Sistemul Solar – Sateliţii lui Jupiter

Jupiter are peste 60 de sateliţi, dintre care cei mai mari 4, numiţi şi galileeni, au fost descoperiţi de astronomul italian Galileo Galilei, ajutat de rudimentarul telescop construit chiar de el. Aceştia au fost, de altfel, şi primii sateliţi observaţi vreodată, cu excepţia Lunii.

INELELE

Descoperite în 1979 de Voyager 1, inelele jupiteriene au reprezentat o surpriză în lumea ştiinţifică.

Inelele sunt întreţinute de sateliţi ai planetei: trei inele extrem de subţiri, guvernate de Amalthea, Thebe şi Adrastea, inelul principal întreţinut probabil de Metis, şi încă unul, cu aspect de halou, format probabil de interacţiunea câmpului magnetic ce reţine particule venite din spaţiu. Sunt vizibile doar când Soarele se află în spatele lor.

Toate planetele mari din Sistemul nostru Solar au un sistem de inele. Dar spre deosebire de Saturn, care prezintă inele foarte luminoase, celelalte sunt formate din particule cu albedo (strălucire) foarte mic, roci şi praf ce nu conţin gheaţă.


SATELIŢII

Jupiter are 4 mari sateliţi, numiţi şi galileeni, deoarece au fost descoperiţi de astronomul italian Galileo Galilei, ajutat de rudimentarul telescop construit de el, fiind de altfel şi primii sateliţi observaţi vreodată, cu excepţia Lunii. În total, sateliţii gigantului sunt în număr de peste 60, şi constant sunt descoperiţi alţii. Tot ansamblul ar putea fi considerat un sistem solar în miniatură.

Aceşti patru mari sateliţi, dintre care doi întrec în dimensiuni planeta Mercur, sunt, în ordinea depărtării de planetă, Io, Europa, Ganymede şi Callisto. Aceste denumiri vin din mitologia greacă, ca de altfel mai toate numele corpurilor cereşti din Sistemul Solar, şi reprezintă iubite ale zeului suprem, Jupiter. Io, Europa şi Ganymede sunt prinse într-o rezonanţă orbitală de 1:2:4. Callisto va ajunge şi ea în această situaţie, cu o perioadă de revoluţie dublă decât cea a lui Ganymede.

Sateliţii se împart în trei mari grupe:

1. interiori - sateliţi de dimensiuni reduse, cu orbite apropiate de planetă. Din această grupă fac parte Metis, Adrastea, Amalthea şi Thebe.

2. galileeni - sateliţii descoperiţi de Galileo Galilei, primele corpuri cereşti despre care s-a ştiut sigur că orbitează altă planetă decât a noastră, stând astfel la baza demonstrării teoriei heliocentrice a lui Copernic. Aceşti sateliţi se deosebesc de restul prin masivitatea lor. Ei sunt, cum am amintit mai sus, Io, Europa, Ganymede şi Callisto.

3. exteriori - sateliţi de dimensiuni modeste cu orbite aflate la o mai mare depărtare decât cele ale sateliţilor galileeni. Din acest grup fac parte, printre alţii, Leda, Himalia, Lysithea, Elara, Ananke, Carme, Pasiphae, Sinope. Aceşti sateliţi exteriori sunt împărţiţi în subgrupuri (A, B). Cei ce fac parte din grupul A au o mişcare directă, într-un plan inclinat la 28 grade faţă de planul ecuatorial al lui Jupiter, pe când cei ce fac parte din grupul B au o mişcare retrogradă, cu un plan înclinat la 150 grade.

Metis şi Adrastea sunt însoţitori ai inelului principal al lui Jupiter. De dimensiuni reduse (Metis cu un diametru de 40 km, iar Adrastea atât de mic încât forma este neregulată, 23x20x15 km), sunt descoperiţi în timpul misiunii Voyager 1. Orbitând la 128.000 şi respectiv 129.000 km de planetă, sunt probabil sursa materialului ce formează inelul. Undeva în viitor, ei vor cădea pe Jupiter.

Amalthea se află la o distanţă de 181.000 km, având de asemenea o formă neregulată, 270x166x150 km. Forma neregulată a lui Amalthea, cu toate că dimensiunile sale nu sunt de neglijat, arată o compoziţie de materiale rezistente, probabil asemănătoare asteroizilor, şi diferită faţă de compoziţia celorlalţi sateliţi ai lui Jupiter. Culoarea sa este a doua cea mai roşie a unui satelit din Sistemul Solar, datorită sulfului expulzat de vulcanii de pe Io. Satelitul cedează spaţiului mai multă căldură decât primeşte, indicând o sursă internă de energie, ca şi Io.

Io, al cincilea satelit, şi primul din cei galileeni, este un iad multicolor. Puţin mai mare decât Luna, prezintă cea mai intensă activitate vulcanică din întreg Sistemul Solar.

Io
Credit: Wikimedia Commons

Io are o rotaţie în jurul axei egală cu revoluţia în jurul planetei mamă, şi o orbită aproape circulară, acestea fiind probabil efectele unor puternice forţe mareice. Astfel, prezintă spre Jupiter aceeaşi faţă, întocmai ca satelitul nostru natural.

Pe o orbita circulară la 422.000 km de planetă, satelitul este supus constant contracţiei şi dilatării în câmpul gravitaţional intens al lui Jupiter, fiind de asemenea supus presiunilor şi de orbita următorului satelit, Europa, cu care este în rezonanţă. Ca urmare a forţelor mareice, Io este deformat, iar frecarea rezultată încălzeşte şi topeşte rocile din interior, producând vulcani şi revărsări de lavă, ca şi gheizere de dioxid de sulf. Vulcani de mărimea Franţei pot erupe ani de zile încontinuu. Lava este aruncată în spaţiu la câteva sute de kilometri, având iniţial o temperatură foarte mare, 1.900 K.

Cantitatea de material ejectată de vulcanii de pe Io este impresionantă, suficientă pentru a acoperi satelitul cu un strat gros de 100 m într-o perioada relativ scurtă geologic vorbind, de 100 milioane ani. Mantaua şi crusta au fost reciclate de mai multe ori în decursul istoriei sale. Io nu are atmosfera decât local, în jurul vulcanilor, formată din gazele ce ies din interior odată cu erupţiile. Materia ejectată conţine atomi ionizaţi de oxigen, sodiu şi sulfuri, cu urme de hidrogen şi potasiu.

Mişcarea pe orbită a lui Io, trecând prin puternicul câmp magnetic al lui Jupiter, generează un câmp electric, dezvoltând o tensiune de 400.000 V şi generând un curent de 3 milioane amperi. Acest curent formează un cordon ombilical ce uneşte satelitul de planetă gigant. Forţa electrică smulge materie de pe Io (în jur de o tonă pe secundă) şi formează în jurul lui Jupiter un tor de plasmă.

Interiorul lui Io, ca şi cel al lui Ganymede şi Europa, are o structură ce prezintă nucleu, manta cel puţin parţial topită, şi o scoarţă solidă bogată în sulfuri.


Europa

La 670.000 km de Jupiter orbitează al şaselea satelit al său, Europa. Alături de Titan, poate fi numit cel mai interesant satelit din sistemul nostru. Pe suprafaţa sa de gheaţă au fost demult observate crăpături ce duc la concluzia că satelitul este acoperit de un ocean uriaş, adânc de kilometri, şi că stratul de gheaţă exterior se rupe din când în când, datorită presiunilor gravitaţionale. Aceste fracturi au în general lungimi de zeci de kilometri, dar merg şi până la mii de kilometri lungime. Cel puţin până în trecutul recent, Europa a avut un strat semifluid sub gheaţa de suprafaţă, cei mai mulţi oameni de ştiinţă înclinând să creadă că acesta încă există.

Europa
Credit: Wikimedia Commons

Temperatura de suprafaţă variază, de la 110 K la ecuator, până la abia 50 K în zona polară. Acest lucru face ca gheaţa să fie la fel de tare ca granitul. Savanţii încă nu sunt de acord cu grosimea stratului de gheaţă de la suprafaţă, modelele dând rezultate de la câteva sute de metri, până la zeci de kilometri. Cea mai bună estimare a grosimii sale însă o fac craterele, estimările fiind de 10-30 km grosime. Oceanul ce sălăşuieşte dedesubt ar avea minim 100 km adâncime.

Ceva mai mică decât Luna, Europa are câmp magnetic propriu şi de asemenea indus (de Jupiter), iar modelele arată că interiorul conţine rocă şi o mică parte gheaţă. Grosimea crustei de gheaţă (şi apă) ar ajunge la 150 km. Satelitul, se crede, are de două ori mai multă apă decât Terra.

Numărul craterelor este de departe foarte mic, în comparaţie cu majoritatea corpurilor din Sistemul Solar, ceea ce ne arată că suprafaţa este în continuă schimbare. Motorul acestei activităţi este acelaşi cu cel ce pune în mişcare vulcanii de pe Io.

Urmele de dioxid de sulf şi acid sulfuric descoperite ar putea proveni de la vecina Io, dar de asemenea aceste substanţe ar putea fi răspândite în oceanul uriaş, făcându-l foarte acid. Au fost descoperiţi şi compuşi organici.

Europa, împreună cu Titan şi Marte, sunt cele mai propice locuri din Sistemul Solar pentru a căuta eventuala viaţă. Dar dacă Marte este deja o planetă pe moarte ce nu ne-ar oferi, probabil, decât urma unei vieţi trecute, iar Titan este mult prea rece ca viaţa să fi avut energia necesară apariţiei, Europa ar putea să ne prezinte viaţa în timp real. Sub kilometrii de gheaţă, în oceanul întunecat, adânc de alte zeci de kilometri, în preajma surselor de căldură venite din interior asemeni vulcanilor submarini de pe Pământ, ar fi putut apărea şi vieţui organisme primare.

Un alt lucru interesant este că Europa are o atmosferă, foarte subţire, e adevărat, de oxigen molecular. Acesta nu este produsul formelor de viaţă, cum se întâmplă pe Terra, ci rezultă din descompunerea moleculelor de apă, sub acţiunea radiaţiilor. Hidrogenul, mai uşor, se pierde în spaţiu, rămânând oxigenul.

Ganymede

Pe o orbită aflată la 1,07 milioane km de Jupiter găsim cel mai mare satelit din Sistemul Solar, Ganymede, depăşind în diametru planeta Mercur. Este singurul satelit cunoscut a avea propriul câmp magnetic de sine stătător, generat din surse interne.

Densitatea mică îl prezintă format jumătate din rocă şi jumătate din gheaţă. Nucleul este  metalic, producând câmpul magnetic observat, cu o intensitate de 1% din cel terestru.

Suprafaţa prezintă zone luminoase şi întunecate. De vreme ce cele întunecate prezintă mai multe cratere, acestea sunt mai vechi. Dimensiunea mică a craterelor (în comparaţie cu alte corpuri ce au suprafaţă solidă) duc la concluzia ca şi Ganymede ar putea avea, sau a avut, un strat de apă în interior, un ocean sărat la o adâncime de 200 km, prins între straturi de gheaţă. Crăpăturile de care este străbătut solul, foarte vechi şi ele, sunt de origine tectonică, probabil. Vârsta suprafeţei este estimată la 3-3,4 miliarde de ani, comparabil cu cea a Lunii, deci satelitul pare a nu avea activitate în prezent sau în trecutul apropiat, cum este cazul Europei şi al lui Io.

Ganymede
Credit: Wikimedia Commons

Ganymede nu are atmosferă, detectându-se doar urme de ozon. Însă într-un viitor, acesta ar putea avea, ca şi Europa, o atmosferă rarefiată de oxigen.

Orbita satelitului este în rezonanţă cu cea a lui Io şi Europa, în raport de 1:2:4. De asemenea prezintă şi el aceeaşi faţă către Jupiter.

Ganymede s-a format probabil prin acreţie, în acelaşi timp cu planeta mamă. Timpul de formare ar fi estimat la 10.000 ani, mult mai puţin decât cel pentru formarea lui Callisto, de 100.000 ani. Această formare rapidă a dus la păstrarea căldurii iniţiale în mare parte, şi a avut ca efect stratificarea interiorului său, despărţind gheaţa de rocă. Acest lucru nu s-a întâmplat şi în cazul lui Callisto, iar asta ar explica de ce lunile lui Jupiter, deşi au aceeaşi compoziţie, sunt foarte diferite între ele.


Callisto

Al treilea satelit ca mărime din Sistemul Solar, după Ganymede şi Titan, Callisto orbitează la o distanţă de 1,88 milioane km.

Este în întregime acoperit de cratere, sugerând lipsa vreunei activităţi tectonice de orice fel în istoria sa. Jumătate rocă şi jumătate gheaţă ca şi compoziţie, acest satelit nu are straturi diferenţiate în interior, neavând structură internă cum este cazul celorlalţi sateliţi galileeni. Nu este prins în rezonanţă cu Jupiter (această rezonanţă ajutând celelalte luni să dezvolte activitate geologică) şi nu are atmosferă, decât urme de dioxid de carbon şi, probabil, oxigen.

Un slab câmp magnetic indus de Jupiter ar putea releva prezenţa unui ocean sărat cu o adâncime de 50-200 km sub crusta de gheaţă de la exterior, de 80-150 km grosime, plin cu un antigel natural, cum ar fi amoniacul.

Callisto este posesoarea unor cratere uriaşe de impact, cele mai mari fiind Valhalla, cu un diametru de 3.600 km, şi Asgard, cu 1.600 km în diametru. Are de asemenea serii de cratere în linie, provenind de la corpuri ce s-au dezintegrat sub presiunea forţei gravitaţionale şi abia apoi au lovit satelitul.

Callisto
Credit: Wikimedia Commons

Sateliţii exteriori

Sateliţii mici exteriori, dincolo de orbitele celor galileeni, se împart în două grupuri: A şi B. Fiecare din aceste grupuri provine probabil din rămăşiţele unor corpuri mai mari ce s-au fragmentat sub acţiunea gravitaţională a lui Jupiter, având caracteristici comune.

Grupul A, compus din Leda, Himalia, Lysithea şi Elara se mişcă într-un plan înclinat la 28 grade de ecuatorul lui Jupiter. Grupul B, format din Ananke, Carme, Pasiphae şi Sinope, aflat la peste 20 milioane km de planetă, are o mişcare retrogradă, într-un plan înclinat la 150 grade.

Pe lângă toţi aceşti sateliţi descrişi mai sus, există multi alţii, simple roci captate de uriaşa planetă. Este foarte probabil că se vor mai descoperi şi alţii, prea mici sau prea depărtaţi ca să îi observăm încă. Sau vor fi captaţi şi alţii în viitor.