가니메데 (달)

Ganymede (moon)
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가니메데
Photograph of Ganymede
2021년 주노가 촬영한 가니메데
디스커버리[1][2]
검색 대상갈릴레오 갈릴레이
발견일자1610년 1월 7일
지정
발음/ˈɡænəmiːd/[3]
간이미드
이름을 따서 명명됨
γανμ μήδδ,, 가니므ēds
목성 III
형용사가니메디언[4]
가니메데스[5][6](/ɡnəmiːdiən/)
궤도 특성
페리압시스1069200km[a]
아포압시스1071600km[b]
1070400km[7]
편심성0.0013[7]
7.15455296 d[7]
10.880km/s
기울기2.214°(황색까지)
0.20°(목성의 적도)[7]
의 위성목성
그룹갈릴리 달
물리적 특성
평균 반지름
2634.1±0.3km(0.413 접지)[8]
8.72×10km72(0.171 지구)[c]
볼륨7.66×10km103(0.0704 접지)[d]
미사1.4819×10kg23(0.025 접지)[8]
평균 밀도
1.936 g/cm3(0.351 접지)[8]
1.428 m/s2(0.168 g)[e]
0.3115±0.0028[9]
2.741km/s[f]
동기식의
0–0.33°[10]
알베도0.43±0.02[11]
표면 온도. 분 심술궂다 맥스.
K 70[13] 110[13] 152[14]
C −203 −163 −121
4.61 (1998년)[11]
4.38 (1951년)[12]
대기
표면 압력
0.2–1.2μPa(1.97×10−12–1)18×10−11 atm)[15]
부피별 구성대부분 산소[15]

목성(Jupiter III)의 위성 가니메데(Ganymede)는 태양계 위성 중 가장 크고 가장 거대한 위성이다.태양계 9위 물체(태양 포함)로, 대기층이 상당하지 않은 최대 규모다.지름이 5,268km(3,273mi)로, 크기는 45%에 불과하지만 부피로는 수성보다 26%나 크다.[16]금속심층을 보유하고 있어 태양계 고체체 중 가장 낮은 관성인자를 갖고 있으며, 자기장을 가진 것으로 알려진 유일한 달이다.목성에서 바깥쪽으로, 그것은 다른 행성의 궤도를 도는 것을 발견한 첫 번째 물체 집단인 일곱 번째 위성이자 갈릴레이 위성 중 세 번째 위성이다.[17]가니메데는 약 7일 만에 목성 주위를 공전하며 각각 달의 유로파, 이오와 1:2:4 궤도 공진 상태에 있다.

가니메데는 대략 같은 양의 규산염 암석과 물로 구성되어 있다.그것은 철분이 풍부하고 액체 중심이며, 지구의 모든 해양을 합친 것보다 더 많은 물을 포함할 수 있는 내부 대양을 가진 완전히 차별화된 몸이다.[18][19][20][21]그것의 표면은 크게 두 종류의 지형으로 구성되어 있다.충격 분화구로 포화되어 40억 년 전으로 거슬러 올라가는 어두운 지역은 약 3분의 1을 차지한다.넓은 홈과 능선에 의해 교차되고 약간 덜 오래된 가벼운 지역이 나머지를 덮고 있다.경량지형의 지질학 파동의 원인은 완전히 알려지지 않았지만, 조수난방으로 인한 지각활동의 결과였을 가능성이 높다.[8]

가니메데의 자기장은 아마도 목성의 조석력에 의해 만들어진 액체 철심 내부의 대류에 의해 만들어졌을 것이다.[22]미미한 자기장은 목성의 훨씬 더 큰 자기장 내에 매장되어 있으며, 단지 자기장 선의 국부적인 동요로 보일 것이다.가니메데는 O, O2, 그리고 아마도 O3(오존)를 포함하는 얇은 산소 대기를 가지고 있다.[15]원자 수소는 작은 대기 구성 요소다.가니메데가 대기와 연관된 전리층을 가지고 있는지는 아직 밝혀지지 않았다.[23]

가니메데의 발견은 1610년 1월 7일, 처음으로 그것을 관찰한 갈릴레오 갈릴레이의 소행으로 여겨진다.[1][g]그 이름은 곧 천문학자인 사이먼 마리우스에 의해 제안되었는데, 제우스(목성의 그리스 상대)가 원하는 트로이 왕자인 신화적인 가니메데의 이름을 따서 그는 신들의 컵베이어가 되었다.[25]파이오니어 10호를 시작으로 여러 우주선이 가니메데를 탐사했다.[26]보이저 탐사선인 보이저 1호와 보이저 2호는 크기를 재는 반면 갈릴레오는 지하 대양과 자기장을 발견했다.조비안 시스템의 다음 임무는 2023년 발사 예정인 유럽 우주국의 목성 얼음 달 탐사선(JUICE)이다.[27]얼음으로 뒤덮인 갈릴레이 달 3개를 모두 비행한 뒤 가니메데를 중심으로 궤도에 진입할 계획이다.[28]

지구, 달(왼쪽 위), 가니메데(왼쪽 아래)의 크기 비교

역사

중국의 천문학적 기록에 따르면 기원전 365년에 간데는 목성의 달, 아마도 가니메데가 육안으로 탐지했을 것이라고 한다.[29][30]그러나 간데는 동반자의 색깔을 적갈색이라고 보고했는데, 달이 너무 희미해서 육안으로 감지할 수 없기 때문에 어리둥절하다.[31]시선과 간데는 함께 다섯 개의 주요 행성에 대해 상당히 정확한 관측을 했다.[32][33]

1610년 1월 7일 갈릴레오 갈릴레이는 망원경을 사용하여 목성 근처에 있는 세 개의 별들이 무엇이라고 생각하는지를 관찰했는데, 가니메데, 칼리스토, 그리고 이오와 유로파의 결합 빛으로 판명된 한 개의 몸을 포함했다. 다음날 밤 그는 그들이 움직인 것을 알아차렸다.1월 13일, 그는 처음으로 네 개를 한꺼번에 보았지만, 적어도 이 날짜 이전에 각각의 달을 본 적이 있었다.1월 15일, 갈릴레오는 그 별들이 실제로 목성의 궤도를 도는 물체라는 결론에 도달했다.[1][2][g]

이름

갈릴레오는 자신이 발견한 달의 이름을 지을 권리를 주장했다.그는 코시모 2세를 기리는 '코스미안 스타즈'를 고려하고 '메디체안 스타즈'에 정착했다.[25]

프랑스의 천문학자 니콜라스-클로드 파브리 드 피에르스크는 메디치 가문의 달 이름을 각각 제안했지만 그의 제안은 받아들여지지 않았다.[25]원래 갈릴레이 인공위성을 발견했다고 주장했던 사이먼 마리우스는 달 이름을 '목성의 위성', '목성의 주피터'(이것은 가니메데), '목성의 베누스', '목성의 머큐리'라고 부르려 했는데,[34] 이 이름은 결코 잡히지 않았다.마리우스는 요하네스 케플러의 제안으로 그리스 신화에 기초한 다른 명명 체계를 제안했다.[25]

...퀸 에티암은 아마비우스 아마비트 가니메뎀 푸에룸 형식, 트로이스 레지스 필륨, 아데오 에티암 추정 아쿠아리움 조각상, 일루미네이션 유머리스 불가능, cœlum transportabitt, prout fabulantur 시인...내가 소리 높여 말하자...테르티우스 오브 루미니스 마제트 가니메데스...[Io,] Europa, Ganimedes puer, atque Calisto, lascivo nimium perplacuere Jovi.
그 다음엔 트로스 왕의 잘생긴 아들 가니메데가 있었는데, 주피터는 독수리의 형태를 취하여 등에 업혀 천국으로 이송되었는데, 시인들이 기막히게 말해주는 바와 같다.제3의 [달]은 빛의 장엄함 때문에 내가 가니메데라고 부른다...이오, 유로파, 소년 가니메데, 칼리스토는 욕정을 품은 제우스를 크게 기쁘게 했다.[35][36]

이 이름과 다른 갈릴레이 위성들의 이름은 상당 기간 동안 인기가 없었고, 20세기 중반까지 널리 쓰이지 않았다.초기 천문 문헌의 많은 부분에서 가니메데는 로마 숫자 명칭인 목성 III(갈릴레오에 의해 소개된 시스템)에 의해 대신 언급된다. 즉, "목성의 세 번째 위성"이다.토성의 위성이 발견된 후, 목성의 위성에 케플러와 마리우스를 기초로 한 이름 체계가 사용되었다.[25]가니메데는 목성의 유일한 갈릴레이 달로, 이오, 유로파, 칼리스토와 같은 남자 형상의 이름을 딴 것이다. 그는 제우스의 연인이었다.

갈릴레이 위성에는 그 이름들의 이탈리아 철자가 남아 있다.이오, 유로파, 칼리스토의 경우 라틴어와 동일하지만, 가니메데의 라틴어 형태는 가니메데스다.영어에서 최종 'e'는 라틴어와 그리스어에서 따온 나중의 이름과는 달리 아마도 프랑스어의 영향 아래 침묵하고 있다.

궤도 및 회전

가니메데, 유로파, 이오의 라플라스 공진(색깔 변화에 의해 결합이 강조됨)

가니메데는 갈릴레이 위성 중 세 번째인 107만400km의 거리에서 목성을 공전하며 7일 3시간마다 혁명을 완성한다.[17]대부분의 알려진 달과 마찬가지로 가니메데는 한 쪽 면이 항상 행성을 향하도록 하여 그 날도 7일 3시간이다.[37]그것의 궤도는 매우 약간 편심하고 조비아 적도에 기울어져 있으며, 수세기 동안 태양과 행성 중력 섭동으로 인해 기이성과 기울기가 준주기적으로 변화한다.변화의 범위는 각각 0.0009–0.0022와 0.05–0.32°이다.[38]이러한 궤도 변화로 인해 축 기울기(회전축과 궤도축 사이의 각도)는 0~0.33°[10] 사이에서 변화한다.

가니메데는 가니메데의 모든 궤도에 대해 유로파와 Io: 가니메데의 모든 궤도에 대해 두 번, 그리고 Io 궤도에 네 번 공진하는 궤도 공진에 참여한다.[38][39]Io와 Europa 사이의 접속사(목성의 같은 면에 정렬)는 Io가 periapsis에 있을 때, Europa가 apopsis에 있을 때 발생한다.Europa와 Ganymede의 접속사는 Europa가 periapsis에 있을 때 발생한다.[38]Io-Europa와 Europa-Ganymede 접속사의 경도는 같은 비율로 변경되어 3중 접속사가 불가능하게 된다.이렇게 복잡한 공명을 라플라스 공명이라고 한다.[40]현재의 라플라스 공명은 가니메데의 궤도 이심률을 더 높은 값으로 펌핑할 수 없다.[40]약 0.0013의 값은 아마도 그러한 펌핑이 가능했던 이전 시대의 잔재일 것이다.[39]가니메디아 궤도 이심률은 다소 어리둥절하다. 만약 지금 펌핑을 하지 않았다면 가니메데 내부의 조수 방산으로 인해 오래 전에 부패했을 것이다.[40]이는 기이한 흥분의 마지막 에피소드가 불과 수억 년 전에 일어났다는 것을 의미한다.[40]가니메데의 궤도 이심률은 평균 0.0015로[39] 비교적 낮기 때문에 지금은 사망 난방이 미미하다.[40]그러나 과거 가니메데는 궤도 편심률을 0.01–0.02의 높은 값으로 펌프질할 수 있었던 하나 이상의 라플라스 유사 공진을[h] 통과했을 수 있다.[8][40]이것은 아마도 가니메데 내부를 상당한 조력난방을 야기시켰을 것이다; 숲이 우거진 지형의 형성은 하나 이상의 가열 에피소드의 결과일 수 있다.[8][40]

이오, 유로파, 가니메데 사이에 라플라스 공명의 기원에 대한 가설은 원시적이며 태양계 초기부터 존재해왔다는 것과 [41]태양계가 형성된 후 발전했다는 두 가지가 있다.후자의 시나리오에서 가능한 일련의 사건들은 다음과 같다.이오는 목성에 조수를 일으켜 유로파와의 2:1 공명과 마주칠 때까지 (운동량 보존 때문에) 이오의 궤도를 확장시켰다. 그 팽창이 계속되었으나 공명이 궤도를 확장하는 원인이 되어 각진 모멘트의 일부가 유로파에게 전달되었다. 이 과정은 유로파가 2:1 공진과 마주칠 때까지 계속되었다.가니메데와 [40]한판 붙다결국 세 개의 달들 사이의 접속사의 표류율은 동기화되어 라플라스 공명에 잠겼다.[40]

물리적 특성

45° W. 경도를 중심으로 한 가니메데의 묘사; 어두운 지역은 페린 (상단)과 니콜슨 (하단) 지역; 두드러진 분화구는 트로 (상단 오른쪽)과 시스티 (하단 왼쪽) 지역이다.
보이저 1호가 1979년 7월 9일 가장 근접한 접근방식으로 찍은 가니메데의 고해상도 보기 세 가지.

크기

참고 항목:크기별 태양계 물체 목록

가니메데는 직경이 약 5270km, 질량이 1.48×10t으로20 태양계에서 가장 크고 가장 거대한 달이다.[42]이것은 두 번째로 가장 거대한 달인 토성의 위성 타이탄보다 약간 더 거대하며 지구의 달보다 두 배 이상 크다.이것은 수성 질량의 45퍼센트에 불과한 수성(지름 4880km)보다 훨씬 작지만 더 크다.

구성

가니메데의 평균 밀도는 1.936 g/cm3(캘리스토보다 약간 더 큼)로 암석 물질과 대부분 물 아이스로 구성되었음을 나타낸다.[8]물의 일부는 액체로 지하 바다를 형성한다.[43]ice의 질량분율은 46~50%로 칼리스토에 비해 약간 낮다.[44]암모니아와 같은 일부 추가 휘발성 아이씨 또한 존재할 수 있다.[44][45]가니메데의 바위의 정확한 구성은 알려져 있지 않지만,[44] 아마도 H콘드리트보다 총철량이 적고 금속성이 적고 산화철이 많은 것이 특징인 L/L형 보통콘드라이트의 구성에 가까울 것이다.가니메데의 철과 실리콘의 무게 비율은 1.05에서 1.27 사이인 반면, 태양 비율은 약 1.8이다.[44]

지표면 피쳐

참고 항목:가니메데의 지질학적 특징 목록
가니메데 (주노; 2021년 6월 7일)
2021년 6월 7일 주노가 찍은 트로스 분화구.
가니메데의 후행 반구를 그린 향상된 색상의 갈릴레오 우주선 이미지.[46]분화구 타슈메툼의 두드러진 광선은 오른쪽 아래에 있고, 허셰프의 커다란 이젝타 밭은 오른쪽 위에 있다.어두운 니콜슨 레지오의 일부는 하파기아 술쿠스에 의해 오른쪽 상단으로 경계를 이루며 왼쪽 아래에 있다.

가니메데의 표면은 약 43%의 알베도를 가지고 있다.[47]물 얼음은 표면상 어디에나 있는 것으로 보이며,[8] 질량 분율이 50-90%로 가니메데 전체보다 상당히 많은 것으로 보인다.근적외선 분광법을 통해 파장 1.04, 1.25, 1.5, 2.0, 3.0μm의 강한 물 얼음 흡수 대역이 존재한다는 사실이 밝혀졌다.[47]숲이 우거진 지형은 어두운 지형에 비해 밝고 빙판 구도가 뛰어나다.[48]갈릴레오 우주선과 지구 관측을 통해 얻은 고해상도, 근적외선, UV 스펙트럼 분석 결과 이산화탄소, 아황산가스, 시아노겐, 황산수소, 다양한 유기 화합물 등 다양한 비수질 물질이 밝혀졌다.[8][49]갈릴레오 결과는 또한 가니메데 표면에 황산마그네슘(MgSO4)과, 아마도 황산나트륨(NaSO24)이 있는 것으로 나타났다.[37][50]이 소금들은 수면 아래 바다로부터 유래될 수 있다.[50]

가니메데의 숲이 우거진 지형에 있는 분화구 굴라와 아켈루스(아래쪽)는 이젝타 "페데스타"와 성벽을 가지고 있다.

가니메디아 표면 알베도는 매우 비대칭적이다; 선행 반구는[i] 후행 반구보다 밝다.[47]이것은 Europa와 비슷하지만 Callisto의 반대다.[47]가니메데의 후미반구는 이산화황으로 농축된 것으로 보인다.[51][52]극지방 근처에서 관찰되지는 않지만 이산화탄소의 분포는 반구 비대칭성을 보여주지 않는다.[49][53]가니메데에 대한 충격 크레이터(하나 제외)는 이산화탄소의 농축을 전혀 보여주지 않으며, 이 역시 칼리스토와 구별된다.가니메데의 이산화탄소 가스는 아마도 과거에 고갈되었을 것이다.[53]

가니메데의 표면은 두 종류의 지형을 혼합한 것이다: 매우 오래되고, 크레이트가 많이 박혀 있고, 어두운 지역과 약간의 더 젊지만, 여전히 고대의, 광범위한 홈과 능선이 있는 밝은 지역이다.지표면의 약 3분의 1로 구성된 어두운 지형은 조비안 위성이 접근한 임팩터의 구성을 나타낼 수 있는 클레이와 유기 물질을 포함하고 있다.[54][55]

가니메데의 그루브 지형 형성에 필요한 난방 메커니즘은 행성 과학에서 풀리지 않는 문제다.숲이 우거진 지형은 자연에서 주로 지형적이라는 것이 현대적 견해다.[8]극저온증은 만약 존재한다면, 단지 작은 역할만 한 것으로 생각된다.[8]지각 활동을 시작하는 데 필요한 가니메디아 얼음 암석권의 강한 스트레스를 유발한 힘은 과거 조력 가열 사건과 연결될 수 있으며, 위성이 불안정한 궤도 공진을 통과할 때 발생할 수 있다.[8][56]얼음의 조수가 내부를 뜨겁게 달구고 암석권을 긴장시켜 균열과 흉터가 발달하고 흠집이 생기게 되어 표면의 70%에 있는 낡고 어두운 지형을 지워버렸을 것이다.[8][57]그루진 지형의 형성은 가니메데 내부의 초기 코어 형성과 그에 따른 조력난방과도 연결될 수 있는데, 이는 얼음의 위상전환과 열팽창으로 가니메데가 1~6% 가량 소폭 팽창했을 가능성이 있다.[8]이후 깊은 진화를 하는 동안 뜨거운 물기가 중심부에서 표면으로 올라오면서 암석권의 지각변형으로 이어질 수 있다.[58]예를 들어, 위성 내의 방사선 발생 난방은 해양 깊이에 기여하는 가장 관련성이 높은 전류 열원이다.연구 모델들은 궤도 편심률이 (과거에 그랬을 수도 있는 것처럼) 현재보다 더 큰 규모의 순서였다면, 조력 난방은 방사선 유발 난방보다 더 실질적인 열원이 될 것이라는 것을 밝혀냈다.[59]

분화구는 두 가지 유형의 지형 모두에서 볼 수 있지만, 특히 어두운 지형에서 광범위하게 나타난다. 분화구는 충격 분화구로 포화되어 있으며 주로 충격 사건을 통해 진화되었다.[8]더 밝고, 홈이 우거진 지형은 그것의 지각적 진화에 아주 작은 중요성에 불과했던 충격적 특징들을 훨씬 적게 포함하고 있다.[8]분화구 밀도는 달의 고지대와 비슷한 어두운 지형의 경우 40억 년의 나이를 나타내며, 그루터기 지형의 경우(그러나 얼마나 더 젊을지는 불확실하다).[60]가니메데는 35억~40억년 전 달의 그것과 비슷한 무거운 분화기를 경험했을지도 모른다.[60]만약 사실이라면, 그 시대에는 대부분의 충격이 일어난 반면, 그 이후 분화율은 훨씬 더 작아졌다.[61]크레이터는 둘 다 오버레이되어 있고 홈 시스템에 의해 교차 절단되어 있으며, 일부 홈은 꽤 오래되었다는 것을 나타낸다.이젝타 광선이 있는 비교적 젊은 크레이터도 눈에 띈다.[61][62]가니메디아 크레이터는 달과 수성에 있는 크레이터보다 더 아첨한다.이는 아마도 가니메데의 얼음 껍질이 흐를 수 있고(또는 그럴 수 있어) 완화 효과를 부드럽게 하는 비교적 약한 성질 때문일 것이다.구호가 사라진 고대 분화구들은 구렁텅이로 알려진 분화구의 "유령"만 남긴다.[61]

가니메데의 중요한 특징 중 하나는 갈릴레오 레지오라는 어두운 평야인데, 이 곳에는 지질 활동 기간 동안 만들어졌을 것으로 보이는 동심원의 홈, 즉 고랑을 포함하고 있다.[63]

가니메데는 또한 북극 캡을 가지고 있는데, 아마도 물 서리로 구성되어 있을 것이다.서리는 위도 40도까지 뻗어 있다.[37]이 극지방 모자는 보이저 우주선에 의해 처음 발견되었다.캡 형성에 관한 이론은 높은 위도로의 물의 이동과 플라즈마에 의한 얼음의 폭격을 포함한다.갈릴레오의 자료는 후자가 옳다는 것을 암시한다.[64]가니메데에 자기장이 존재하면 보호되지 않는 극지방에서 자기장의 표면에 더욱 강한 전하 입자폭격이 발생한다; 가니메데가 튀면 물 분자의 재분배가 이루어지며, 극지형 내에서 지역적으로 추운 지역으로 서리가 이동한다.[64]

아나트라는 분화구는 가니메데의 경도를 측정하는 기준점을 제공한다.정의상 아나트는 경도가 128°이다.[65]0° 경도는 목성과 직접 마주하고, 달리 명시되지 않는 한 경도는 서쪽으로 증가한다.[66]

내부구조

가니메데는 철-황화-철심, 규산염 맨틀, 물 얼음과 액체 물의 외부 층으로 구성된 내부 구조로 완전히 차별화되는 것으로 보인다.[8][67][68] 가니메데 내부 여러 층의 정확한 두께는 규산염(올리빈과 피록센의 굴절)의 가정된 구성 성분과 코어 내 황의 양에 따라 달라진다.[44][67][69]가니메데는 고체 태양계 몸체 [8]중 관성인자가 0.31로 가장 낮다.이는 상당한 수분 함량과 완전히 차별화된 인테리어의 결과물이다.

지표면 아래 바다

가니메데의 내부 구조에 대한 아티스트의 컷어웨이 표현축척으로 그린 레이어.

1970년대에 NASA 과학자들은 가니메데가 표면과 액체 바다 밑 그리고 바위 맨틀 꼭대기에 있는 두 개의 얼음 층 사이에 두꺼운 바다를 가지고 있다고 처음 추측했다.[8][19][67][70][71]1990년대에, 나사의 갈릴레오 임무는 가니메데를 지나갔고, 그러한 지표면 아래 바다의 징후를 발견했다.[43]2014년에 발표된 분석은 물과 소금의 효과에 대한 현실적인 열역학학을 고려하여 가니메데가 얼음의 다른 상으로 분리된 여러 해양 층을 가지고 있으며, 바위 맨틀에 인접한 가장 낮은 액체 층을 가지고 있을 수 있음을 시사한다.[19][20][21][72]물과 암석의 접촉은 생명의 기원에 중요한 요인이 될 수 있다.[19]분석은 또한 관련된 극심도(바위가 많은 "해저"까지 약 800km)는 대류(해저) 해저의 온도가 얼음-물 인터페이스의 온도보다 최대 40K 더 높을 수 있다는 것을 의미한다는 점에 주목한다.

2015년 3월 과학자들은 오로라가 어떻게 움직였는지 허블우주망원경으로 측정한 결과 가니메데가 수면 아래 바다를 갖고 있는 것으로 확인됐다고 보고했다.[43]큰 소금물 바다는 가니메데의 자기장에 영향을 미치고, 결과적으로 오로라가 된다.[18][72][73][74]그 증거는 가니메데의 바다가 태양계 전체에서 가장 클 수도 있다는 것을 암시한다.[75]

가니메데 바다의 잠재적인 거주성에 대한 추측이 있다.[71][76]

코어

액체 상태의 철 니켈이 풍부한 코어의[68] 존재는 갈릴레오 우주선이 탐지한 가니메데의 내적 자기장에 대한 자연스러운 설명을 제공한다.[77]전기전도도가 높은 액화철 내의 대류는 자기장 생성의 가장 합리적인 모델이다.[22]코어의 밀도는 5.5–6 g/cm이고3 규산염 맨틀은 3.4–3.6 g/cm이다3.[44][67][69][77]이 중심부의 반경은 최대 500 km까지 될 수 있다.[77]가니메데 중심부의 온도는 아마도 1500–1700 K이고 최대 10 GPA(9만9000 atm)의 압력이다.[67][77]

대기권 및 전리층

1972년 자바(인도네시아)와 카발루르(인도)에서 일하는 인도, 영국, 미국 천문학자들로 구성된 연구팀은, 그것이 목성과 별 앞을 지나갈 때, 밀교 과정에서 얇은 대기를 발견했다고 주장했다.[78]그들은 표면 압력이 0.1 Pa (1 마이크로바) 정도라고 추정했다.[78]그러나 1979년 보이저 1호는 목성 비행 중 센타우루스자리 별의 출현을 관측했으며 결과는 달랐다.[79]밀도 측정은 가시 스펙트럼에서 1972년 측정된 것보다 기체의 존재에 훨씬 민감한 200nm 이하의 파장에서 극초외선 스펙트럼에서 수행됐다.보이저 데이터로 어떤 분위기도 드러나지 않았다.표면 입자 번호 밀도의 상한은 1.5×109 cm로−3, 2.5 µPa(25 picobar) 미만의 표면 압력에 해당한다.[79]후자의 값은 1972년 추정치보다 거의 5배 적은 규모다.[79]

가니메데의 거짓색온도도

보이저호 데이터에도 불구하고, Europa에서 발견된 것과 매우 유사한 가니메데호에서의 미약한 산소 대기(외부권)에 대한 증거는 1995년 허블우주망원경(HST)에 의해 발견되었다.[15][80]HST는 실제로 파장 130.4nm와 135.6nm의 극초자외선에서 원자산소의 공기 저하를 관측했다.분자 산소가 전자 충격에 의해 분리될 때 그러한 공기광은 흥분된다.[15] 이는 주로 O2 분자로 구성된 중요한 중립 대기의 증거다.표면 번호 밀도는 표면 압력 0.2–1.2 µPa에 해당하는 (1.2–7)×108 cm−3 범위에 있을 수 있다.[15][j]이 값들은 1981년에 설정된 보이저호의 상한값과 일치한다.산소는 생명의 증거가 아니다; 가니메데 표면의 물 얼음이 방사선에 의해 수소와 산소로 갈라질 때 생성되는 것으로 생각되며, 수소는 낮은 원자 질량으로 인해 더 빠르게 손실된다.[80]가니메데 상공에서 관측된 기류는 유로파 상공과 같이 공간적으로 균일하지 않다.HST는 북반구와 남반구에 위치한 두 개의 밝은 지점을 관측했는데, 이는 정확히 가니메디아 자력권의 개방과 폐쇄된 필드 라인 사이의 경계(아래 참조)[81]이다.밝은 지점은 아마도 열린 들판 선을 따라 플라즈마가 침전되어 생기는 극성 오로라일 것이다.[82]

중립적인 대기의 존재는 산소 분자가 자기권에서[83] 오는 에너지 전자의 충격과 태양 EUV 방사선에 의해 전리화되기 때문에 전리층이 존재해야 한다는 것을 암시한다.[23]그러나 가니메디아 전리권의 성질은 대기의 성질만큼이나 논란의 여지가 많다.갈릴레오 측정에 따르면 가니메데 근처에서 전자의 밀도가 높아져 전리층을 암시하는 반면, 다른 측정은 아무것도 검출하지 못했다.[23]표면 근처의 전자 밀도는 400–2,500 cm−3 범위에 놓이도록 다른 선원에 의해 추정된다.[23]2008년 현재 가니메데의 전리층 매개변수는 제약을 잘 받지 않는다.

산소 대기의 추가 증거는 가니메데 표면의 얼음 속에 갇힌 가스의 스펙트럼 검출에서 나온다.오존(O3) 대역 검출은 1996년에 발표되었다.[84]1997년 분광 분석에서 분자 산소의 조광기(또는 이원자) 흡수 특성이 밝혀졌다.이러한 흡수는 산소가 밀집된 단계에 있어야만 발생할 수 있다.가장 좋은 후보는 얼음 속에 갇힌 분자 산소다.조광기 흡수 밴드의 깊이는 표면 알베도가 아닌 위도와 경도에 따라 달라진다. 가니메데에서 위도가 증가하면 감소하는 경향이 있는 반면, O는3 반대 추세를 보인다.[85]실험실 연구 결과 O는2 가니메데의 비교적 따뜻한 표면 온도 100K(-173.15°C)에서 군집이나 거품이 생기지 않고 얼음에서 용해되는 것으로 밝혀졌다.[86]

유로파에 대한 그러한 발견 직후 대기 중 나트륨에 대한 연구는 1997년에 아무 것도 발견되지 않았다.나트륨은 유로파 주변보다 가니메데 주변이 최소한 13배 이상 풍부하지 않은데, 이는 표면의 상대적 결핍 때문일 수도 있고, 자력권이 정력적인 입자를 방출하기 때문일 수도 있다.[87]가니메디아 대기의 또 다른 작은 구성 요소는 원자 수소다.수소 원자는 가니메데의 표면에서 3,000 km까지 관측되었다.표면의 밀도는 약 1.5×104 cm이다−3.[88]

2021년 가니메데 대기에서 수증기가 검출되었다.[89]

자기권

목성의 자기권에 내장된 조비안 위성 가니메데의 자기장.닫힌 필드 라인은 녹색으로 표시된다.

갈릴레오 우주선은 1995년부터 2000년까지 가니메데의 6개의 근접 플라이비(G1, G2, G7, G8, G28, G29)[22]를 만들었고 가니메데가 조비아 자기장과는 독립적으로 영구(내인적) 자기 모멘트를 가지고 있다는 것을 발견했다.[90]순간의 값은 약 1.3 × 1013 T·m으로3 [22]수성의 자기 모멘트보다 3배 크다.자석 쌍극자는 가니메데의 회전축에 대해 176° 기울어져 있는데, 이는 조비안 자석 모멘트에 대해 방향을 잡은 것을 의미한다.[22]그것의 북극은 궤도면 아래에 있다.이 영구적인 순간에 의해 생성되는 쌍극자 자기장의 강도는 가니메데 적도에서는 719 ± 2nT인데,[22] 가니메데 거리에서는 약 120nT의 조비아 자기장과 비교해야 한다.[90]가니메데의 적도 밭은 조비안 들판을 향하고 있어 다시 결합할 수 있다는 뜻이다.극지방의 고유 자기장 강도는 적도 1440nT의 두 배다.[22]

가니메데에 있는 오로래—오로랄 벨트 이동은 표면 아래 염수 대양을 나타낼 수 있다.

영구 자석 모멘트는 가니메데 주위로 우주 일부를 운반해 목성 내부에 내장된 작은 자기권을 만들어낸다. 이 자석 모멘트는 태양계에서 유일하게 이 특징을 가지고 있는 달이다.[90]그것의 지름은 4–5 가니메데 반지름이다.[91]가니메디아 자기권은 위도 30° 이하에 위치한 폐쇄된 전계선의 영역을 가지고 있으며, 여기에 충전된 입자(전자와 이온)가 갇혀 일종의 방사선 벨트를 형성하고 있다.[91]자기권의 주요 이온종은 단일 이온화 산소 입니다.O+[23]—이것은 가니메데의 미약한 산소 대기와 잘 맞는다.극지방 캡 지역에서는 30° 이상의 위도에서 자기장 선이 열려 가니메데와 목성의 전리층을 연결한다.[91]이들 지역에서는 가니메디아 극 주변에서 관찰되는 오로라를 유발할 수 있는 정력적인(텐 및 수백 킬로 전극) 전자와 이온이 검출되었다.[83][81]또 가니메데의 극지에서는 무거운 이온이 연속적으로 침전하여, 가니메데의 극지 표면에서 가니메데의 빙하가 튀고 어두워진다.[83]

가니메디아 자력권과 조비아 플라즈마 사이의 상호작용은 많은 점에서 태양풍과 지구의 자력권과 유사하다.[91][92]목성과 함께 회전하는 플라즈마는 가니메디아 자석권의 후미 쪽에 충돌한다. 이는 태양풍이 지구의 자석권에 충돌하는 태양풍은 지구 자력권에 충돌한다.주된 차이점은 플라즈마 흐름의 속도—지구에서는 초소음속, 가니메데에서는 아음속.아음속 흐름 때문에 가니메데의 후행 반구에서 활 쇼크가 일어나지 않는다.[92]

가니메데는 내적인 자기 모멘트 외에도 유도 쌍극자장을 가지고 있다.[22]그 존재는 가니메데 부근의 조비안 자기장의 변화와 연결되어 있다.유도 모멘트는 행성 자기장의 다양한 부분의 방향을 따라 방사상으로 목성으로 향하거나 목성에서 향한다.유도 자기 모멘트는 내적인 모멘트보다 약한 크기의 순서다.자기 적도에서 유도장의 자기장 강도는 약 60nT로 주변 조비아장의 절반이다.[22]가니메데의 유도 자기장은 칼리스토, 유로파 등과 비슷해 가니메데 역시 전기 전도도가 높은 지표면 아래 물대양을 갖고 있음을 알 수 있다.[22]

가니메데는 완전히 분화되어 있고 금속 코어를 가지고 있기 때문에,[8][77] 내적인 자기장은 아마도 내부를 움직이는 물질을 전도한 결과, 지구와 비슷한 방식으로 생성될 것이다.[22][77]가니메데 주변에서 검출된 자기장은 자기장이 다이너모 작용의 산물인 경우 [77]노심에서의 구성대류, 즉 자기합성 작용에 의해 발생할 가능성이 높다.[22][93]

철심이 존재함에도 불구하고, 가니메데의 자기권은 수수께끼로 남아 있는데, 특히 비슷한 신체들이 그 특징이 결여되어 있다는 점을 감안하면 더욱 그렇다.[8]일부 연구에서는 상대적으로 작은 크기로 볼 때 코어가 유체의 움직임까지 충분히 냉각되어야 하므로 자기장이 지속되지 않을 것이라고 제안했다.한 가지 설명은 표면을 교란시켰다고 제안된 동일한 궤도 공진도 자기장을 지속할 수 있게 했다는 것이다: 가니메데의 편심률과 그러한 공진 동안에 맨틀의 조력 난방이 증가하여 코어로부터의 열 흐름을 감소시키고 유동적이고 대류적으로 남는다.[57]또 다른 설명은 맨틀에 규산염 암석의 잔존 자화인데, 과거에 위성이 더 유의미한 발전성장을 가지고 있었다면 가능하다.[8]

방사선환경

가니메데 표면의 방사선 수준은 Europa보다 상당히 낮으며, 하루에 50–80 mSv(5–8 렘)로, 두 달 동안 피폭된 인간에게 심각한 질병이나 사망을 일으킬 수 있는 양이다.[94]

기원과 진화

날카로운 경계가 니콜슨 레지오의 고대 암흑 지형을 하파기아 설커스의 젊고 곱게 단장한 밝은 지형과 분리시킨다.

가니메데는 아마도 목성의 하부 네불라에서 생긴 것으로 추정되는데, 이는 목성의 형성 후 목성을 둘러싸고 있는 가스와 먼지의 원반이다.[95]가니메데의 억양은 아마도 칼리스토에 대해 추정된 10만 년보다 훨씬 짧은 약 1만 년의 시간이 소요되었을 것이다.[96]조비안 아브네불라는 갈릴레이 인공위성이 형성되었을 때 상대적으로 "가스 별" 상태였을 수 있다. 이것은 칼리스토에 필요한 긴 시간 동안 허용되었을 것이다.[95]이와는 대조적으로 가니메데는 목성에 더 가깝게 형성되었는데, 그 목성은 하위 부위가 더 밀도가 높았고, 이것은 그것의 짧은 형성 시간을 설명한다.[96]이 비교적 빠른 형성은 응고열의 탈출을 막았고, 이로 인해 얼음이 녹고 분화가 이루어졌을 수도 있는데, 바로 바위와 얼음이 분리되는 것이다.바위가 중앙에 자리잡아 중심부를 형성했다.[68]이런 점에서 가니메데는 형성이 더딘 동안 억양열을 상실해 일찍 녹이고 분화하지 못한 것으로 보이는 칼리스토와는 다르다.[97]이 가설은 두 조비안 달이 비슷한 질량과 구성에도 불구하고 왜 그렇게 다르게 보이는지를 설명해준다.[70][97]대안 이론들은 가니메데의 내부 난방이 조수[98] 굴곡이나 후기 중폭격기 동안 임팩터에 의한 더 강한 촉감을 기반으로 더 크게 설명된다.[99][100][101][102]후자의 경우 모델링을 통해 가니메데에서는 분화가 런어웨이 공정이 되지만 칼리스토는 그렇지 않을 것이라는 것을 알 수 있다.[101][102]

형성 후 가니메데의 코어는 주로 응고 및 분화 과정에서 축적된 열을 유지한 채 얼음 맨틀에 천천히 방출할 뿐이었다.[97]맨틀은 차례로 그것을 대류에 의해 표면으로 운반했다.[70]암석 내 방사성 원소의 붕괴는 노심을 더욱 가열하여 분화를 증가시켰다. 즉, 내부 철-황화 코어와 규산염 맨틀이 형성되었다.[77][97]이로써 가니메데는 완전히 차별화된 몸매가 되었다.[68]그에 비해 차별화되지 않은 칼리스토의 방사능 가열은 얼음처럼 차가운 실내에 대류를 일으켜 효과적으로 냉각시키고, 대규모의 얼음 녹음을 방지하고 급속한 분화를 막았다.[103]칼리스토에서의 대류운동은 암석과 얼음의 부분적인 분리를 야기했을 뿐이다.[103]오늘날, 가니메데는 계속해서 천천히 식는다.[77]코어와 규산염 맨틀에서 방출되는 열은 지표면 아래 대양을 존재하게 하는 반면,[45] 액체 Fe-FeS 코어의 느린 냉각은 대류를 유발하고 자기장 생성을 지원한다.[77]가니메데의 현재 열유속은 아마도 캘리스토의 열유속보다 높을 것이다.[97]

탐험

몇 개의 우주선이 가니메데의 근접 플라이비스를 수행했다: 두 개의 파이오니어 우주선과 두 개의 보이저 우주선은 1973년과 1979년 사이에 각각 한 개의 플라이비스를 만들었고, 갈릴레오 우주선은 1996년과 2000년 사이에 여섯 번의 패스를 했고, 주노 우주선은 2019년과 2021년에 두 번의 플라이비행을 했다.[104]가니메데의 궤도를 선회한 우주선은 아직 없지만 현재 건설 중인 쥬스 임무(2021년 기준)를 포함해 이를 위한 여러 제안이 있었다.

완성된 플라이비

파이오니어 10의 가니메데(1973년)

가니메데에 가까이 접근한 최초의 우주선은 1973년 목성계를 고속으로 통과하면서 플라이비(flyby)를 수행한 파이오니어 10호였다.파이오니어 11은 1974년에 비슷한 비행을 했다.[26]두 우주선이 되돌려 보낸 데이터는 달의 물리적 특성을 판단하는[105] 데 사용되었고 최대 400km(250mi) 해상도의 표면 이미지를 제공했다.[106]파이오니어 10이 가장 가까이 접근한 거리는 가니메데 지름의 약 85배인 44만6,250km였다.[107]

보이저 1호와 보이저 2호는 1979년 목성계를 통과할 때 가니메데를 연구했다.이 플라이비스의 데이터는 가니메데의 크기를 정제하는데 사용되었는데, 가니메데의 크기가 이전에 더 컸다고 생각되었던 토성의 위성 타이탄보다 더 컸다는 것을 밝혀냈다.[108]보이저호에서 찍은 사진들은 달의 홈이 우거진 표면 지형의 첫 번째 광경을 제공했다.[109]

파이오니어호와 보이저호 플라이비스는 모두 목성계를 통해 한없는 궤도를 비행할 때 먼 거리와 빠른 속도에 있었다.목성의 궤도를 돌고 있는 우주선에서 더 나은 데이터를 얻을 수 있는데, 그것은 가니메데를 더 낮은 속도로 마주칠 수 있고 더 가까이 접근하기 위해 궤도를 조정할 수 있기 때문이다.1995년 갈릴레오 우주선은 목성 주위를 도는 궤도에 진입했고 1996년에서 2000년 사이에 가니메데의 6개의 근접 플라이비스를 만들었다.[37]이 플라이비들은 G1, G2, G7, G8, G28, G29로 표기되었다.[22]가장 가까운 비행시간(G2) 동안 갈릴레오는 가니메데(달 지름의 5%) 표면에서 불과 264km를 지나갔는데,[22] 이는 우주선이 가장 가까이 접근한 것으로 남아 있다.1996년 G1 비행 동안 갈릴레오 기구는 가니메데의 자기장을 감지했다.[110]갈릴레오 플라이비스의 데이터는 2001년에 발표된 해저 대양을 발견하기 위해 사용되었다.[22][37]갈릴레오가 취한 가니메데의 높은 공간 분해능 스펙트럼은 표면에서 몇 가지 비얼음 화합물을 식별하기 위해 사용되었다.[49]

뉴호라이즌스 우주선도 가니메데를 관측했지만 2007년(명왕성으로 가는 길) 목성계를 통과할 때 훨씬 더 큰 거리에서 관측했다.이 데이터는 가니메데의 지형 및 구성 지도를 수행하는 데 사용되었다.[111][112]

갈릴레오처럼 주노 우주선은 목성 주위를 공전했다.주노는 2019년 12월 25일 목성 24차 궤도(9만7680~10만9439km)에서 가니메데의 원거리 비행을 선보였다.이 플라이비는 달의 극지방의 이미지를 제공했다.[113][114]주노는 2021년 6월 1038km(645mi)의 가까운 거리에서 두 번째 플라이비(flyby)를 선보였다.[104][115]이번 만남은 주노의 궤도 주기를 53일에서 43일로 줄이는 중력 보조를 제공하기 위해 마련됐다.지표면의 추가 영상이 수집되었다.[104]

미래의 미션

목성 얼음 달 탐사선(JUICE)이 가니메데 주위에서 가장 먼저 궤도에 진입하게 된다.쥬스는 2021년 현재 건설 중이며, 2023년 8월 출시가 예정되어 있다.[27][116]2031년 가니메데의 첫 비행을 행한 뒤 2032년 달 궤도에 진입할 예정이다.우주선이 추진체를 소모하면 쥬스는 2034년 2월 탈기해 가니메데에 충격을 줄 계획이다.[117]

제안된 임무

가니메데를 비행하거나 궤도를 돌도록 여러 다른 임무들이 제안되었지만 자금 지원을 위해 선정되지 않았거나 발사 전에 취소되었다.

목성 얼음 위성은 가니메데를 더 자세히 연구했을 것이다.[118]그러나 2005년 임무는 취소됐다.[119]또 다른 오래된 제안은 가니메데의 그랜저라고 불렸다.[55]

주노 탐사선을 기반으로 한 가니메데 궤도 탐사선은 2010년 행성 과학 퇴폐 조사를 위해 제안되었다.[120]데카탈 서베이(Deccal Survey)가 대신 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 임무를 선호하면서 이 임무는 지원되지 않았다.[121]

Europa 목성 시스템 미션(EJSM)은 2020년에 발사 날짜를 제안했고, 가니메데를 포함한 목성의 많은 달 탐사를 위한 NASA와 ESA의 공동 제안이었다.2009년 2월, ESA와 NASA가 타이탄 토성 시스템 미션에 앞서 이 임무의 우선순위를 부여했다고 발표되었다.[122]EJSM은 NASA가 주도하는 목성 유로파 궤도선, ESA가 주도하는 목성 가니메데 궤도선, JAXA가 주도하는 목성 자기권 궤도선으로 구성될 예정이었다.NASA와 JAXA 부품은 나중에 취소되었고, ESA도 취소될 것 같았으나 2012년 ESA는 단독으로 진행할 것이라고 발표했다.[123]이 임무의 유럽 부분은 목성 얼음 달 탐사기가 되었다(위 참조).[124]

러시아 우주연구소는 주스와 협력해서 가니메데 우주생물학 미션인 라플라스-P를 제안했다.[125][125][126]선정되면 2023년 출범한다.[125][needs update]

갤러리

  • 1996년에 찍은 가니메데의 허블우주망원경 이미지.[127]

  • 2021년 7월 주노 플라이비 때 찍은 가니메데의 적외선 이미지.이미지 크레딧: A.무라 -주노/JIRAM - ASI/INAF/JPL-CalTech/SWRI [114]

참고 항목

메모들

  1. ^ Periapsis는 반조르 축 (a)과 편심 (): (1 - ) 에서 파생된다
  2. ^ Apopsis는 반조르 축 (a)와 편심 ():e ( + ){\에서 파생된다
  3. ^ 반경(r)에서 도출된 표면적 : ㎛ 2 r
  4. ^ 반경(r): 4 derived r 3 / .
  5. ^ 질량(m), 중력 상수(G) 및 반지름(r): / 2
  6. ^ 질량(m), 중력 상수(G) 및 반지름(r): / r
  7. ^ a b 같은 해 독일의 천문학자 사이먼 마리우스가 독자적으로 발견했을 가능성이 크다.[24]
  8. ^ 라플라스 공명은 현재 갈릴레이 위성 중 라플라스 공명과 유사하며, 유일한 차이점은 Io-Europa와 Europa-Ganymede 접속사의 위도가 비통일성 합리 숫자인 비율에 따라 변하는 것이다.비율이 통일이라면 공명은 라플라스 공명이 된다.
  9. ^ 선행 반구는 궤도 운동 방향을 향하고 있는 반구로, 후행 반구는 역방향으로 향한다.
  10. ^ 표면 번호 밀도와 압력은 1998년 홀에서 보고된 컬럼 밀도로부터 계산되었으며, 스케일 높이는 20km, 온도는 120K라고 가정하였다.

참조

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외부 링크