I satelliti galileiani , o lune galileiane , sono i quattro più grandi satelliti naturali di Giove . In ordine di distanza dal pianeta, sono Io , Europa , Ganimede e Callisto . Sono osservati per la prima volta da Galileo ingennaio 1610grazie al perfezionamento del suo telescopio astronomico e la loro scoperta viene pubblicata su Sidereus nuncius inmarzo 1610. Sono quindi i primi satelliti naturali scoperti in orbita attorno a un pianeta diverso dalla Terra , questo mettendo fortemente in discussione il modello geocentrico difeso da molti astronomi dell'epoca e dimostrando l'esistenza di oggetti celesti invisibili alla Terra ad occhio nudo .
Questi satelliti sono tra gli oggetti più grandi del Sistema Solare con l'eccezione del Sole e degli otto pianeti , che sono tutti più grandi dei pianeti nani . In particolare, Ganimede è la luna più grande e massiccia del Sistema Solare, superando in dimensioni il pianeta Mercurio . Sono anche le uniche lune di Giove abbastanza massicce da essere sferiche. Inoltre, le tre lune interne, Io, Europa e Ganimede, sono l'unico esempio conosciuto di risonanza di Laplace : i tre corpi sono in risonanza orbitale 4: 2: 1.
Se Galileo inizialmente li nomina Medicea Sidera (in francese : "stelle medicee") in onore della casata dei Medici , i nomi che entrano nella posterità sono quelli scelti da Simon Marius - che rivendicò anche la paternità della scoperta delle lune - in base su suggerimento di Johannes Kepler . Questi nomi corrispondono a personaggi della mitologia greca , amanti e amanti di Zeus ( Giove nella mitologia romana ), cioè rispettivamente Io , sacerdotessa di Era e figlia di Inaco ; Europa , figlia di Agénor ; Ganimede , coppiere degli dei; e Callisto , ninfa di Artemide .
Rappresentando il 99,997% della massa in orbita attorno a Giove, rimasero le uniche lune conosciute del pianeta per quasi tre secoli fino alla scoperta nel 1892 della quinta più grande, Amaltea , il cui diametro era molto più piccolo.
Io è la luna galileiana con l'orbita più vicina a Giove , avente un semiasse maggiore di 421.800 chilometri e un periodo di rivoluzione di circa 42 ore. Inoltre, è la quarta luna più grande del Sistema Solare , con il suo diametro medio di 3.643 km - pur essendo la seconda più piccola delle lune galileiane -, la più densa di esse e l' oggetto astronomico noto contenente la minore quantità di acqua .
Con più di 400 vulcani attivi, Io è anche l'oggetto geologicamente più attivo del Sistema Solare . Questa estrema attività geologica è il risultato di un riscaldamento di marea dovuto all'attrito generato all'interno della luna dalle sue interazioni gravitazionali con Giove , una conseguenza della sua orbita mantenuta leggermente eccentrica dalla sua risonanza orbitale con l' Europa e Ganimede . Questi vulcani producono pennacchi di zolfo e anidride solforosa che salgono a diverse centinaia di chilometri sopra la superficie e poi ricoprono le vaste pianure della luna con uno strato gelido di materiale, dipingendolo in varie sfumature di colori. . I materiali prodotti da questo vulcanismo costituiscono da un lato l' atmosfera sottile e irregolare di Io, e dall'altro producono un grande toroide di plasma attorno a Giove a causa della loro interazione con la magnetosfera del pianeta .
Questa zona è anche punteggiata da più di 100 montagne che vengono sollevate da fenomeni tettonici alla base della crosta di silicato . Alcuni di questi picchi sono più alti dell'Everest , nonostante il raggio di Io sia 3,5 volte più piccolo di quello della Terra e circa uguale a quello della Luna . A differenza della maggior parte delle lune del sistema solare esterno , che sono per lo più fatte di ghiaccio d' acqua , Io è costituita da roccia silicatica che circonda un nucleo di ferro fuso o pirite .
L'Europa è la seconda luna galileiana per distanza da Giove, con un semiasse maggiore di 671.100 chilometri, e la più piccola delle quattro con un diametro di 3.122 km , che la rende la sesta luna più grande del Sistema solare , dopo la Luna .
È costituito principalmente da roccia silicatica e da una crosta di ghiaccio d' acqua , oltre che probabilmente da un nucleo di ferro e nichel . Ha una sottilissima atmosfera , composto principalmente da ossigeno . La sua superficie presenta in particolare striature e fessure glaciali dette lineae ma pochi crateri da impatto , che la rendono paragonabile alle regioni polari della Terra.
Ha la superficie più liscia di tutti gli oggetti celesti conosciuti nel Sistema Solare . Questa superficie giovane - con un'età stimata di 100 milioni di anni - e priva di rilievi associati alla presenza di un campo magnetico indotto fa ipotizzare che, nonostante una temperatura superficiale massima di 130 K (-143 °C ) , avrebbe un oceano di acque sotterranee, con una profondità di circa 100 km , ambiente favorevole ad una possibile vita extraterrestre . Il modello predominante suggerisce che il riscaldamento delle maree dovuto alla sua orbita leggermente eccentrica - mantenuta dalla sua risonanza orbitale con Io e Ganimede - permette all'oceano di rimanere liquido e comporterebbe un movimento del ghiaccio simile alla tettonica a zolle , la prima attività di questo tipo osservata su un oggetto diverso dalla Terra . Il sale osservato su alcune caratteristiche geologiche suggerisce che l'oceano interagisce con la crosta, fornendo anche una fonte di indizi per determinare se l'Europa potrebbe essere abitabile .
Inoltre, il telescopio spaziale Hubble rileva regolarmente l'emissione di pennacchi di vapore acqueo simili a quelli visti su Encelado , una luna di Saturno , che si dice siano causati dall'eruzione di geyser .
Ganimede , la terza luna galileiana per distanza da Giove con un semiasse maggiore di 1.070.400 chilometri, è il satellite naturale più grande e massiccio del Sistema Solare, con un diametro medio rispettivamente di 5.262 km - superiore all'8% di quello del pianeta Mercurio - e una massa di 1.482 × 10 23 kg .
È un corpo totalmente differenziato , con un nucleo liquido ricco di ferro e una crosta di ghiaccio che galleggia su un mantello di ghiaccio più caldo. Il ghiaccio superficiale si troverebbe su un oceano subglaciale salato situato a 200 km di profondità e che potrebbe contenere più acqua di tutti gli oceani della Terra messi insieme. Due principali tipi di terreno ricoprono la sua superficie: circa un terzo di regioni oscure, crivellate di crateri da impatto e vecchie di quattro miliardi di anni; e, per i restanti due terzi, regioni più chiare, un po' più giovani e con larghe scanalature. La causa di questo disturbo geologico non è ben nota, ma è probabilmente il risultato dell'attività tettonica causata dal riscaldamento delle maree e da un cambiamento nel volume della luna durante la sua storia. La luna ha molti crateri da impatto ma molti sono scomparsi o sono appena visibili perché ricoperti dal ghiaccio che si forma sopra, chiamato poi palinsesto .
È l'unico satellite del Sistema Solare noto per avere una magnetosfera , probabilmente creata per effetto dinamo con convezione all'interno del nucleo ferroso liquido. La sua debole magnetosfera è compresa all'interno del campo magnetico molto più ampio di Giove ed è collegata ad esso da linee di campo aperto. Il satellite ha un'atmosfera fine contenente in particolare diossigeno (O 2).
Callisto è la luna galileiana più lontana da Giove con un semiasse maggiore di 1.882.700 chilometri e la seconda per dimensioni con un diametro medio di 2.410 km - e quindi la terza luna più grande del Sistema Solare. Tra le lune galileiane è la meno densa di tutte e l'unica a non essere in risonanza orbitale. È composto approssimativamente da roccia e ghiaccio in parti uguali e, a causa della mancanza di riscaldamento dovuto alle forze di marea , sarebbe solo parzialmente differenziato . Callisto potrebbe avere un oceano di acqua liquida a più di 100 chilometri sotto la superficie. Quest'ultimo potrebbe ospitare vita extraterrestre , anche se questo è considerato meno probabile che per l'Europa.
La superficie di Callisto è molto craterizzata - è una delle lune con più crateri del Sistema Solare - antichissima e non mostra alcuna traccia di attività tettonica, presentando in particolare un bacino largo 3.000 km chiamato Valhalla probabilmente risalente alla formazione del crosta del satellite. Inoltre, è meno influenzato dalla magnetosfera di Giove rispetto ad altri satelliti interni perché è più lontano dal pianeta, il che implica che è stato considerato il corpo più adatto per allestire una base umana per l'esplorazione del sistema gioviano. La luna è circondata da una sottilissima atmosfera composta principalmente da anidride carbonica e probabilmente ossigeno molecolare , nonché da un ionosfera .
Questa tabella è formata dai dati forniti dalla NASA nel suo Giovian Satellite Fact Sheet . La dimensione delle immagini è sulla rispettiva scala delle lune.
Io Giove I |
Europa Giove II |
Ganimede Giove III |
Callisto Giove IV |
|
---|---|---|---|---|
Fotografia (di Galileo ) |
||||
Modello interno | ||||
Raggio medio (km) |
1,821,5 | 1,560,8 | 2,631.2 | 2410.3 |
Massa (kg) |
8,932 × 10 22 | 4,8 × 10 22 | 1.482 × 10 23 | 1.076 × 10 23 |
Densità (g / cm 3 ) |
3.530 | 3.010 | 1.940 | 1.830 |
Semiasse maggiore (km) |
421.800 | 671,100 | 1.070.400 | 1 882 700 |
Periodo orbitale (giorni terrestri) |
1.769.138 | 3.551.181 | 7.154 553 | 16.689.017 |
Periodo orbitale (relativo a Io) |
1 | 2.0 | 4.0 | 9.4 |
Inclinazione dell'asse (gradi) |
0.04 | 0,47 | 0,44 | 0.19 |
Eccentricità orbitale | 0.004 | 0.009 | 0.001 | 0.007 |
Gli scorci riportati dalle sonde hanno rivelato l'inaspettata diversità dei satelliti di Giove e Saturno. All'inizio degli anni 2000, nonostante vi fosse consenso sul ruolo di alcuni parametri, questa “straordinaria varietà la cui origine è ancora del tutto sconosciuta” ha alimentato diverse teorie. Ancor più delle loro caratteristiche geologiche individuali, la spiegazione della composizione molto diversa di ogni luna rimane oggetto di ricerca dinamica.
Luna | rem / giorno |
---|---|
io | 3600 |
Europa | 540 |
Ganimede | 8 |
Callisto | 0.01 |
L'osservazione delle fluttuazioni nelle orbite dei satelliti galileiani indica che la loro densità media diminuisce con la distanza da Giove. Callisto, la più esterna e la meno densa delle quattro lune, ha quindi una densità intermedia tra ghiaccio e roccia mentre Io, la luna più interna e più densa, ha una densità intermedia tra roccia e ferro. Inoltre, Callisto mostra una superficie di ghiaccio molto antica, fortemente craterizzata e inalterata. La sua densità è uniformemente distribuita, suggerendo che non ha un nucleo roccioso o metallico ma è costituito da una miscela omogenea di roccia e ghiaccio. Potrebbe essere la struttura originale di tutte le lune.
La rotazione delle tre lune interne, invece, indica una differenziazione dei loro interni con materiale più denso al centro. Rivelano anche una significativa alterazione della superficie. Ganimede mostra tracce della passata attività tettonica della superficie del ghiaccio, compreso lo scioglimento parziale degli strati sotterranei. L'Europa rivela un movimento più dinamico e recente, suggerendo una crosta di ghiaccio più sottile e un movimento analogo alla tettonica a zolle ancora attiva. Infine, Io, la luna più interna, ha una superficie sulfurea, vulcanismo attivo e nessun segno di ghiaccio.
Tutto ciò suggerisce che più una luna è vicina a Giove, più caldo è il suo interno. Il modello attuale è che le lune sperimentano il riscaldamento di marea dovuto al campo gravitazionale di Giove, in proporzione inversa al quadrato della loro distanza dal pianeta gigante, a causa delle loro orbite non circolari. In tutti i casi, tranne quello di Callisto che non è differenziato , avrà sciolto il ghiaccio interno e permesso alla roccia e al ferro di affondare verso l'interno e all'acqua di ricoprire la superficie. Per Ganimede si formò quindi una crosta di ghiaccio spessa e solida. Nell'Europa più calda, si è formata una crosta più sottile e più facile da rompere. In Io, il riscaldamento è così estremo che tutta la roccia si è sciolta e l'acqua è evaporata, rendendo questa luna l'oggetto celeste con meno acqua nel Sistema Solare.
I quattro satelliti galileiani sono i satelliti più grandi sistema gioviano : il 5 ° più grande luna del sistema, Amalthea , ha dimensioni di soli 125 × 73 × 64 km , dove Europa - la più piccola delle lune galileiane - ha un altro raggio medio di dieci volte più grande, 1.561 km . Sono anche gli unici satelliti di Giove abbastanza grandi da avere una forma sferica e non irregolare. I satelliti galileiani rappresentano il 99,997 % della massa in orbita attorno a Giove.
Per fare un confronto, Ganimede , il più grande di tutti i satelliti naturali del Sistema Solare , è significativamente più grande di Mercurio e misura quasi tre quarti del diametro di Marte . Nell'intero Sistema Solare, solo Titano , Tritone e la Luna hanno dimensioni paragonabili alle lune galileiane.
Le lune galileiane hanno orbite debolmente eccentriche (meno di 0,009) e leggermente inclinate rispetto all'equatore di Giove (meno di 0,74°). Io, il più vicino, si trova a 421.800 km da Giove, poco meno di sei volte il raggio del pianeta. Callisto, il più distante, ha un semiasse maggiore pari a 1.882.700 km , ovvero 26 raggi gioviani.
Le orbite di Io, Europa e Ganimede, le tre lune più interne, presentano un particolare tipo di risonanza orbitale , detta risonanza di Laplace: i loro periodi orbitali sono in rapporto 1: 2: 4, vale a dire che l'Europa impiega il doppio del tempo Io per percorrere la sua orbita e Ganimede quattro volte più a lungo. Anche le loro fasi orbitali sono collegate e impediscono il verificarsi di una tripla congiunzione . Più precisamente, la relazione tra le longitudini dei tre satelliti è data da :, dov'è la librazione , i satelliti non essendo esattamente in risonanza.
Callisto, più distante, non è in risonanza con le altre lune. Inoltre, gli altri satelliti naturali di Giove avendo una massa molto inferiore ed essendo relativamente lontani dai satelliti galileiani, la loro influenza sulle orbite è trascurabile.
Si ipotizza che i satelliti regolari di Giove - di cui fanno parte i satelliti galileiani - siano formati da un disco circumstellare , un anello di gas di accrescimento e detriti solidi attorno a Giove simile a un disco protoplanetario . Tuttavia, non esiste un chiaro consenso sul meccanismo di formazione dei satelliti.
Le simulazioni suggeriscono che sebbene questo disco avesse una massa relativamente elevata in un punto, nel tempo una frazione sostanziale (diversi decimi di punto percentuale) della massa di Giove catturata nella nebulosa solare sarebbe passata attraverso di esso. Tuttavia, un disco con una massa di solo il 2% di quella di Giove è sufficiente per spiegare la presenza dei satelliti esistenti, e in particolare l'esistenza dei satelliti galileiani che costituiscono l'estrema maggioranza della massa orbitante intorno a Giove.
Quindi, un primo modello suggerisce che ci sarebbero state diverse generazioni di satelliti di massa paragonabile ai satelliti galileiani all'inizio della storia di Giove. Ogni generazione di lune avrebbe sperimentato una rotazione a spirale verso Giove, a causa della resistenza del disco, prima di disintegrarsi una volta situata all'interno del limite di Roche del pianeta. Nuove lune si sarebbero quindi formate da altri detriti catturati nella nebulosa. Quando si formò l'attuale generazione, il disco era assottigliato al punto da non interferire più fortemente con le orbite delle lune. Inoltre, se le lune sono sempre rallentate da un trascinamento, sono anche protette dalla risonanza di Laplace che fissa le orbite di Io, Europa e Ganimede.
Tuttavia, un modello in competizione suggerisce che le lune si sarebbero formate lentamente dal disco protoplanetario e che non ci sarebbero state generazioni: le differenze da Io totalmente roccioso a Callisto composto da metà ghiaccio e roccia sarebbero dovute a questa lenta formazione, come così come la creazione della risonanza di Laplace.
Le quattro lune galileiane sarebbero abbastanza luminose da essere viste ad occhio nudo , se fossero più lontane da Giove. Quindi, la principale difficoltà nell'osservarli è che si trovano molto vicino al pianeta e quindi sommersi dalla sua luminosità, che è 200 volte maggiore della loro. La loro massima separazione angolare da Giove è compresa tra 2 e 10 minuti d'arco , vicino al limite della visione umana. Sono, tuttavia, distinguibili con binocoli a basso ingrandimento.
Questa difficoltà di osservazione ad occhio nudo porta alcuni astronomi a mettere in dubbio l'affermazione che Gan De potesse vedere le lune più di due millenni prima dell'invenzione degli occhiali astronomici e dei telescopi . Tuttavia, dal XIX ° secolo , Simon Newcomb sostiene che una combinazione di Ganimede e Callisto opposizione potrebbe aiutare a superare l'abbagliamento da Giove. Tuttavia, ciò richiederebbe un'acuità visiva molto buona e i rischi di un falso positivo sono troppo alti perché ciò possa essere generalmente confermato.
Quando le lune passano tra Giove e la Terra, si verifica un transito . Anche le lune, in particolare Ganimede per le sue maggiori dimensioni, proiettano ombre sul pianeta, visibili con un telescopio. I doppi transiti - due lune simultaneamente in transito oltre Giove - si verificano una o due volte al mese. Un triplo transito, come quello osservato da Hubble of Europe, Callisto e Io the24 gennaio 2015, accade solo una o due volte ogni decennio. A causa della risonanza orbitale delle tre lune galileiane interne, tuttavia, è impossibile osservare un transito quadruplo.
Luna |
Magnitudine apparente in opposizione |
Albedo geometrico | Massima separazione dall'opposizione |
---|---|---|---|
io | 5,02 ± 0,03 | 0,63 ± 0,02 | 2'27" |
Europa | 5,29 ± 0,02 | 0,67 ± 0,03 | 3'54" |
Ganimede | 4,61 ± 0,03 | 0,43 ± 0,02 | 6'13" |
Callisto | 5.65 ± 0.10 | 0,17 ± 0,02 | 10'56" |
Grazie ai miglioramenti apportati da Galileo al suo telescopio astronomico , raggiungendo un ingrandimento di 20, riuscì ad osservare gli oggetti celesti in modo più nitido di quanto fosse possibile in precedenza, anche osservandone di nuovi come i satelliti galileiani.
il 7 gennaio 1610, Galileo scrive una lettera citando l'osservazione all'Università di Padova di tre stelle fisse vicino a Giove con il suo telescopio astronomico. Ne osservò poi solo tre: non riuscì così a distinguere Io e l' Europa a causa della bassa potenza del suo telescopio e le due stelle furono quindi registrate come un unico punto di luce. Il giorno dopo li vede per la prima volta come corpi separati: il8 gennaio 1610è quindi considerata la data di scoperta dell'Europa e di Io da parte dell'IAU . Continua regolarmente le sue osservazioni fino a quandomarzo 1610, data in cui pubblica a Venezia Sidereus nuncius ("il Messaggero stellare") in cui conclude che questi corpi non sono stelle fisse ma oggetti celesti che orbitano attorno a Giove.
Questi sono i primi satelliti naturali scoperti in orbita attorno a un pianeta diverso dalla Terra . Queste stelle, anche le prime ad essere scoperte con uno strumento e non ad occhio nudo, dimostrano che il telescopio astronomico e poi i telescopi hanno un reale interesse per gli astronomi permettendo loro di osservare nuovi oggetti celesti. Inoltre, la scoperta di oggetti in orbita attorno a un pianeta diverso dalla Terra fornisce prove molto importanti che invalidano il geocentrismo . Se Sidereus nuncius non menziona esplicitamente il modello eliocentrico promosso da Niccolò Copernico , sembra che Galileo sarebbe stato un sostenitore di questa teoria.
Xi Zezong, storico dell'astronomia, sostiene che l'astronomo cinese Gan De abbia osservato una "stella rossa" vicino a Giove nel 362 a.C. dC , che potrebbe essere Ganimede . Gli astronomi infatti difendono che le lune galileiane possono essere distinte ad occhio nudo, durante il loro massimo allungamento e in condizioni di osservazione eccezionali. Se confermato, potrebbe precedere la scoperta di Galileo di quasi due millenni. Tuttavia, questo è rifiutato da alcuni astronomi perché le lune galileiane sono troppo annegate nel bagliore di Giove per essere osservabili ad occhio nudo, per di più quando la loro esistenza viene ignorata.
Nel 1614, nel suo Mundus Iovialis anno M.DC.IX Detectus Ope Perspicilli Belgici ( Il mondo gioviano scoperto nel 1609 grazie al telescopio belga ), l'astronomo tedesco Simon Marius afferma di aver scoperto questi oggetti alla fine del 1609, alcuni settimane prima di Galileo. Quest'ultimo mette in dubbio questa affermazione nel 1623 e respinge l'opera di Marius come plagio, accuse alle quali non può rispondere perché muore poco dopo. In definitiva, la paternità della scoperta dei satelliti è attribuita a chi per primo ha pubblicato il suo lavoro, spiegando che Galileo è l'unico accreditato. Tuttavia, se la reputazione di Marius è rovinata da queste accuse di plagio, gli astronomi come Oudemans credono che avesse la capacità di fare questa scoperta dalla sua parte contemporaneamente. Inoltre, Simon Marius fu il primo a pubblicare tavole astronomiche dei movimenti dei satelliti, nel 1614.
Galileo essendo stato dal 1605 al 1608 tutore di Cosimo II de Medici - nel frattempo divenuto Granduca di Toscana nel 1609 -, cerca di sfruttare questa scoperta per guadagnarsi i suoi favori e divenire suo mecenate . Così, poco dopo la sua scoperta, scrisse al segretario del Granduca:
"Dio mi ha benedetto per poter, con un segno così singolare, rivelare al mio Signore la mia devozione e il desiderio che il suo nome glorioso viva come uguale tra le stelle, e poiché spetta a me, il primo scopritore, nominare questi nuovi pianeti, desidero, ad imitazione dei grandi saggi che hanno posto gli eroi più eccellenti di questo tempo tra le stelle, registrarli a nome di Sua Altezza Serenissima il Granduca. "
- Galileo, il 13 febbraio 1610
Chiede anche se le stelle debbano essere chiamate Cosmica Sidera (in francese : "stelle cosmiche") dopo il solo Cosme, o Medicea Sidera (in francese : "stelle medicate"), che onorerebbero i quattro fratelli di casa Medici (Cosme, Francesco, Carlo e Lorenzo). Il segretario, secondo il parere di Cosimo II, risponde che la seconda proposta è la migliore.
il 19 marzo, invia al Granduca il telescopio con cui osservava per la prima volta le lune di Giove con una copia del suo Sidereus Nuncius dove, su consiglio del segretario, nomina le quattro lune Medicea Sidera . Nell'introduzione a questa pubblicazione scrive anche:
“Non appena le grazie immortali della tua anima hanno cominciato a risplendere sulla terra, le stelle lucenti si offrono nei cieli che, come lingue, parleranno e celebreranno per sempre le tue più eccellenti virtù. Ecco allora quattro stelle riservate al tuo illustre nome (...) che (...) compiono i loro viaggi e orbitano con velocità meravigliosa intorno alla stella di Giove (...) come figli della stessa famiglia. (...) Sembra infatti che lo stesso Creatore delle Stelle, con chiari argomenti, mi abbia esortato a chiamare questi nuovi pianeti con il nome illustre di Vostra Altezza prima di tutti gli altri. "
- Galileo, Sidereus Nuncius
Tra gli altri nomi proposti, troviamo Principharus , Victipharus , Cosmipharus e Ferdinandipharus , in onore dei quattro fratelli Medici, nomi che Giovanni Hodierna , discepolo di Galileo e autore delle prime effemeridi ( Medicaeorum Ephemerides , 1656), usa. Johannes Hevelius li chiama Circulatores Jovis o Jovis Comites , e Jacques Ozanam Gardes o Satellites (dal latino satelles, satelliti : “escort” ). Nicolas-Claude Fabri de Peiresc , da parte sua, dà loro i seguenti nomi in ordine di distanza da Giove: Cosimo il Giovane , Cosimo il Vecchio , Maria e Caterina .
Tuttavia, sebbene Simon Marius non sia accreditato per la scoperta dei satelliti galileiani, sono i nomi che diede loro che rimangono nei posteri. Nella sua pubblicazione del 1614, Mundus Jovialis , propose diversi nomi alternativi per la luna più vicina a Giove come " Mercurio di Giove" e "il primo pianeta gioviano" e fece lo stesso per i successivi. Sulla base di un suggerimento di Johannes Kepler inottobre 1613, progetta anche uno schema di denominazione in base al quale ogni luna prende il nome da un'amante o amante del dio greco Zeus (il suo equivalente romano è Giove ). In ordine di distanza dal pianeta, li nomina quindi Io , Europa , Ganimede e Callisto , scrivendo:
“I poeti rimproverano a Giove i suoi amori irregolari. Tre giovani ragazze sono menzionate specialmente come corteggiate con successo da Giove. Io, figlia dell'Inachos, Callisto di Licaone, Europa di Agenore. Vi è poi Ganimede, il bel figlio del re Tros, che Giove, avendo preso la forma di un'aquila, porta al cielo sul dorso, come narrano favolosamente i poeti, e in particolare Ovidio. Quindi penso che non avrò torto se il Primo è chiamato da me Io, il Secondo Europa, il Terzo, per la maestà della sua luce, Ganimede, il Quarto Callisto. "
- Simon Marius, Mundus Jovialis
Galileo si rifiuta di utilizzare i nomi proposti da Marius e inventa quindi il sistema di numerazione permanente che viene utilizzato ancora oggi, in parallelo con i nomi propri. La numerazione inizia con la luna più vicina a Giove: I per Io, II per Europa, III per Ganimede e IV per Callisto. Galileo usa questo sistema nei suoi quaderni. Una delle ragioni addotte per la non adozione dei nomi propri proposti da Galileo è che gli astronomi inglesi e francesi, che non avevano lo stesso rapporto con la famiglia Medici, credevano che le lune appartenessero più a Giove che ai principi viventi.
I nomi dati da Simon Marius cominciano ad essere ampiamente utilizzato fino secoli più tardi, nel XX ° secolo . In gran parte della precedente letteratura astronomica, le lune erano generalmente indicate con la loro designazione numerica romana , ad esempio con Io come "Giove I" o come "primo satellite di Giove" . Questa popolarità perdere dopo la scoperta dei satelliti con orbite più interne, come Amalthea nel 1892, e molti nuovi satelliti di Giove agli inizi del XX ° secolo.
Galileo sviluppò intorno al 1612 un metodo per determinare la longitudine basato sulla sincronizzazione delle orbite delle lune galileiane con le effemeridi . Pertanto, i tempi delle eclissi lunari - molte delle quali si verificano ogni giorno sulla Terra - possono essere calcolati con precisione in anticipo e confrontati con osservazioni locali a terra o su una barca per determinare l'ora locale e quindi la longitudine .
Il metodo richiede un telescopio perché le lune non sono visibili ad occhio nudo. Tuttavia, il problema principale con questa tecnica è che è difficile osservare le lune galileiane utilizzando un telescopio su una nave in movimento, problema che Galileo cerca di risolvere con l'invenzione del celatone , un dispositivo in movimento . telescopio.
Per consentire la determinazione del tempo dalle posizioni delle lune osservate, viene proposto un dispositivo chiamato giovilabio : si tratta di un computer analogico che dà il giorno e l'ora dalle posizioni osservate delle lune e che prende il nome delle sue somiglianze con un astrolabio . I problemi pratici rimangono grandi e questo metodo alla fine non viene mai utilizzato in mare.
Al contrario, a terra, questo metodo è utile e preciso. Uno dei primi esempi è la misura della longitudine del sito del vecchio osservatorio di Tycho Brahe sulla isola di Hven , grazie alle tavole delle eclissi pubblicati nel 1668 da Jean-Dominique Cassini . Così, questi ultimi facendo osservazioni a Parigi e Jean Picard su Hven nel 1671 e nel 1672, riescono ad ottenere un valore di 42 minuti 10 secondi ad est di Parigi, corrispondente a 10 ° 32 ′ 30 ″ , ovvero circa 12 minuti d'arco (1/ 5°) più del valore esatto. Inoltre, questo metodo viene utilizzato dagli stessi due astronomi per mappare la Francia .
Nel 1690 furono pubblicate in Connaissance des temps tavole più precise delle eclissi di Io , la precisione delle effemeridi venne progressivamente migliorata nel secolo successivo, in particolare da Giacomo Filippo Maraldi , James Bradley e Pehr Wilhelm Wargentin .
Per i successivi due secoli e mezzo, i satelliti rimasero punti luminosi irrisolti con una magnitudine apparente di circa 5 in contrasto con i telescopi degli astronomi. Nel XVII th satelliti secolo Galileo vengono utilizzati per convalidare la terza legge di Keplero del moto planetario o determinare il tempo richiesto per la luce per viaggiare tra Giove e Terra. Grazie alle effemeridi prodotte da Jean-Dominique Cassini, Pierre-Simon de Laplace crea una teoria matematica per spiegare la risonanza orbitale di Io, Europa e Ganimede, che si traduce in migliori previsioni delle orbite delle lune. In seguito si scoprì che questa risonanza aveva un profondo effetto sulle geologie delle tre lune.
Progressi telescopi alla fine del XIX ° secolo consentire astronomi di risolvere le grandi caratteristiche della superficie di Io, tra gli altri. Negli anni 1890, Edward E. Barnard fu il primo ad osservare variazioni nella luminosità di Io tra le sue regioni equatoriali e polari, deducendo correttamente che erano dovute a differenze di colore e albedo tra queste due regioni, e non a un'ipotetica forma a uovo del satellite, come proposto da William Pickering , o due oggetti separati, come inizialmente pensato dallo stesso Barnard.
Osservazioni telescopiche della metà del XX ° secolo, utilizzati per ottenere informazioni sulle lune. Ad esempio, osservazioni spettroscopiche suggeriscono che la superficie di Io sia vergine di ghiaccio d' acqua , sostanza presente in grandi quantità su altri satelliti galileiani.
A partire dagli anni '70, la maggior parte delle informazioni sulle lune lunari è ottenuta attraverso l' esplorazione dello spazio . Tuttavia, in seguito alla distruzione programmata di Galileo in atmosfera di Giove insettembre 2003, nuove osservazioni arrivano dai telescopi terrestri. In particolare, l'ottica adattiva di imaging dal Keck Telescope in Hawaii e di imaging dal telescopio spaziale Hubble permettono di monitorare le lune, anche senza un veicolo spaziale nel sistema gioviano .
L' esplorazione spaziale delle lune galeane inizia con i sorvoli delle sonde spaziali della NASA Pioneer 10 e Pioneer 11 , rispettivamente nel 1973 e nel 1974. Le due sonde passano a poca distanza da Giove e da alcune sue lune, scattando le prime foto dettagliate di questi corpi celesti, queste rimanendo però a bassa risoluzione.
Forniscono dati scientifici che consentono lo studio delle lune con, ad esempio, per Io un miglior calcolo della sua densità e la scoperta di un'atmosfera sottile o per Ganimede una determinazione più precisa delle sue caratteristiche fisiche e le prime immagini dei suoi elementi. superficie.
Programma VoyagerIl sistema gioviano è stato nuovamente pilotato nel 1979 dalle sonde gemelle Voyager 1 e Voyager 2 , il loro sistema di imaging più avanzato che fornisce immagini molto più dettagliate.
I numerosi strumenti trasportati da queste sonde spaziali, uniti alle 33.000 foto scattate, consentono di effettuare uno studio approfondito delle lune galileiane e portano in particolare alla scoperta del vulcanismo su Io , i primi vulcani attivi scoperti su un altro corpo del Sistema Solare rispetto alla Terra. Sulla scia di Io, viene rilevato un toro di plasma che gioca un ruolo importante nella magnetosfera di Giove .
Forniscono immagini più dettagliate della giovane superficie ghiacciata dell'Europa, suggerendo un'attività tettonica in corso. Queste immagini portano anche molti scienziati a speculare sulla possibilità di un oceano liquido sotterraneo. Forniscono dettagli sulle dimensioni di Ganimede, rivelando che è in effetti maggiore di quella di Titano , il che consente di riclassificarlo come il più grande satellite naturale del Sistema Solare. Più della metà della superficie di Callisto è fotografata con una risoluzione di 1-2 km con misurazioni precise della sua temperatura, massa e forma.
GalileoLa sonda spaziale Galileo arriva nel sistema gioviano indicembre 1995dopo un viaggio di sei anni dalla Terra per seguire le scoperte delle due sonde Voyager e le osservazioni al suolo effettuate negli anni intercorsi.
Risultati significativi si ottengono per Io, con l'identificazione del suo grande nucleo ferroso simile a quello che si trova nei pianeti terrestri del Sistema Solare Interno e lo studio delle sue eruzioni regolari che mostrano una superficie che si evolve con il sorvolo. Molti sorvoli ravvicinati dell'Europa vengono effettuati durante la "Missione Galileo Europa" e la "Missione Galileo Millennium" , con l'obiettivo dello studio chimico dell'Europa fino alla ricerca di vita extraterrestre nel suo oceano subglaciale . Il campo magnetico di Ganimede è stato scoperto nel 1996 e il suo oceano subglaciale nel 2001. La sonda conclude finalmente il lavoro di fotografare l'intera superficie di Callisto e scatta foto con una risoluzione fino a 15 metri.
La missione Galileo è stata prorogata due volte, nel 1997 e nel 2000, ed è durata complessivamente otto anni. Al termine della missione Galileo , la NASA dirige la sonda su Giove per la distruzione controllata il 21 settembre 2003 . Questa è una precauzione per evitare che la sonda, a priori non sterile , colpisca l'Europa futura e la contamini con microrganismi terrestri.
Nuovi orizzontiLa sonda spaziale New Horizons , in rotta verso Plutone e la fascia di Kuiper , sorvola il sistema gioviano su28 febbraio 2007per una manovra di assistenza gravitazionale . Le fotocamere New Horizons fotografano le eruzioni dei vulcani di Io e più in generale riprendono dettagliati delle lune galileiane. Queste foto consentono di realizzare mappe topografiche dell'Europa e di Ganimede.
GiunoneNel 2011, la NASA ha lanciato la sonda Juno nell'ambito del programma New Frontiers , il cui obiettivo è quello di effettuare uno studio dettagliato della struttura interna di Giove da un'orbita polare rasando periodicamente la sua superficie. La sonda spaziale entra in orbita inluglio 2016con un'orbita molto ellittica , con un periodo di 14 giorni , che evita in gran parte la fascia di radiazione planetaria molto intensa della sonda , che potrebbe danneggiarla. Questa orbita, tuttavia, mantiene Giunone fuori dai piani orbitali delle lune galileiane. Pertanto, lo studio delle lune non è la priorità, ma i dati vengono comunque raccolti quando è il momento giusto.
Jupiter Icy Moon Explorer ( JUICE ) è una missione pianificata dell'Agenzia spaziale europea nell'ambito del programma spaziale scientifico Cosmic Vision verso il sistema gioviano che dovrebbe essere collocato successivamente nell'orbita di Giove e Ganimede. Questa è la prima missione su un pianeta del sistema solare esterno non sviluppato dalla NASA. Il lancio di JUICE è previsto per il 2022, con un arrivo stimato su Giove aottobre 2029grazie all'assistenza gravitazionale della Terra e di Venere .
JUICE deve studiare nel volo ripetutamente tre lune ghiacciate di Giove , vale a dire Callisto , Europa e Ganimede , prima di entrare in orbita nel 2032 attorno a quest'ultimo per ulteriori studi da completare nel 2033.
Europa Clipper (2025)Europa Clipper è una missione pianificata della NASA nel sistema gioviano, incentrata sull'Europa . Il lancio della sonda è previsto per il 2025 con arrivo su Giove alla fine del 2020 o all'inizio del 2030, a seconda del lanciatore scelto.
Si tratta di una sonda spaziale di oltre 3 tonnellate che trasporta diversi strumenti, tra cui un radar che consente di sondare l'oceano sotto il ghiaccio, di indagare sull'abitabilità della luna e di aiutare a selezionare i siti per un futuro lander . Dopo un transito di oltre 6 anni , ricorrendo all'assistenza gravitazionale di Venere e della Terra, la sonda spaziale deve essere posta in orbita attorno a Giove. La parte scientifica della missione comprende 45 sorvoli dell'Europa, in un periodo di 3,5 anni.
I satelliti galileiani, sono un ambiente favorevole alla fantascienza fin dall'inizio del XX ° secolo , tra gli altri, The Mad luna (1935) di Stanley G. Weinbaum Io o Redemption Cairn (1936) di Stanley G. Weinbaum per l'Europa. La natura della superficie della luna lascia sempre spazio per la speculazione, come nel disegno qui sotto contro in un libro di astronomia russa 1903. Più tardi, intorno alla metà del XX ° secolo, la possibilità di alieno vita su queste lune ispira gli autori e progettisti di riviste pulp come Amazing Stories o Fantastic Adventures .
Isaac Asimov immagina un'atmosfera favorevole alla vita su Callisto in Dangereuse Callisto (1940). Robert A. Heinlein incentra l'azione su Ganimede in Apple Trees in the Sky (1953) ed evoca una terraformazione di Callisto. Le lune galileiane sono citate in altri romanzi dell'autore, come Double Étoile (1956) o Le Ravin des ténèbres (1970) .
Grazie alle informazioni fornite da varie missioni di esplorazione spaziale , la rappresentazione dei satelliti galileiani si sta evolvendo. Di Arthur C. Clarke 2010 romanzo : Odyssey Two (1982), per esempio, è spesso indicato come più famoso d'Europa sci-fi rappresentazione , con gli astronauti che volano sopra la ricezione del messaggio enigmatica: ". Non tentare un atterraggio qui” (In Italiano : Tentativo di non atterrare lì ). Questo segno di vita immaginario segue quindi le informazioni reali della scoperta di una geologia attiva sulla luna e questa citazione è anche regolarmente utilizzata negli articoli di stampa che trattano della luna. Il suo sequel, 2061: Odyssey Three (1987) è incentrato su Ganimede. Le lune galileiane nel loro insieme sono in particolare l'ambientazione principale del Sogno di Galileo (2009) di Kim Stanley Robinson dove, come in 2312 (2012) dello stesso autore, la superficie vulcanica di Io è ad esempio trascritta e svolge un ruolo la trama.
Al cinema vengono realizzati vari film incentrati sulle lune come, tra gli altri, Outland... Far from the Earth (1981) di Peter Hyams , Europa Report (2013) di Sebastián Cordero o Io (2019) di Jonathan Helpert . Ganymède, invece, è un set della serie The Expanse (2017).
Infine, i satelliti galileiani, ognuno con un aspetto caratteristico, sono comuni decorazioni livelli di azione di gioco come Halo (2001), Call of Duty: Warfare Infinite (2016) o Destiny 2 (2017) .
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