가니메데

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가니메데

가니메데

갈릴레오 탐사선이 촬영한 가니메데의 사진이다.
발견
최초 발견자 갈릴레오 갈릴레이
발견 일자 1610년 1월 7일
명칭
다른 이름 목성 III
형용사 가니메디안
가니메데안
궤도 성질
근일점 1,069,200 km
원일점 1,071,600 km
반장축 1,070,400 km
이심률 0.0013
공전 주기 7.154 552 96 d
평균 공전 속력 10,880 km
궤도 경사 0.20°
(목성의 적도 기준)
모행성 목성
물리적 성질
평균 지름 2,634.1 ± 0.3 km
(지구의 0.413배)
표면적 8,700만 km2
(지구의 0.171배)
부피 7.6 X 10×10^10 km3
(지구의 0.0704배)
질량 1.4819 X 10×10^23 km3
(지구의 0.025배)
평균 밀도 1.936 g/cm3
표면 중력 1.428 m/s2
(0.146 g)
탈출 속도 2.741 km/s
자전 주기 조석 고정
자전축 기울기 0–0.33°
반사율 0.43±0.02
표면 온도
최저* 평균 최고
70 K 110 K 152 K
대기 특징
대기압 미량
구성 성분 산소

가니메데(목성 III)은 목성의 위성이고, 태양계에서 가장 큰 위성이다. 목성에서 일곱 번째로 떨어진 위성이고, 갈릴레오 위성 중 세 번째로 목성에서 떨어진 위성이다.[1] 7일에 한 번 궤도를 돌고, 1:2:4의 궤도 공명을 위성 에우로파, 이오와 각각 일으킨다. 가니메데의 직경은 5,262km이고, 수성보다 8% 크지만, 수성이 질량은 45% 더 많다.[2] 토성의 위성이고 태양계에서 2번째로 큰 티탄보다 지름이 2% 더 크다. 어떤 위성 보다 더 높은 질량을 가지고,보다 2.02배 무겁다.[3]

가니메데는 규산암과 물의 얼음이 거의 동일한 비율로 이루어져 있다. 이는 아주 다른, 차별화된, 철분이 풍부한 몸을 가졌으며, 액체 상태의 핵, 그리고 여러 층으로 쌓인바다와 물의 얼음이 일곱 층으로 쌓여 있을 수 있다.[4][5][6] 가니메데의 표면 지형은 2가지 주요 유형으로 이루어져 있다. 어두운 부분은, 4억 년 전에 생긴 충돌 크레이터와 함께, 위성의 세 번째 층을 덮는다. 밝은 부분은, 광범위한 홈에 의해 잘렸고, 능선과 같은 부분은 약간 존재한다. 밝은 지역이 위성의 표면에 쭉 이어져 있는 원인은 밝혀져 있지 않다. 가능성 있는 가설 중 하나가 조석 가열에 의한 판의 이동이다.[7]

가니메데는 자체 자기장이 있는, 태양계에서 유일한 위성이고, 원인으로 추정되는 것은 액체 핵의 대류 현상으로 생기는 것이다.[8] 약한 자기장은 목성의 커다란 자기장에 묻혀 장선의 요동으로 표시된다. 위성은 아주 옅은 산소 대기층을 가지고 있다:O(산소 원자), O2(산소 분자), 그리고 아마도 O3 (오존)이 있을 것이다.[9] 수소 원자는 대기의 옅은 성분이다. 위성이 대기와 관련된 전리층을 가지고 있는지는 확인되지 않았다.[10]

가니메데의 발견은 갈릴레오 갈릴레이에 의해 이루어졌고, 1610년 1월 7일에 처음으로 발견하였다.[11][12][13] 위성의 이름은 천문학자인 시몬 마리우스에 의해 제안되었다. (신화인 가니메데에 대해서: 그리스 신들에게 술을 날라주는 사람임과 동시에 제우스 가 사랑하는 사람)[14] 파이어니어 10호로 불리는 우주선에 의해, 우주선은 가니메데를 밀접하게 관찰할 수 있게 되었다.[15] 보이저호 우주선은 크기는 비슷하지만 더 좋은 성능으로 관측하였고, 갈릴레오 우주선은 자기장과 지하 바다를 발견하였다. 목성을 향한 다음 계획은 유럽우주국목성 얼음 위성 궤도선 (JUICE)이고, 2022년에 발사될 예정이다. 탐사선은 세 개의 얼음 위성을 지나간 뒤 가니메데 선회 궤도에 진입할 예정이다.[16]

발견과 작명[편집]

1610년 1월 7일, 갈릴레오 갈릴레이는 목성 주변에 3개의 별이 있는 것을 발견했고, 가니메데와 칼리스토를 발견하였고, 목성과 거의 붙어 있던 이오에우로파도 발견하였다; 다음 날 밤, 그 빛들은 움직인다고 밝혀졌다. 1월 13일에, 그는 한 번에 4개의 위성을 모두 보고 있었지만, 적어도 한 개의 위성이 전 위치에 있다는 것을 알 수 있었다. 1월 15일에, 갈릴레오는 그 빛들이 목성 주위를 움직인다고 결론지었다.[11][12][13] 그는 위성의 작명에 대한 권리를 주장했다; 그는 이 별을 "우주의 별"로 보고, 이름을 "메디시 별"로 지었다.[17]

지구, 그리고 가니메데의 크기 비교.

프랑스의 천문학자인 Nicolas-Claude Fabri de Peiresc는 메디시의 별들의 이름을 각각 분리해야 한다고 말했다, 그러나 그의 제안은 채택되지 않았다[17] 시몬 마리우스, 이 사람은 원래 자신이 갈릴레오 위성을 발견했다고 주장했다.[18] 목성과 토성의 위성에 이름을 붙이려고 시도했고, "목성의 목성" (이건 가니메데였다), "목성의 금성", "목성의 수성"으로 지었으나, 채택되지 않았다. 요하네스 캐플러와 마리우스는 위성에 이름을 붙이려 다시 한 번 시도했다:[17]

"... 그러면 저 위성은 가니메데로 하기로 하자고, 우화적 이야기로, 왕 트로스의 잘 생긴 아들이고, 독수리의 형태를 취한 제우스에게 하늘로 이송되지 ...세 번째 빛의 위엄이 있는, 가니메데 ..."[19]
갈릴레오가 레오나르도 도나에게 갈릴레오 위성의 발견을 설명하는 편지

이 이름과 다른 갈릴레오 위성의 이름들은 상당한 시간 동안 사람들이 싫어하게 되었고, 그리고 20세기 중반까지 별로 사용되지 않았다. 이전의 천문학의 많은 논문에서, 가니메데는 로마 숫자로 붙인 번호로 많이 불렸다(갈릴레오에 의해 도입된 제도) 목성 III 이나 "목성의 세번째 위성"으로 불렀다. 토성의 위성을 찾는 과정에서, 케플러가 발견한 위성들에 도입한 작명 제도가 그대로 목성에 사용되었다.[17] 가니메데는 남성 그림의 이름을 딴 목성의 유일한 위성이다 — 이오, 에우로파, 칼리스토처럼, 가니메데도 제우스의 연인이다.

중국의 천문학 기록에 의하면, 기원전 365년, 간드는 목성의 위성을 발견했다. 아마도 육안으로 가니메데를 발견했을 것이다.[20][21]

공전과 자전[편집]

가니메데의 궤도는 목성에서 1,070,400 km 떨어져 있고, 갈릴레오 위성 중에 세 번째로 목성에서 떨어져 있고,[22] 목성 주변을 7일 3시간 주기로 돈다. 많은 위성들처럼, 가니메데는 조석 고정되어 있기 때문에, 한 면이 항상 목성을 바라본다.[23] 가니메데의 궤도는 목성의 적도에 대해서 약간 기울어져 있고, 그리고 이심률기울기, 변하는 준주기의 동맹으로 인해, 태양계 중력에 소동을 일으킨다. 변화의 범위는 0.0009,–0.0022, 0.05–0.32°이고, 각기 다르다.[24] 이런 궤도 변화는 축 경사 (회전과 궤도 축 사이의 각도) 는 0에서0.33°까지 변할 수 있다.[25]

가니메데는 이오, 에우로파와 궤도 공명을 일으킨다: 가니메데가 1번 돌 때마다, 에우로파는 2번 돌고, 이오는 4번 돈다.[24][26] 이오가 근일점에 있고 에우로파가 원일점에 있을 때 현상이 발생한다. 또는 에우로파가 근일점에 있을 때 합 현상이 발생한다.[24] 이오–에우로파와 에우로파–가니메데의 접속사의 경도는 같은 경도로 변경되고, 세 계의 위성이 동시에 합이 불가능하고, 이러한 복잡한 공진을 라플라스 공명이라고 한다.[27]

지금 라플라스 공명의 상태는 가니메데 바깥쪽의 궤도에 대한 공명 현상을 만들 수 없다.[27] 0.0013의 값은 아마도 옛날에 공명이 가능했던 때에 만들어진 값이다.[26] 갈릴레오 위성의 이심률이 다소 수수께끼가 있다; 지금 공명이 일어나지 않는 부분으로 보아 가니메데에 있는 지하 구조는 오래전에 붕괴했어야 한다.[27] 이 사실은 마지막 이야기가 몇 억 년 정도 전에 일어났음을 의미한다.[27] 왜냐하면 가니메데의 이심률이 상대적으로 낮기 때문에,—평균 0.0015가 나와야 하기 때문이다.[26]— 이제 이 위성의 조석 가열은 무시할 수 있는 수준이다.[27] 그리고, 옛날의 가니메데는 아마도 1 이상의 라플라스 공진 통과 수(예시:가니메데가 1 공전할 때 에우로파는 2 공전하므로 에우로파의 값은 2)를 가졌을 수 있다[lower-alpha 1] 즉, 0.01~0.02의 높은 값으로 이심률을 밀어 올릴 수 있었다.[7][27] 이 상황은 아마 가니메데 내부의 심한 조석 가열을 유발했을 것이다; 펼쳐진 모양의 지형은 이 조석 가열의 결과물일지 모른다.[7][27]

이오, 에우로파, 가니메데의 라플라스 공명에 관한 두 가지 설이 있다: 한 가지는 원시 태양계 시절부터 존재했다는 것이다;[28] 혹은 태양계의 형성 후에 만들어졌다는 것이다. 후자의 시나리오에 관한 진행 순서는 다음과 같다: 이오는 목성과 조석 작용을 일으키고, 에우로파와 2:1의 공명을 가지게 된 후 궤도를 계속 확장한다; 확장은 계속 이루어진다. 하지만 조금의 운동량는 에우로파로 전달되고, 이는 공진을 계속 유지하는 원인이 된다; 에우로파와 가니메데가 2:1의 공진을 가지게 될 때까지 계속한다.[27]결국 세 위성 사이의 운동량은 라플라스 공명에 의한 동기화 때문에 같은 양을 유지한다.[27]

물리적 특성[편집]

구성 성분[편집]

가니메데의 묘사는 경도 W 45°를 기준으로 묘사했다. 상부 및 하부 어두운 구역은 페린과 니콜슨 영역이다; 밝은 동심원 화구들은, 오른쪽 위의 화구는 트로스라고 부르고,왼쪽 밑의 화구는 시스티라 부른다.

가니메데의 평균 밀도는, 1.936 g/cm3이다. 주로 얼음과 암석이 등분된 것이라 생각된다.[7] 얼음의 질량 분율은 아마도 46~50% 사이라고 생각되고, 칼리스토에 비해 약간 낮다.[29] 암모니와와 같은 추가적인 휘발성 얼음도 존재한다고 생각된다.[29][30] 가니메데의 암석은 알려진 바가 없지만, 하지만 아마도 L/LL 형 일반 구립 운석에 가까울 것으로 생각되며, 적은 양의 핵을 가지고 있을 것으로 생각되며, 적은 양의 금속 철과 산화철로 이루어진, H 형 운석에 가까울 것으로 생각된다. 가니메데에서 규소에 대한 철의 중량비는 1.05–1.27로 생각된다. 참고로, 태양의 비율은 1.8.이다.[29]

가니메데의 표면 반사율은 43% 정도이다.[31] 얼음과 물이 50%~90% 정도의 비율로 표면에 뒤덮여 있는 것으로 생각되며,[7] 가니메데의 내부보다 더 많이 존재하는 것으로 생각된다. Near-infrared spectroscopy has revealed the presence of strong water ice absorption bands at wavelengths of 1.04, 1.25, 1.5, 2.0 and 3.0 μm.[31] The grooved terrain is brighter and has more icy composition than the dark terrain.[32] The analysis of high-resolution, near-infrared and UVspectra obtained by the Galileo spacecraft and from the ground has revealed various non-water materials: carbon dioxide, sulfur dioxide and, possibly, cyanogen, hydrogen sulfate and various organic compounds.[7][33] Galileo results have also shown magnesium sulfate (MgSO4) and, possibly, sodium sulfate (Na2SO4) on Ganymede's surface.[23][34] These salts may originate from the subsurface ocean.[34]

The Ganymedian surface is asymmetric; the leading hemisphere[lower-alpha 2] is brighter than the trailing one.[31] This is similar to Europa, but the reverse is true for Callisto.[31] The trailing hemisphere of Ganymede appears to be enriched in sulfur dioxide.[35][36] The distribution of carbon dioxide does not demonstrate any hemispheric asymmetry, although it is not observed near the poles.[33][37] Impact craters on Ganymede (except one) do not show any enrichment in carbon dioxide, which also distinguishes it from Callisto. Ganymede's carbon dioxide gas was probably depleted in the past.[37]

내부 구조[편집]

가니메데의 지하 구조(artist's concept; 1 May 2014).[4][6]

Ganymede appears to be fully differentiated, consisting of an iron sulfideiron core and a silicate mantle.[7][38] The precise thicknesses of the different layers in the interior of Ganymede depend on the assumed composition of silicates (fraction of olivine and pyroxene) and amount of sulfur in the core.[29][38][39]

Subsurface oceans[편집]

NASA scientists, in the 1970s, first suspected a thick ocean in Ganymede between just two layers of ice, one on the top and one on the bottom.[7][4][38][40] In the 1990s, NASA's Galileo mission flew by Ganymede, confirming the moon's ocean. An analysis published in 2014, taking into account the effects of salt, suggests that Ganymede might have a stack of several ocean layers separated by different phases of ice, with the lowest liquid layer adjacent to the rocky mantle below.[4][5][6] Water–rock contact may be an important factor in the origin of life.[4]

[편집]

Ganymede has the lowest moment of inertia among the solid Solar System bodies. The existence of a liquid, iron-rich core provides a natural explanation for the intrinsic magnetic field of Ganymede detected by Galileo spacecraft.[41] The convection in the liquid iron, which has high electrical conductivity, is the most reasonable model of magnetic field generation.[8] The density of the core is 5.5–6 g/cm3 and the silicate mantle is 3.4–3.6 g/cm3.[29][38][39][41] The radius of this core may be up to 500 km.[41] The temperature in the core of Ganymede is probably 1500–1700 K and pressure up to 10 GPa.[38][41]

Surface features[편집]

A sharp boundary divides the ancient dark terrain of Nicholson Regio from the younger, finely striated bright terrain of Harpagia Sulcus.
Enhanced-color Galileo spacecraft image of Ganymede's trailing hemisphere.[42] The crater Tashmetum's prominent rays are at lower right, and the large ejecta field of Hershef at upper right. Part of dark Nicholson Regio is at lower left, bounded on its upper right by Harpagia Sulcus.
The craters Gula and Achelous (bottom), in the grooved terrain of Ganymede, with ejecta "pedestals" and ramparts.

The Ganymedian surface is a mix of two types of terrain: very old, highly cratered, dark regions and somewhat younger (but still ancient), lighter regions marked with an extensive array of grooves and ridges. The dark terrain, which comprises about one-third of the surface,[43] contains clays and organic materials that could indicate the composition of the impactors from which Jovian satellites accreted.[44]

The heating mechanism required for the formation of the grooved terrain on Ganymede is an unsolved problem in the planetary sciences. The modern view is that the grooved terrain is mainly tectonic in nature.[7] Cryovolcanism is thought to have played only a minor role, if any.[7] The forces that caused the strong stresses in the Ganymedian ice lithosphere necessary to initiate the tectonic activity may be connected to the tidal heating events in the past, possibly caused when the satellite passed through unstable orbital resonances.[7][45] The tidal flexing of the ice may have heated the interior and strained the lithosphere, leading to the development of cracks and horst and graben faulting, which erased the old, dark terrain on 70% of the surface.[7][46] The formation of the grooved terrain may also be connected with the early core formation and subsequent tidal heating of Ganymede's interior, which may have caused a slight expansion of Ganymede by 1–6% due to phase transitions in ice and thermal expansion.[7] During subsequent evolution deep, hot water plumes may have risen from the core to the surface, leading to the tectonic deformation of the lithosphere.[47] Radiogenic heating within the satellite is the most relevant current heat source, contributing, for instance, to ocean depth. Research models have found that if the orbital eccentricity were an order of magnitude greater than currently (as it may have been in the past), tidal heating would be a more substantial heat source than radiogenic heating.[48]

Cratering is seen on both types of terrain, but is especially extensive on the dark terrain: it appears to be saturated with impact craters and has evolved largely through impact events.[7] The brighter, grooved terrain contains many fewer impact features, which have been only of a minor importance to its tectonic evolution.[7] The density of cratering indicates an age of 4 billion years for the dark terrain, similar to the highlands of the Moon, and a somewhat younger age for the grooved terrain (but how much younger is uncertain).[49] Ganymede may have experienced a period of heavy cratering 3.5 to 4 billion years ago similar to that of the Moon.[49] If true, the vast majority of impacts happened in that epoch, whereas the cratering rate has been much smaller since.[3] Craters both overlay and are crosscut by the groove systems, indicating that some of the grooves are quite ancient. Relatively young craters with rays of ejecta are also visible.[3][50] Ganymedian craters are flatter than those on the Moon and Mercury. This is probably due to the relatively weak nature of Ganymede's icy crust, which can (or could) flow and thereby soften the relief. Ancient craters whose relief has disappeared leave only a "ghost" of a crater known as a palimpsest.[3]

One significant feature on Ganymede is a dark plain named Galileo Regio, which contains a series of concentric grooves, or furrows, likely created during a period of geologic activity.[51]

Ganymede also has polar caps, likely composed of water frost. The frost extends to 40° latitude.[23] These polar caps were first seen by the Voyager spacecraft. Theories on the formation of the caps include the migration of water to higher latitudes and bombardment of the ice by plasma. Data from Galileo suggests the latter is correct.[52] The presence of a magnetic field on Ganymede results in more intense charged particle bombardment of its surface in the unprotected polar regions; sputtering then leads to redistribution of water molecules, with frost migrating to locally colder areas within the polar terrain.[52]

Geologic Map of Ganymede (February 11, 2014).
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Geologic Map of Ganymede (February 11, 2014).

대기권과 전리층[편집]

1972년, 인도의 한 팀이, British and American astronomers working at Java (Indonesia) and Kavalur (India) claimed that they had detected a thin atmosphere around the satellite during an occultation, when it and Jupiter passed in front of a star.[53] They estimated that the surface pressure was around 0.1 Pa.[53] However, in 1979 Voyager 1 observed an occultation of a star (κ Centauri) during its flyby of the planet, with differing results.[54] The occultation measurements were conducted in the far-ultraviolet spectrum at wavelengths shorter than 200 nm; they were much more sensitive to the presence of gases than the 1972 measurements in the visible spectrum. No atmosphere was revealed by the Voyager data. The upper limit on the surface particle number density was found to be 1.5틀:Esp cm−3, which corresponds to a surface pressure of less than 2.5 µPa.[54] The latter value is almost five orders of magnitude less than the 1972 estimate.[54]

Despite the Voyager data, evidence for a tenuous oxygen atmosphere (exosphere) on Ganymede, very similar to the one found on Europa, was found by the Hubble Space Telescope (HST) in 1995.[9][55] HST actually observed airglow of atomic oxygen in the far-ultraviolet at the wavelengths 130.4 nm and 135.6 nm. Such an airglow is excited when molecular oxygen is dissociated by electron impacts,[9] evidence of a significant neutral atmosphere composed predominantly of O2 molecules. The surface number density probably lies in the 1.2틀:Esp–7틀:Esp cm−3 range, corresponding to the surface pressure of 0.2–1.2 µPa.[9][lower-alpha 3] These values are in agreement with the Voyager's upper limit set in 1981. The oxygen is not evidence of life; it is thought to be produced when water ice on Ganymede's surface is split into hydrogen and oxygen by radiation, with the hydrogen then being more rapidly lost due to its low atomic mass.[55] The airglow observed over Ganymede is not spatially homogeneous like that over Europa. HST observed two bright spots located in the northern and southern hemispheres, near ± 50° latitude, which is exactly the boundary between the open and closed field lines of the Ganymedian magnetosphere (see below).[56] The bright spots are probably polar auroras, caused by plasma precipitation along the open field lines.[57]

False color temperature map of Ganymede

The existence of a neutral atmosphere implies that an ionosphere should exist, because oxygen molecules are ionized by the impacts of the energetic electrons coming from the magnetosphere[58] and by solar EUV radiation.[10] However, the nature of the Ganymedian ionosphere is as controversial as the nature of the atmosphere. Some Galileo measurements found an elevated electron density near Ganymede, suggesting an ionosphere, whereas others failed to detect anything.[10] The electron density near the surface is estimated by different sources to lie in the range 400–2,500 cm−3.[10] As of 2008, the parameters of the ionosphere of Ganymede are not well constrained.

Additional evidence of the oxygen atmosphere comes from spectral detection of gases trapped in the ice at the surface of Ganymede. The detection of ozone (O3) bands was announced in 1996.[59] In 1997 spectroscopic analysis revealed the dimer (or diatomic) absorption features of molecular oxygen. Such an absorption can arise only if the oxygen is in a dense phase. The best candidate is molecular oxygen trapped in ice. The depth of the dimer absorption bands depends on latitude and longitude, rather than on surface albedo—they tend to decrease with increasing latitude on Ganymede, whereas O3 shows an opposite trend.[60] Laboratory work has found that O2 would not cluster or bubble but dissolve in ice at Ganymede's relatively warm surface temperature of 100 K.[61]

A search for sodium in the atmosphere, just after such a finding on Europa, turned up nothing in 1997. Sodium is at least 13 times less abundant around Ganymede than around Europa, possibly because of a relative deficiency at the surface or because the magnetosphere fends off energetic particles.[62] Another minor constituent of the Ganymedian atmosphere is atomic hydrogen. Hydrogen atoms were observed as far as 3,000 km from Ganymede's surface. Their density on the surface is about 1.5틀:Esp cm−3.[63]

자기장[편집]

Magnetic field of the Jovian satellite Ganymede, which is embedded into the magnetosphere of Jupiter. Closed field lines are marked with green color.

The Galileo craft made six close flybys of Ganymede from 1995–2000 (G1, G2, G7, G8, G28 and G29)[8] and discovered that Ganymede has a permanent (intrinsic) magnetic moment independent of the Jovian magnetic field.[64] The value of the moment is about 1.3틀:Esp T·m3,[8] which is three times larger than the magnetic moment of Mercury. The magnetic dipole is tilted with respect to the rotational axis of Ganymede by 176°, which means that it is directed against the Jovian magnetic moment.[8] Its north pole lies below the orbital plane. The dipole magnetic field created by this permanent moment has a strength of 719 ± 2 nT at Ganymede's equator,[8] which should be compared with the Jovian magnetic field at the distance of Ganymede—about 120 nT.[64] The equatorial field of Ganymede is directed against the Jovian field, meaning reconnection is possible. The intrinsic field strength at the poles is two times that at the equator—1440 nT.[8]

The permanent magnetic moment carves a part of space around Ganymede, creating a tiny magnetosphere embedded inside that of Jupiter; it is the only moon in the Solar System known to possess the feature.[64] Its diameter is 4–5 RG (RG = 2,631.2 km).[65] The Ganymedian magnetosphere has a region of closed field lines located below 30° latitude, where charged particles (electrons and ions) are trapped, creating a kind of radiation belt.[65] The main ion species in the magnetosphere is single ionized oxygen—O+[10]—which fits well with Ganymede's tenuous oxygen atmosphere. In the polar cap regions, at latitudes higher than 30°, magnetic field lines are open, connecting Ganymede with Jupiter's ionosphere.[65] In these areas, the energetic (tens and hundreds of kiloelectronvolt) electrons and ions have been detected,[58] which may cause the auroras observed around the Ganymedian poles.[56] In addition, heavy ions continuously precipitate on Ganymede's polar surface, sputtering and darkening the ice.[58]

The interaction between the Ganymedian magnetosphere and Jovian plasma is in many respects similar to that of the solar wind and Earth's magnetosphere.[65][66] The plasma co-rotating with Jupiter impinges on the trailing side of the Ganymedian magnetosphere much like the solar wind impinges on the Earth's magnetosphere. The main difference is the speed of plasma flow—supersonic in the case of Earth and subsonic in the case of Ganymede. Because of the subsonic flow, there is no bow shock off the trailing hemisphere of Ganymede.[66]

In addition to the intrinsic magnetic moment, Ganymede has an induced dipole magnetic field.[8] Its existence is connected with the variation of the Jovian magnetic field near Ganymede. The induced moment is directed radially to or from Jupiter following the direction of the varying part of the planetary magnetic field. The induced magnetic moment is an order of magnitude weaker than the intrinsic one. The field strength of the induced field at the magnetic equator is about 60 nT—half of that of the ambient Jovian field.[8] The induced magnetic field of Ganymede is similar to those of Callisto and Europa, indicating that this moon also has a subsurface water ocean with a high electrical conductivity.[8]

Given that Ganymede is completely differentiated and has a metallic core,[7][41] its intrinsic magnetic field is probably generated in a similar fashion to the Earth's: as a result of conducting material moving in the interior.[8][41] The magnetic field detected around Ganymede is likely to be caused by compositional convection in the core,[41] if the magnetic field is the product of dynamo action, or magnetoconvection.[8][67]

Despite the presence of an iron core, Ganymede's magnetosphere remains enigmatic, particularly given that similar bodies lack the feature.[7] Some research has suggested that, given its relatively small size, the core ought to have sufficiently cooled to the point where fluid motions and a magnetic field would not be sustained. One explanation is that the same orbital resonances proposed to have disrupted the surface also allowed the magnetic field to persist: with Ganymede's eccentricity pumped and tidal heating increased during such resonances, the mantle may have insulated the core, preventing it from cooling.[46] Another explanation is a remnant magnetization of silicate rocks in the mantle, which is possible if the satellite had a more significant dynamo-generated field in the past.[7]

Origin and evolution[편집]

Ganymede probably formed by an accretion in Jupiter's subnebula, a disk of gas and dust surrounding Jupiter after its formation.[68] The accretion of Ganymede probably took about 10,000 years,[69] much shorter than the 100,000 years estimated for Callisto. The Jovian subnebula may have been relatively "gas-starved" when the Galilean satellites formed; this would have allowed for the lengthy accretion times required for Callisto.[68] In contrast Ganymede formed closer to Jupiter, where the subnebula was denser, which explains its shorter formation timescale.[69] This relatively fast formation prevented the escape of accretional heat, which may have led to ice melt and differentiation: the separation of the rocks and ice. The rocks settled to the center, forming the core. In this respect, Ganymede is different from Callisto, which apparently failed to melt and differentiate early due to loss of the accretional heat during its slower formation.[70] This hypothesis explains why the two Jovian moons look so dissimilar, despite their similar mass and composition.[40][70] Alternative theories explain Ganymede's greater internal heating on the basis of tidal flexing[71] or more intense pummeling by impactors during the Late Heavy Bombardment.[72][73][74]

After formation, the Ganymedian core largely retained the heat accumulated during accretion and differentiation, only slowly releasing it to the ice mantle like a kind of thermal battery.[70] The mantle, in turn, transported it to the surface by convection.[40] Soon the decay of radioactive elements within rocks further heated the core, causing increased differentiation: an inner, ironiron sulfide core and a silicate mantle formed.[41][70] With this, Ganymede became a fully differentiated body. By comparison, the radioactive heating of undifferentiated Callisto caused convection in its icy interior, which effectively cooled it and prevented large-scale melting of ice and rapid differentiation.[75] The convective motions in Callisto have caused only a partial separation of rock and ice.[75] Today, Ganymede continues to cool slowly.[41] The heat being released from its core and silicate mantle enables the subsurface ocean to exist,[30] whereas the slow cooling of the liquid Fe–FeS core causes convection and supports magnetic field generation.[41] The current heat flux out of Ganymede is probably higher than that out of Callisto.[70]

좌표 시스템[편집]

아나트라는 크레이터가 있고, 이 크레이터가 가니메데의 좌표를 정하기 위한 좌표를 제공한다. 정의된 값에 의하면, 아나트는 경도 128도에 있다.[76]

Exploration[편집]

Ganymede in 1973 by Pioneer 10

Several probes flying by or orbiting Jupiter have explored Ganymede more closely, including four flybys in the 1970s, and multiple passes in the 1990s to 2000s.

Pioneer 10 approached in 1973 and Pioneer 11 in 1974,[77] and they returned information about the satellite.[78] This included more specific determination on physical characteristics and resolving features to 400 km (250 mi) on its surface.[79] Pioneer 10's closest approach was 446,250 km.[80]

Voyager 1 and Voyager 2 were next, passing by Ganymede in 1979. They refined its size, revealing it was larger than Saturn's moon Titan, which was previously thought to have been bigger.[81] The grooved terrain was also seen.[82]

In 1995, the Galileo spacecraft entered orbit around Jupiter and between 1996 and 2000 made six close flybys to explore Ganymede.[23] These flybys are G1, G2, G7, G8, G28 and G29.[8] During the closest flyby—G2—Galileo passed just 264 km from the surface of Ganymede.[8] During a G1 flyby in 1996, the Ganymedian magnetic field was discovered,[83] while the discovery of the ocean was announced in 2001.[8][23] Galileo transmitted a large number of spectral images and discovered several non-ice compounds on the surface of Ganymede.[33] The most recent spacecraft to explore Ganymede up close was New Horizons, which passed by in 2007 on its way to Pluto. New Horizons made topography and composition maps of Ganymede as it sped by.[84][85]

Mission concepts[편집]

The Europa Jupiter System Mission (EJSM), had a proposed launch date in 2020, and was a joint NASA and ESA proposal for exploration of many of Jupiter's moons including Ganymede. In February 2009 it was announced that ESA and NASA had given this mission priority ahead of the Titan Saturn System Mission.[86] EJSM consisted of the NASA-led Jupiter Europa Orbiter, the ESA-led Jupiter Ganymede Orbiter, and possibly a JAXA-led Jupiter Magnetospheric Orbiter. ESA's contribution faced funding competition from other ESA projects [87] but on 2 May 2012 the European part of the mission, renamed Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), obtained a L1 launch slot in 2022 with a Ariane 5 in the ESA's Cosmic Vision science programme.[88] The spacecraft will orbit Ganymede and conduct multiple flyby investigations of Callisto and Europa.[89]

The Russian Space Research Institute is currently evaluating the Ganymede Lander (GL) mission, with emphasis in astrobiology.[90] The Ganymede Lander would be a partner mission for JUpiter ICy moon Explorer (JUICE).[90][91] If selected, it would be launched in 2024, though this schedule might be revised and aligned with JUICE.[90]

A Ganymede orbiter based on the Juno probe was proposed in 2010 for the Planetary Science Decadal Survey.[92] Possible instruments include Medium Resolution Camera, Flux Gate Magnetometer, Visible/NIR Imaging Spectrometer, Laser Altimeter, Low and High Energy Plasma Packages, Ion and Neutral Mass Spectrometer, UV Imaging Spectrometer, Radio and Plasma Wave sensor, Narrow Angle Camera, and a Sub-Surface Radar.[92]

Another canceled proposal to orbit Ganymede was the Jupiter Icy Moons Orbiter. It was designed to use nuclear fission for power, ion engine propulsion, and would have studied Ganymede in greater detail than previously.[93] However, the mission was canceled in 2005 because of budget cuts.[94] Another old proposal was called The Grandeur of Ganymede.[44]

문서 참조[편집]

노트[편집]

  1. 이오–에우로파와 에우로파–가니메데의 값은 비율이 아닌 화합 유리수이므로, 속도로 변경되는 것이 되고 이는 현제 있는 갈릴레오 위성의 라플라스 공명과 비슷하다. 화합 비율은 라플라스 공진으로 환산될 수 있다.
  2. The leading hemisphere is the hemisphere facing the direction of orbital motion; the trailing hemisphere faces the reverse direction.
  3. The surface number density and pressure were calculated from the column densities reported in Hall, et al. 1998, assuming a scale height of 20 km and temperature 120 K.

바깥 고리[편집]

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외부 링크[편집]

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