Satélites galileanos

Los satélites galileanos , o lunas galileanas , son los cuatro satélites naturales más grandes de Júpiter . En orden de distancia del planeta, son Io , Europa , Ganímedes y Calisto . Son observados por primera vez por Galileo enEnero 1610gracias a la mejora de su telescopio astronómico y su descubrimiento se publica en Sidereus nuncius enMarzo 1610. Se trata entonces de los primeros satélites naturales descubiertos en órbita alrededor de un planeta distinto a la Tierra , lo que cuestiona enormemente el modelo geocéntrico defendido por muchos astrónomos de la época y prueba la existencia de objetos celestes invisibles a la Tierra a simple vista .

Estos satélites se encuentran entre los objetos más grandes del Sistema Solar con la excepción del Sol y los ocho planetas , todos los cuales son más grandes que los planetas enanos . En particular, Ganímedes es la luna más grande y masiva del Sistema Solar, superando en tamaño al planeta Mercurio . También son las únicas lunas de Júpiter lo suficientemente masivas como para ser esféricas. Además, las tres lunas interiores, Io, Europa y Ganímedes, son el único ejemplo conocido de resonancia de Laplace  : los tres cuerpos están en resonancia orbital 4: 2: 1.

Si Galileo los nombra inicialmente Medicea Sidera (en francés  : "estrellas de Medici") en honor a la casa de Medici , los nombres que entran en la posteridad son los elegidos por Simon Marius - quien también reclamó la paternidad del descubrimiento de las lunas - basado por sugerencia de Johannes Kepler . Estos nombres corresponden a personajes de la mitología griega , amantes y amantes de Zeus ( Júpiter en la mitología romana ), es decir, respectivamente , Io , sacerdotisa de Hera e hija de Inacho  ; Europa , hija de Agénor  ; Ganimedes , copero de los dioses; y Calisto , una ninfa de Artemisa .

Representando el 99,997% de la masa que orbita Júpiter, siguieron siendo las únicas lunas conocidas del planeta durante casi tres siglos hasta el descubrimiento en 1892 de la quinta más grande, Amaltea , cuyo diámetro era mucho menor.

Descripción de las lunas

Io

Io es la luna de Galilea con la órbita más cercana a Júpiter , que tiene un eje semi-mayor de 421,800  kilómetros y un período de revolución de aproximadamente 42 horas. Además, es la cuarta luna más grande del Sistema Solar , por su diámetro promedio de 3.643  km - mientras que es la segunda más pequeña de las lunas galileanas -, la más densa de ellas y el objeto astronómico conocido que contiene la menor cantidad de agua .

Con más de 400  volcanes activos, Io es también el objeto geológicamente más activo del Sistema Solar . Esta actividad geológica extrema es el resultado de un calentamiento de las mareas debido a la fricción generada en el interior de la Luna por sus interacciones gravitacionales con Júpiter , consecuencia de su órbita mantenida ligeramente excéntrica por su resonancia orbital con Europa y Ganímedes . Estos volcanes producen columnas de azufre y dióxido de azufre que se elevan varios cientos de kilómetros sobre la superficie y luego cubren las vastas llanuras de la luna con una capa helada de material, la pintan en varios tonos de colores. Los materiales producidos por este vulcanismo constituyen por un lado la atmósfera fina y desigual de Io, y por otro lado producen un gran toro de plasma alrededor de Júpiter debido a su interacción con la magnetosfera del planeta .

Esta zona también está salpicada de más de 100  montañas que se elevan por fenómenos tectónicos en la base de la corteza de silicato . Algunos de estos picos son más altos que el Monte Everest , a pesar de que el radio de Io es 3,5 veces más pequeño que el de la Tierra y casi igual al de la Luna . A diferencia de la mayoría de las lunas del Sistema Solar Exterior , que en su mayoría están formadas por hielo de agua , Io está formado por rocas de silicato que rodean un núcleo de hierro fundido o pirita .

Europa

Europa es la segunda luna galilea por distancia de Júpiter, tiene un semi- eje mayor de 671.100 kilómetros, y la más pequeña de las cuatro con un diámetro de 3.122  km , lo que la convierte en la sexta luna más grande del Sistema solar , después de la Luna .

Se compone principalmente de roca de silicato y una costra de hielo de agua , así como probablemente un núcleo de hierro y níquel . Tiene una atmósfera muy fina , compuesta principalmente de oxígeno . Su superficie presenta en particular estrías y fisuras glaciares llamadas líneas, pero pocos cráteres de impacto , lo que la compara con las regiones polares de la Tierra.

Tiene la superficie más suave de todos los objetos celestes conocidos en el Sistema Solar . Esta joven superficie -con una edad estimada de 100 millones de años- y sin relieve asociado a la presencia de un campo magnético inducido lleva a la hipótesis de que, a pesar de una temperatura superficial máxima de 130  K  (−143  ° C ) , tendría un océano de agua subterránea, con una profundidad de alrededor de 100  km , un entorno propicio para la posible vida extraterrestre . El modelo predominante sugiere que el calentamiento de las mareas debido a su órbita ligeramente excéntrica , mantenida por su resonancia orbital con Io y Ganímedes, permite que el océano permanezca líquido y resultaría en un movimiento del hielo similar a la tectónica de placas , la primera actividad de este tipo observada en un objeto que no sea la Tierra . La sal observada con ciertas características geológicas sugiere que el océano interactúa con la corteza, proporcionando también una fuente de pistas para determinar si Europa podría ser habitable .

Además, el telescopio espacial Hubble detecta regularmente la emisión de columnas de vapor de agua similares a las que se ven en Encelado , una luna de Saturno , que se dice que son causadas por géiseres en erupción.

Ganimedes

Ganímedes , la tercera luna galilea por distancia de Júpiter con un eje semi-mayor de 1.070.400 kilómetros, es el satélite natural más grande y masivo del Sistema Solar, con un diámetro promedio de 5.262  km respectivamente , superior al 8% del planeta Mercurio.  - y una masa de 1,482 × 10 23  kg .

Es un cuerpo totalmente diferenciado , con un núcleo líquido rico en hierro y una corteza de hielo flotando sobre un manto de hielo más cálido. El hielo de la superficie estaría ubicado en un océano subglacial salado ubicado a 200  km de profundidad y que podría contener más agua que todos los océanos de la Tierra juntos. Dos tipos principales de tierra cubren su superficie: alrededor de un tercio de las regiones oscuras, plagadas de cráteres de impacto y con cuatro mil millones de años de antigüedad; y, para los dos tercios restantes, regiones más claras, un poco más jóvenes y con ranuras anchas. La causa de esta alteración geológica no se conoce bien, pero probablemente sea el resultado de la actividad tectónica causada por el calentamiento de las mareas y un cambio en el volumen de la luna durante su historia. La luna tiene muchos cráteres de impacto, pero muchos han desaparecido o son apenas visibles porque están cubiertos por el hielo que se forma arriba, entonces llamado palimpsesto .

Es el único satélite del Sistema Solar que se sabe que tiene una magnetosfera , probablemente creada por efecto dínamo con convección dentro del núcleo ferroso líquido. Su magnetosfera débil está comprendida dentro del campo magnético mucho más grande de Júpiter y está conectada a él por líneas de campo abierto. El satélite tiene una atmósfera fina que contiene en particular dioxígeno (O 2).

Calisto

Calisto es la luna galileana más lejana de Júpiter con un eje semi-mayor de 1,882,700 kilómetros, así como la segunda en tamaño con un diámetro promedio de 2,410  km , y por lo tanto la tercera luna más grande del Sistema Solar. Entre las lunas galileanas, es la menos densa de todas y la única que no está en resonancia orbital. Está compuesto aproximadamente por roca y hielo a partes iguales y, debido a la falta de calentamiento debido a las fuerzas de las mareas , solo estaría parcialmente diferenciado . Calisto podría tener un océano de agua líquida a más de 100 kilómetros por debajo de la superficie. Es probable que este último albergue vida extraterrestre , aunque esto se considera menos probable que en Europa.

La superficie de Calisto tiene muchos cráteres , es una de las lunas con más cráteres del Sistema Solar, extremadamente antigua y no muestra rastro de actividad tectónica, presentando en particular una cuenca de 3.000  km de ancho llamada Valhalla que probablemente data de la formación del corteza del satélite. Además, se ve menos afectado por la magnetosfera de Júpiter que otros satélites internos porque está más alejado del planeta, lo que implica que ha sido considerado el cuerpo más adecuado para establecer una base humana para la exploración del sistema joviano. La luna está rodeada por una atmósfera muy fina compuesta principalmente de dióxido de carbono y probablemente oxígeno molecular , así como por una ionosfera .

Tabla de resumen

Esta tabla está formada por datos proporcionados por la NASA en su Hoja de datos de satélites jovianos . El tamaño de las imágenes está en la escala respectiva de las lunas.

	Io Júpiter I	Europa Júpiter II	Ganimedes Júpiter III	Calisto Júpiter IV
Fotografía (por Galileo )
Modelo interior
Radio medio (km)	1.821,5	1.560,8	2.631,2	2410.3
Masa (kilogramo)	8,932 × 10 22	4,8 × 10 22	1.482 × 10 23	1.076 × 10 23
Densidad (g / cm 3 )	3,530	3.010	1.940	1.830
Semieje mayor (km)	421,800	671,100	1.070.400	1 882 700
Período orbital (días terrestres)	1,769,138	3,551,181	7.154 553	16.689.017
Período orbital (relativo a Io)	1	2.0	4.0	9.4
Inclinación del eje (grados)	0,04	0,47	0,44	0,19
Excentricidad orbital	0,004	0,009	0,001	0,007

Comparaciones

Estructuras

Los destellos reportados por las sondas revelaron la inesperada diversidad de los satélites de Júpiter y Saturno. A principios de la década de 2000, aunque había consenso sobre el papel de ciertos parámetros, esta “variedad extraordinaria cuyo origen aún se desconoce por completo” alimentó varias teorías. Incluso más que sus características geológicas individuales, la explicación de la composición muy diferente de cada luna sigue siendo un tema de investigación dinámica.

La observación de las fluctuaciones en las órbitas de los satélites galileanos indica que su densidad promedio disminuye con la distancia a Júpiter. Calisto, la más externa y menos densa de las cuatro lunas, tiene una densidad intermedia entre el hielo y la roca, mientras que Io, la luna más interna y más densa, tiene una densidad intermedia entre la roca y el hierro. Además, Calisto muestra una superficie de hielo muy antigua, con muchos cráteres e inalterada. Su densidad está uniformemente distribuida, lo que sugiere que no tiene un núcleo rocoso o metálico, sino que está formado por una mezcla homogénea de roca y hielo. Podría ser la estructura original de todas las lunas.

La rotación de las tres lunas interiores, por otro lado, indica una diferenciación de sus interiores con material más denso en el centro. También revelan una alteración significativa de la superficie. Ganímedes muestra rastros de actividad tectónica pasada de la superficie del hielo, incluido el derretimiento parcial de las capas subterráneas. Europa revela un movimiento más dinámico y reciente, lo que sugiere una corteza de hielo más delgada y un movimiento análogo a la tectónica de placas aún activa. Finalmente, Io, la luna más interna, tiene una superficie de azufre, vulcanismo activo y no hay señales de hielo.

Todo esto sugiere que cuanto más cerca está una luna de Júpiter, más cálido es su interior. El modelo actual es que las lunas experimentan un calentamiento de las mareas debido al campo gravitacional de Júpiter, en proporción inversa al cuadrado de su distancia al planeta gigante, debido a sus órbitas no circulares. En todos los casos, excepto el de Calisto que no está diferenciado , habrá derretido el hielo interior y habrá permitido que la roca y el hierro se hundan hacia adentro y el agua cubra la superficie. Para Ganímedes, se formó una gruesa y sólida corteza de hielo. En Europa más cálida, se formó una corteza más delgada y más fácil de romper. En Io, el calentamiento es tan extremo que toda la roca se derritió y el agua se evaporó, haciendo de esta luna el objeto celeste con menos agua del Sistema Solar.

Tamaños

Los cuatro satélites galileanos son los mayores satélites en el sistema de Júpiter  : la 5 ª  luna más grande en el sistema, Amaltea , tiene unas dimensiones de sólo 125 × 73 × 64  km , donde Europa - la más pequeña de las lunas de Galileo - tiene un mayor radio medio diez veces más grande, 1.561  km . También son los únicos satélites de Júpiter lo suficientemente grandes como para tener una forma esférica y no irregular. Los satélites galileanos representan el 99,997  % de la masa que orbita Júpiter.

En comparación, Ganímedes , el mayor de todos los satélites naturales del Sistema Solar , es significativamente más grande que Mercurio y mide casi tres cuartas partes del diámetro de Marte . En todo el Sistema Solar, solo Titán , Tritón y la Luna tienen dimensiones comparables a las lunas galileanas.

Órbitas

Las lunas galileanas tienen órbitas débilmente excéntricas (menos de 0,009) y ligeramente inclinadas con respecto al ecuador de Júpiter (menos de 0,74 °). Io, el más cercano, se encuentra a 421.800  km de Júpiter, un poco menos de seis veces el radio del planeta. Calisto, la más distante, tiene un semieje mayor igual a 1.882.700  km , o 26 rayos jovianos.

Las órbitas de Io, Europa y Ganímedes, las tres lunas más internas, presentan un tipo particular de resonancia orbital , llamada resonancia de Laplace: sus períodos orbitales están en una proporción de 1: 2: 4, es decir que Europa tarda el doble de tiempo que Io para recorrer su órbita y Ganímedes cuatro veces más. Sus fases orbitales también están vinculadas y evitan que ocurra una triple conjunción . Más precisamente, la relación entre las longitudes de los tres satélites viene dada por :, donde está la libración , los satélites no están exactamente en resonancia. λIo-3⋅λmitu+2⋅λGRAMOPara=180o+LAI{\ Displaystyle \ lambda _ {Io} -3 \ cdot \ lambda _ {Eu} +2 \ cdot \ lambda _ {Ga} = 180 ^ {o} + L_ {i}}LAI{\ Displaystyle L_ {i}}

Calisto, más distante, no está en resonancia con las otras lunas. Además, los otros satélites naturales de Júpiter, que tienen una masa mucho menor y están relativamente lejos de los satélites galileanos, su influencia en las órbitas es insignificante.

Capacitación

Se especula que los satélites regulares de Júpiter, de los cuales los satélites galileanos son parte, se formaron a partir de un disco circunestelar , un anillo de gas de acreción y escombros sólidos alrededor de Júpiter similar a un disco protoplanetario . Sin embargo, no existe un consenso claro sobre el mecanismo de formación de satélites.

Las simulaciones sugieren que aunque este disco tenía una masa relativamente alta en un punto, con el tiempo una fracción sustancial (varias décimas de porcentaje) de la masa de Júpiter capturada en la nebulosa solar habría pasado a través de él. Sin embargo, un disco con una masa de solo el 2% de la de Júpiter es suficiente para explicar la presencia de los satélites existentes y, en particular, la existencia de los satélites galileanos que constituyen la mayoría extrema de la masa que orbita alrededor de Júpiter.

Así, un primer modelo sugiere que habría habido varias generaciones de satélites de una masa comparable a los satélites galileanos en los inicios de la historia de Júpiter. Cada generación de lunas habría experimentado una rotación en espiral hacia Júpiter, debido al arrastre del disco, antes de desintegrarse una vez ubicada dentro del límite de Roche del planeta. Entonces se habrían formado nuevas lunas a partir de otros escombros capturados en la nebulosa. Cuando se formó la generación actual, el disco se adelgazó hasta el punto de que ya no interfirió fuertemente con las órbitas de las lunas. Además, si las lunas siempre se ralentizan por un arrastre, también están protegidas por la resonancia de Laplace que fija las órbitas de Io, Europa y Ganímedes.

Sin embargo, un modelo de la competencia sugiere que las lunas se habrían formado lentamente a partir del disco protoplanetario y que no habría habido generaciones: las diferencias de Io totalmente rocoso a Calisto, compuesto por medio hielo y roca, se deberían a esta lenta formación, como así como la creación de la resonancia de Laplace.

Observación

Las cuatro lunas galileanas serían lo suficientemente brillantes para ser vistas a simple vista , si estuvieran más lejos de Júpiter. Así, la principal dificultad para observarlos es que se encuentran muy cerca del planeta y por tanto sumergidos en su luminosidad, que es 200 veces mayor que la de ellos. Su separación angular máxima de Júpiter es de entre 2 y 10 minutos de arco , cerca del límite de la visión humana. Sin embargo, se pueden distinguir con binoculares de bajo aumento.

Esta dificultad de observación a simple vista lleva a algunos astrónomos a cuestionar la afirmación de que Gan De podía ver las lunas más de dos milenios antes de la invención de los anteojos y telescopios astronómicos . Sin embargo, desde el XIX °  siglo , Simon Newcomb argumenta que una combinación de Ganímedes y Calixto oposición podría ayudar a superar el brillo de Júpiter. Sin embargo, esto requeriría una agudeza visual muy buena , y los riesgos de un falso positivo son demasiado altos para que esto se confirme en general.

Cuando las lunas pasan entre Júpiter y la Tierra, se produce un tránsito . Las lunas, especialmente Ganimedes debido a sus mayores dimensiones, también proyectan sombras sobre el planeta, visibles con un telescopio. Los tránsitos dobles (dos lunas simultáneamente en tránsito por Júpiter) ocurren una o dos veces al mes. Un tránsito triple, como el observado por Hubble de Europa, Calisto e Io el24 de enero de 2015, solo ocurre una o dos veces por década. Sin embargo, debido a la resonancia orbital de las tres lunas galileanas internas, es imposible observar un tránsito cuádruple.

Historia de observaciones

Descubrimiento

Gracias a las mejoras realizadas por Galileo a su telescopio astronómico , alcanzando un aumento de 20, logró observar los objetos celestes con mayor nitidez de lo que era posible anteriormente, incluso observando nuevos como los satélites galileanos.

la 7 de enero de 1610, Galileo escribe una carta mencionando la observación en la Universidad de Padua de tres estrellas fijas cerca de Júpiter con su telescopio astronómico. Luego observó solo tres: por lo tanto, no pudo distinguir Io de Europa debido a la baja potencia de su telescopio y, por lo tanto, las dos estrellas se registraron como un solo punto de luz. Al día siguiente, los ve por primera vez como cuerpos separados: el8 de enero de 1610por lo tanto, se considera la fecha del descubrimiento de Europa e Io por parte de la IAU . Continúa sus observaciones con regularidad hastaMarzo 1610, fecha en la que publica en Venecia Sidereus nuncius ("el mensajero estelar") en la que concluye que estos cuerpos no son estrellas fijas sino de hecho objetos celestes que orbitan alrededor de Júpiter.

Estos son los primeros satélites naturales descubiertos en órbita alrededor de un planeta distinto de la Tierra . Estas estrellas, también las primeras en ser descubiertas utilizando un instrumento y no a simple vista, demuestran que el telescopio astronómico y luego los telescopios tienen un interés real para los astrónomos al permitirles observar nuevos objetos celestes. Además, el descubrimiento de objetos que orbitan alrededor de un planeta distinto de la Tierra proporciona una evidencia muy importante que invalida el geocentrismo . Si Sidereus nuncius no menciona explícitamente el modelo heliocéntrico promovido por Nicolás Copérnico , parece que Galileo habría sido un partidario de esta teoría.

Xi Zezong, historiador de la astronomía, defiende que el astrónomo chino Gan De observó una "pequeña estrella roja" cerca de Júpiter en el 362  a. C. AD , que podría haber sido Ganímedes . De hecho, los astrónomos defienden que las lunas galileanas se pueden distinguir a simple vista, durante su máxima elongación y en condiciones de observación excepcionales. Si se confirma, podría ser anterior al descubrimiento de Galileo en casi dos milenios. Sin embargo, esto es rechazado por algunos astrónomos porque las lunas galileanas están demasiado ahogadas en el resplandor de Júpiter para ser observadas a simple vista, más aún cuando se ignora su existencia.

En 1614, en su Mundus Iovialis anno M.DC.IX Detectus Ope Perspicilli Belgici ( El mundo joviano descubierto en 1609 gracias al telescopio belga ), el astrónomo alemán Simon Marius afirma haber descubierto estos objetos a finales de 1609, algunos semanas antes de Galileo. Este último pone en duda esta afirmación en 1623 y rechaza la obra de Marius como plagio, acusaciones a las que no puede responder porque muere poco después. En última instancia, la autoría del descubrimiento de los satélites se atribuye a quien publicó por primera vez su trabajo, lo que explica que Galileo es el único acreditado. Sin embargo, si la reputación de Marius se ve empañada por estas acusaciones de plagio, astrónomos como Oudemans creen que él tenía bastante capacidad para hacer este descubrimiento de su lado simultáneamente. Además, Simon Marius fue el primero en publicar tablas astronómicas de los movimientos de los satélites, en 1614.

Denominaciones

Galileo, que fue de 1605 a 1608 tutor de Cosme II de Medici , convirtiéndose mientras tanto en Gran Duque de Toscana en 1609, busca aprovechar este descubrimiento para ganarse sus favores y convertirse en su patrón . Así, poco después de su descubrimiento, escribió al secretario del Gran Duque:

"Dios me bendijo para poder, con tan singular signo, revelar a mi Señor mi devoción y el deseo de que su glorioso nombre viva como un igual entre las estrellas, y ya que es para mí, el primer descubridor, nombrar estos nuevos planetas, deseo, a imitación de los grandes sabios que colocaron a los héroes más excelentes de este tiempo entre las estrellas, registrarlos en el nombre de Su Serenísima Alteza el Gran Duque. "

- Galileo, el 13 de febrero de 1610

También pregunta si las estrellas deberían llamarse Cosmica Sidera (en francés  : "estrellas cósmicas") en honor a Cosme solo, o Medicea Sidera (en francés  : "estrellas medicadas"), que honraría a los cuatro hermanos de la casa de Medici. (Cosme, Francesco, Carlo y Lorenzo). El secretario, según opinión de Cosme II, responde que la segunda propuesta es la mejor.

la 19 de Marzo, envía al Gran Duque el telescopio que utilizó para observar las lunas de Júpiter por primera vez con una copia de su Sidereus Nuncius donde, siguiendo el consejo del secretario, nombra las cuatro lunas Medicea Sidera . En la introducción a esta publicación, también escribe:

“Tan pronto como las gracias inmortales de tu alma han comenzado a brillar en la Tierra, estrellas brillantes se ofrecen en los cielos que, como lenguas, hablarán y celebrarán tus más excelentes virtudes para siempre. He aquí, pues, cuatro estrellas reservadas a tu ilustre nombre (...) que (...) hacen sus viajes y orbitas con maravillosa velocidad alrededor de la estrella de Júpiter (...) como hijos de una misma familia. (...) En efecto, parece que el mismo Creador de las Estrellas, con argumentos claros, me exhortó a llamar a estos nuevos planetas con el ilustre nombre de Su Alteza antes que a todos los demás. "

- Galileo, Sidereus Nuncius

Entre los otros nombres propuestos, encontramos Principharus , Victipharus , Cosmipharus y Ferdinandipharus , en honor a los cuatro hermanos Medici, nombres que utiliza Giovanni Hodierna , discípulo de Galileo y autor de las primeras efemérides ( Medicaeorum Ephemerides , 1656). Johannes Hevelius los llama Circulatores Jovis o Comites Jovis , y Jacques Ozanam Gardes o Satélites (del latín satélites, satélites  : “escolta” ). Nicolas-Claude Fabri de Peiresc , por su parte, les da los siguientes nombres por orden de distancia a Júpiter: Cosme el Joven , Cosme el Mayor , María y Catalina .

Sin embargo, aunque a Simón Mario no se le atribuye el descubrimiento de los satélites galileanos, son los nombres que les dio los que permanecen en la posteridad. En su publicación de 1614, Mundus Jovialis , propuso varios nombres alternativos para la luna más cercana a Júpiter como " Mercurio de Júpiter" y "el primer planeta joviano" e hizo lo mismo para los siguientes. Basado en una sugerencia de Johannes Kepler enOctubre 1613, también diseña un esquema de nomenclatura mediante el cual cada luna lleva el nombre de una amante o amante del dios griego Zeus (su equivalente romano es Júpiter ). En orden de distancia del planeta, por lo tanto, los nombra Io , Europa , Ganímedes y Calisto , escribiendo:

“Los poetas reprochan a Júpiter sus amores irregulares. Se menciona especialmente a tres jóvenes por haber sido cortejadas con éxito por Júpiter. Io, hija de los Inachos, Calisto de Lycaon, Europa de Agenor. Luego está Ganimedes, el hermoso hijo del rey Tros, a quien Júpiter, habiendo tomado la forma de un águila, lleva al cielo en su espalda, como lo cuentan fabulosamente los poetas, y en particular Ovidio. Así que creo que no me habría equivocado si yo llamo a la Primera Io, a la Segunda Europa, a la Tercera, por la majestuosidad de su luz, Ganímedes, la Cuarta Calisto. "

- Simon Marius, Mundus Jovialis

Galileo se niega a usar los nombres propuestos por Marius y, por lo tanto, inventa el sistema de numeración permanente que todavía se usa en la actualidad, en paralelo con los nombres propios. La numeración comienza con la luna más cercana a Júpiter: I para Io, II para Europa, III para Ganímedes y IV para Calisto. Galileo usa este sistema en sus cuadernos. Una de las razones aducidas para la no adopción de los nombres propios propuestos por Galileo es que los astrónomos ingleses y franceses, que no tenían la misma relación con la familia Medici, creían que las lunas pertenecían más a Júpiter que a príncipes vivientes.

Los nombres dados por Simon Marius comienzan a ser ampliamente utilizado hasta siglos después, en el XX °  siglo . En gran parte de la literatura astronómica anterior, las lunas eran generalmente referidas por su designación numérica romana , por ejemplo con Io como "Júpiter I" o como "primer satélite de Júpiter" . Esta popularidad perder después del descubrimiento de los satélites tienen órbitas más internas, como Amaltea en 1892, y muchos de los nuevos satélites de Júpiter a principios del XX °  siglo.

• Júpiter e Io por Pâris Bordone .
• El rapto de Europa de Tiziano .
• El secuestro de Ganymède de Bénigne Gagneraux .
• Júpiter y Calisto de Karel Philips Spierincks .

Determinación de longitud

Galileo desarrolló alrededor de 1612 un método para determinar la longitud basado en la sincronización de las órbitas de las lunas galileanas con efemérides . Por lo tanto, las horas de los eclipses lunares, varios de ellos tienen lugar todos los días en la Tierra, se pueden calcular con precisión por adelantado y compararse con las observaciones locales en tierra o en un barco para determinar la hora local y, por lo tanto, la longitud .

El método requiere un telescopio porque las lunas no son visibles a simple vista. Sin embargo, el principal problema de esta técnica es que es difícil observar las lunas galileanas usando un telescopio en una nave en movimiento, problema que Galileo intenta resolver con la invención de la celatona , un dispositivo en movimiento . telescopio.

Para permitir la determinación del tiempo a partir de las posiciones de las lunas observadas, se propone un dispositivo llamado jovilabe : es una computadora analógica que da el día y la hora a partir de las posiciones observadas de las lunas y que toma su nombre de sus similitudes a un astrolabio. . Los problemas prácticos siguen siendo grandes y, en última instancia, este método nunca se utiliza en el mar.

Por el contrario, en tierra, este método es útil y preciso. Uno de los primeros ejemplos es la medición de la longitud del sitio del antiguo observatorio de Tycho Brahe en la isla de Hven , gracias a tablas de eclipses publicadas en 1668 por Jean-Dominique Cassini . Así, este último haciendo observaciones en París y Jean Picard en Hven en 1671 y 1672, logran obtener un valor de 42 minutos 10 segundos al este de París, correspondiente a 10 °  32 ′  30 ″ , o aproximadamente 12 minutos de arco (1 / 5 °) más que el valor exacto. Además, los mismos dos astrónomos utilizan este método para cartografiar Francia .

En 1690 se publicaron tablas más precisas de los eclipses de Io en Connaissance des temps , mejorando progresivamente la precisión de las efemérides durante el siglo siguiente, en particular por Giacomo Filippo Maraldi , James Bradley y Pehr Wilhelm Wargentin .

Observaciones posteriores del telescopio

Durante los siguientes dos siglos y medio, los satélites siguieron siendo puntos brillantes sin resolver con una magnitud aparente de alrededor de 5 en contraste con los telescopios de los astrónomos. En el XVII th  satélites Galileo siglo se utilizan para validar la tercera ley de Kepler del movimiento planetario o determinar el tiempo requerido para que la luz viaje entre Júpiter y la Tierra. Gracias a las efemérides producidas por Jean-Dominique Cassini, Pierre-Simon de Laplace crea una teoría matemática para explicar la resonancia orbital de Io, Europa y Ganímedes, lo que resulta en predicciones mejoradas de las órbitas de las lunas. Más tarde se descubrió que esta resonancia tenía un efecto profundo en las geologías de las tres lunas.

El progreso telescopios al final del XIX °  siglo permitir a los astrónomos a solucionar las grandes características de la superficie de Io, entre otros. En la década de 1890, Edward E. Barnard fue el primero en observar variaciones en la luminosidad de Io entre sus regiones ecuatorial y polar, deduciendo correctamente que se debían a diferencias de color y albedo entre estas dos regiones, y no a una hipotética forma de huevo. del satélite, según lo propuesto por William Pickering , o dos objetos separados, como inicialmente pensó el propio Barnard.

Observaciones telescópicas de la mitad XX XX  siglo utilizados para obtener información sobre las lunas. Por ejemplo, las observaciones espectroscópicas sugieren que la superficie de Io es virgen del hielo de agua , una sustancia que se encuentra en grandes cantidades en otros satélites galileanos.

A partir de la década de 1970, la mayor parte de la información sobre las lunas lunares se obtiene a través de la exploración espacial . Sin embargo, tras la planeada destrucción de Galileo en la atmósfera de Júpiter enSeptiembre de 2003, nuevas observaciones provienen de telescopios terrestres. En particular, las imágenes de óptica adaptativa del Telescopio Keck en Hawai y las imágenes del Telescopio Espacial Hubble hacen posible monitorear las lunas incluso sin una nave espacial en el sistema joviano .

Exploración espacial

Misiones pasadas

La exploración espacial de las lunas de Galean comienza con los sobrevuelos de las sondas espaciales de la NASA Pioneer 10 y Pioneer 11 , en 1973 y 1974 respectivamente. Las dos sondas pasan a poca distancia de Júpiter y de varias de sus lunas, tomando las primeras fotos detalladas de estos cuerpos celestes, que quedan sin embargo de baja resolución.

Proporcionan datos científicos que permiten el estudio de las lunas con, por ejemplo, para Io un mejor cálculo de su densidad y el descubrimiento de una atmósfera delgada o para Ganimedes una determinación más precisa de sus características físicas y las primeras imágenes de sus elementos. superficie.

El sistema joviano fue volado nuevamente en 1979 por las sondas gemelas Voyager 1 y Voyager 2 , su sistema de imágenes más avanzado proporciona imágenes mucho más detalladas.

Les nombreux instruments emportés par ces sondes spatiales, combinés aux 33 000 photos réalisées, permettent d'effectuer une étude approfondie des lunes galiléennes et mènent notamment à la découverte du volcanisme sur Io , les premiers volcans actifs découverts sur un autre corps du Système solaire que la tierra. A raíz de Io, se detecta un toro de plasma que juega un papel importante en la magnetosfera de Júpiter .

Proporcionan imágenes más detalladas de la joven y helada superficie de Europa, lo que sugiere una actividad tectónica en curso. Estas imágenes también llevan a muchos científicos a especular sobre la posibilidad de un océano líquido subterráneo. Proporcionan detalles sobre el tamaño de Ganímedes, revelando que de hecho es mayor que el de Titán , lo que permite reclasificarlo como el satélite natural más grande del Sistema Solar. Más de la mitad de la superficie de Calisto está fotografiada a una resolución de 1 a 2  km con mediciones precisas de su temperatura, masa y forma.

La sonda espacial Galileo llega al sistema joviano enDiciembre de 1995después de un viaje de seis años desde la Tierra para seguir los descubrimientos de las dos sondas Voyager y las observaciones terrestres tomadas en los años intermedios.

Se logran resultados significativos para Io, con la identificación de su gran núcleo ferroso similar al encontrado en los planetas terrestres del Sistema Solar Interior y el estudio de sus erupciones regulares que muestran una superficie que evoluciona como sobrevuelos. Muchos sobrevuelos cercanos de Europa se realizan durante la "Misión Galileo Europa" y la "Misión Galileo Millennium" , con el objetivo del estudio químico de Europa hasta la búsqueda de vida extraterrestre en su océano subglacial . El campo magnético de Ganímedes fue descubierto en 1996 y su océano subglacial en 2001. La sonda finalmente concluye el trabajo de fotografiar toda la superficie de Calisto y toma fotografías con una resolución de hasta 15 metros.

La misión Galileo se amplió dos veces, en 1997 y 2000, y duró ocho años en total. Cuando finaliza la misión Galileo , la NASA dirige la sonda a Júpiter para su destrucción controlada el 21 de septiembre de 2003 . Se trata de una precaución para evitar que la sonda, a priori no estéril , golpee la futura Europa y la contamine con microorganismos terrestres.

La sonda espacial New Horizons , en ruta a Plutón y el Cinturón de Kuiper , sobrevuela el sistema joviano en28 de febrero de 2007para una maniobra de asistencia gravitacional . Las cámaras de New Horizons fotografían las erupciones de los volcanes de Io y, en general, toman fotografías detalladas de las lunas galileanas. Estas fotos permiten realizar mapas topográficos de Europa y Ganímedes.

En 2011, la NASA lanzó la sonda Juno como parte del programa New Frontiers , cuyo objetivo es realizar un estudio detallado de la estructura interna de Júpiter desde una órbita polar afeitando periódicamente su superficie. La sonda espacial entra en órbita enjulio 2016con una órbita muy elíptica , con un período de 14 días , lo que evita en gran medida el cinturón de radiación planetaria muy intensa de la sonda , que podría dañarla. Esta órbita, sin embargo, mantiene a Juno fuera de los planos orbitales de las lunas galileanas. Por lo tanto, el estudio de las lunas no es la prioridad, pero los datos aún se recopilan cuando es el momento adecuado.

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