатый между верхним и нижним слоем льда. Новая модель, основанная на лабораторных экспериментах по имитации соленых морей и жидкостей, показывает, что океаны Ганимеда и лед могут образовывать несколько слоев. Лед в этих слоях зависит от давления. Т.о. "Лед I" представляет собой наименее плотную форму льда, его можно сравнить с ледяной смесью в охлажденных напитках. С увеличением давления молекулы льда располагаются ближе друг к другу и, следовательно, увеличивается плотность. Океаны Ганимеда достигают глубины в 800 км, соответственно они испытывают гораздо большее давление, чем на Земле. Самый глубокий и плотный слой льда назван "Лед VI". При наличии достаточного количества солей жидкость может быть достаточно плотной, чтобы опуститься на самое дно и даже ниже уровня "Лед VI". Более того модель показывает, что в самом верхнем жидком слое могут протекать довольно странные явления. Жидкость, охлаждаясь от верхнего ледяного слоя (коры), опускается вниз в виде холодных течений, которые формируют слой "Лед III". В данном случае при охлаждении соль выпадает в осадок, а затем опускаются вниз, в то время как на уровне "Лед III" формируется ледяная/снежная каша. По мнению другой группы ученых такая структура Ганимеда не может быть устойчивой, но она вполне могла предшествовать модели с одним огромным океаном.

КА "GALILEO": ГАНИМЕД

Ганимед является самым большим спутником Юпитера и самым крупным спутником в солнечной системе. Его открыл Галилео Галилей в 1610 году и дал ему название в честь любителя бога Юпитера Симона Мариуса. Ганимед стал первым обнаруженным спутником после Луны.

Диаметр Ганимеда составляет 5280 км, что больше чем у Меркурия. Он вращается на расстоянии чуть более 1 миллиона км от Юпитера и является седьмым из 16-ти спутников планеты. Ганимед имеет достаточно крупные размеры, чтобы генерировать собственное магнитное поле, что очень необычно для спутников.

Ганимед всегда повернут к Юпитеру одной и той же стороной. Это довольно распространенное явление, получившее название синхронность . Другим ярким примером синхронного соотношения между планетой и спутником является Земля и Луна. Ганимед вращается в том же направлении, что и Юпитер. Он имеет почти круглую орбиту, а это означает, что его эксцентриситет (мера, характеризующая близость спутника и орбиты) достаточно мал. Круговая орбита имеет эксцентриситет, равный нулю. Угол наклона Ганимеда меньше его уровня, а это означает, что спутник вращается прямо в плоскости экватора Юпитера.

И хотя Ганимед все время повернут к Юпитеру одной стороной, существуют признаки того, что так было не всегда. Если бы спутник все время был повернут к планете лишь одной стороной, то это означало бы, что на его одной стороне должно быть больше метеоритных кратеров, как в случае с Каллисто. Однако это не характерно для Ганимеда. Другой факт, указывающий на изменения со стороны ледяного панциря, обращенного к Юпитеру, - это катен, обнаруженный на задней стороне Ганимеда. Катен появляется из-за ряда фрагментов кометы, которая была разрушена магнитным полем Юпитера, но не упала на планету, поскольку попала на его спутник. Если бы Ганимед всегда был повернут одной стороной к Юпитеру, то катен образовался бы только на передней стороне спутника.

Поверхность Ганимеда покрыта льдом, смешанным с богатой углеродом почвой, которая отражает большое количество солнечного света . Когда лед под поверхностью спутника нагревается и тает, то он прорывается на поверхность. Почва, которая плотнее воды, оказывается под водой. После вода замерзает, что приводит к образованию яркого пятна на поверхности. Вода нагревается либо из-за радиоактивного распада, либо под действием приливов. На Ганимед оказывает влияние не только гравитация Юпитера и Каллисто: на спутнике также имеет место резонанс Лапласа, который возникает из-за сил спутников Ио и Европы. Каждый раз, когда Ганимед вращается вокруг Юпитера, Европа, спутник внутри Ганимеда, огибает планету дважды, а Ио, находящийся внутри Европы, успевает обойти Юпитер 4 раза. Таким образом, в период каждого вращения три спутника выравниваются, что повышает гравитационное действие. Это увеличивает гравитационное притяжение, а после его уменьшения орбиты не только становятся эллиптическими, но приобретают большее напряжение внутри самих спутников. Эти приливы вырабатывают тепло, из-за которого тает лед на Ганимеде, в результате чего его поверхность становится ровнее поверхности любой другой планеты/спутника.

Ганимед покрыт льдом на 45-55%. Плотность спутника определяется льдом и углеродистыми силикатами, что указывает на смесь двух материалов.

Ганимед имеет собственное магнитное поле, которое противоположно магнитному полю Юпитера . Он также отображает индуцированное магнитное поле, вызванное сильным вращением под угловым полем Юпитера. Индуцированное поле говорит о проводящем океане, находящемся глубоко под ледяной поверхностью. Если в океане имеется достаточно растворенных минералов для мощного проводника, то он может генерировать собственное магнитное поле. Из-за сильного магнитного поля Юпитера на Ганимеде имеется множество заряженных частиц. Считается, что это вызывает образование молекулярного кислорода O2 и озона O3, которые были обнаружены на поверхности Ганимеда.

Поскольку орбита Ганимеда находится в одной плоскости с Юпитером, это дает основания полагать, что и планета, и спутник сформировались в результате одного и того же процесса. Юпитер сформировался в очень горячей и плотной области. Ганимед образовался в более холодном регионе, где вода не кипит, а замерзает и становится частью спутника.

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