Mit 67 bestätigten Satelliten hat Jupiter den größten System der Monde im Sonnensystem. Die größten davon sind die vier großen Monde von Io, Europa , Ganymed und Callisto – auch bekannt als die Galileische Monde . Zu Ehren ihres Gründers benannt, sind diese Monde nicht nur in ihrer Größe mit einigen Planeten vergleichbar (wie z Quecksilber ) sind sie auch einige der wenigen Orte außerhalb der Erde, an denen flüssiges Wasser und vielleicht sogar Leben existiert.
Aber es ist Callisto, der vierte und am weitesten entfernte Mond des Jupiter, der für die wissenschaftliche Forschung möglicherweise am lohnendsten ist. Neben der Möglichkeit eines unterirdischen Ozeans ist dieser Mond der einzige Galiläische Mond, der weit genug außerhalb der mächtigen Magnetosphäre des Jupiter liegt, um keine schädliche Strahlung zu erleiden. Dies und die Aussicht, Leben zu finden, machen Callisto zu einem erstklassigen Kandidaten für zukünftige Erkundungen.
Entdeckung und Benennung:
Zusammen mit Io, Europa und Ganymed wurde Callisto im Januar 1610 von . entdeckt Galileo Galilei Verwendung einer Teleskop nach eigenem Design . Wie alle Galileische Monde , es hat seinen Namen von einem der Liebhaber von Zeus in der klassischen griechischen Mythologie. Callisto war eine Nymphe (oder die Tochter von Lycaon), die mit der Jagdgöttin Artemis in Verbindung gebracht wurde.
Der Name wurde vom deutschen Astronomen Simon Marius vorgeschlagen, anscheinend auf Geheiß von Johannes Kepler . Galileo weigerte sich jedoch zunächst, sie zu verwenden, und die ihm zu Ehren benannten Monde wurden aufgrund ihrer Nähe zu ihrem Mutterplaneten als Jupiter I bis IV entworfen. Als der am weitesten von Jupiter entfernte Planet war Callisto bis zum 20. Jahrhundert als Jupiter IV bekannt. Zu dieser Zeit wurden die von Marius vorgeschlagenen Namen übernommen.
Die Galileischen Monde im Maßstab, mit Callisto in der unteren linken Ecke. Bildnachweis: NASA/JPL
Größe, Masse und Umlaufbahn:
Mit einem mittleren Radius von 2410,3 ± 1,5 km (0,378 Erden) und einer Masse von 1,0759 × 1023kg (0,018 Erden) ist Callisto der zweitgrößte Jupitermond (nach Ganymed) und der drittgrößte Satellit im Sonnensystem. Ähnlich wie Ganymed ist es in seiner Größe mit Merkur vergleichbar – es ist 99% so groß – aber aufgrund seiner gemischten Zusammensetzung hat es weniger als ein Drittel der Merkurmasse.
Callisto umkreist Jupiter in einer durchschnittlichen Entfernung (Haupthalbachse) von 1.882.700 km. Es hat eine sehr geringe Exzentrizität (0,0074) und reicht von 1.869.000 km bei Periapsis bis 1.897.000 km bei Apoapsis. Dieser Abstand, der weit größer ist als der von Ganymed, bedeutet, dass Callisto nicht an der Mean-Motion-Resonanz teilnimmt, die Io, Europa und Ganymed tun.
Ähnlich wie bei den anderen Galiläern ist die Rotation von Callisto synchron mit seiner Umlaufbahn. Das bedeutet, dass Callisto die gleiche Zeit (16,689 Tage) braucht, um eine einzige Umlaufbahn des Jupiter und eine einzige Drehung um seine Achse zu vollenden. Seine Umlaufbahn ist sehr leicht exzentrisch und zum Jupiter-Äquator geneigt, wobei sich Exzentrizität und Neigung im Laufe der Jahrhunderte aufgrund von solaren und planetarischen Gravitationsstörungen ändern.
Größenvergleich von Erde, Mond und Callisto. Bildnachweis: NASA/JPL/DLR/Gregory H. Revera
Im Gegensatz zu den anderen Galiläern bedeutet die entfernte Umlaufbahn von Callisto, dass es nie viel Gezeitenerwärmung erlebt hat, was einen tiefgreifenden Einfluss auf seine innere Struktur und Entwicklung hatte. Die Entfernung von Jupiter bedeutet auch, dass die geladenen Teilchen aus der Magnetosphäre des Jupiter einen sehr geringen Einfluss auf seine Oberfläche hatten.
Zusammensetzung und Oberflächeneigenschaften:
Die durchschnittliche Dichte von Callisto bei 1,83 g/cm²3, weist auf eine Zusammensetzung von ungefähr gleichen Teilen aus Gesteinsmaterial und Wassereis hin, mit einigen zusätzlichen flüchtigen Eissorten wie Ammoniak. Es wird angenommen, dass Eis 49-55% des Mondes ausmacht, wobei die Gesteinskomponente wahrscheinlich aus Chondriten, Silikaten und Eisenoxid besteht.
Es wird angenommen, dass die Oberflächenzusammensetzung von Callisto der Gesamtzusammensetzung ähnlich ist, wobei Wassereis 25-50% seiner Gesamtmasse ausmacht. Hochauflösende Nahinfrarot- und UV-Spektrenabbildungen haben das Vorhandensein verschiedener Nicht-Eis-Materialien wie Magnesium- und eisenhaltige hydratisierte Silikate, Kohlendioxid, Schwefeldioxid und möglicherweise Ammoniak und verschiedene organische Verbindungen gezeigt.
Modell der inneren Struktur von Callisto mit einer Oberflächeneisschicht, einer möglichen flüssigen Wasserschicht und einem Eis-Gesteins-Innenraum. Bildnachweis: NASA/JPL
Unter der Oberfläche befindet sich eine eisige Lithosphäre, die zwischen 80 und 150 m dick ist. Es wird angenommen, dass sich darunter ein salziger Ozean mit einer Tiefe von 50–200 km befindet, dank der Anwesenheit radioaktiver Elemente und der möglichen Existenz von Ammoniak. Beweise für diesen Ozean sind das Magnetfeld des Jupiter, das keine Anzeichen dafür zeigt, dass es Callistos Oberfläche durchdringt. Dies deutet auf eine Schicht aus hochleitfähigem Fluid hin, die mindestens 10 km tief ist. Wenn dieses Wasser jedoch Ammoniak enthält, was wahrscheinlicher ist, können es bis zu 250-300 km sein.
Unter diesem hypothetischen Ozean scheint das Innere von Callisto aus komprimiertem Gestein und Eis zu bestehen, wobei die Gesteinsmenge mit der Tiefe zunimmt. Dies bedeutet, dass Callisto nur teilweise differenziert ist, mit einem kleinen Silikatkern von nicht mehr als 600 km (und einer Dichte von 3,1-3,6 g/cm³), der von einer Mischung aus Eis und Gestein umgeben ist.
Spektraldaten haben auch gezeigt, dass die Oberfläche von Callisto im kleinen Maßstab extrem heterogen ist. Im Wesentlichen besteht die Oberfläche aus kleinen, hellen Flecken aus reinem Wassereis, vermischt mit Flecken eines Gesteins-Eis-Gemischs und ausgedehnten dunklen Bereichen aus einem Nicht-Eis-Material.
Im Vergleich zu den anderen Galileischen Monden ist die Oberfläche von Callisto mit einer Oberflächenalbedo von etwa 20% ziemlich dunkel. Ein weiterer Unterschied ist die Art seines asymmetrischen Aussehens. Während bei den anderen Galiläern die führende Hemisphäre heller ist als die nachlaufende, ist bei Callisto das Gegenteil der Fall.
Innere Dichtestrukturen, die durch eine späte schwere Bombardierung des äußeren Sonnensystems auf Ganymed (obere Reihe) und Callisto (untere Reihe) entstanden sind. Bildnachweis: SwRI
Ein sofort offensichtliches Merkmal der Oberfläche von Callisto ist ihre uralte und stark mit Kratern versehene Natur. Tatsächlich ist die Oberfläche die kraterreichste im Sonnensystem und fast vollständig von Kratern gesättigt, wobei sich neuere über älteren gebildet haben. Darüber hinaus sind Einschlagskrater und die dazugehörigen Strukturen die einzigen großen Merkmale auf der Oberfläche. Es gibt keine Berge, Vulkane oder andere endogene tektonische Merkmale.
Die Einschlagskrater von Callisto haben eine Größe von 0,1 km bis über 100 km, die Mehrringstrukturen nicht mitgerechnet. Kleine Krater mit einem Durchmesser von weniger als 5 km haben einfache Schalen- oder Flachbodenformen, während Krater mit einer Größe von 5–40 km normalerweise einen zentralen Gipfel haben.
Größere Aufprallstrukturen mit Durchmessern zwischen 25 und 100 km haben zentrale Gruben anstelle von Spitzen. Diejenigen mit Durchmessern über 60 km können zentrale Kuppeln haben, von denen angenommen wird, dass sie aus einer zentralen tektonischen Hebung nach einem Aufprall resultieren.
Die größten Einschlagsmerkmale auf der Oberfläche von Callisto sind Mehrringbecken, die wahrscheinlich als Ergebnis einer konzentrischen Aufspaltung nach dem Einschlag entstanden sind, die über einem Stück Lithosphäre stattfand, das einen Abschnitt aus weichem oder flüssigem Material (möglicherweise ein Stück des inneren Ozeans) überlagerte ). Die größten davon sind Walhalla und Asgard , deren zentrale, helle Regionen einen Durchmesser von 600 bzw. 1600 km haben, wobei sich die Ringe weiter nach außen erstrecken.
Voyager 1-Bild von Valhalla, einer Multi-Ring-Impaktstruktur mit einem Durchmesser von 3800 km. Bildnachweis: NASA/JPL
Das relative Alter der verschiedenen Oberflächeneinheiten auf Callisto lässt sich aus der Dichte der Einschlagskrater auf ihnen bestimmen – je älter die Oberfläche, desto dichter die Kraterpopulation. Aus theoretischen Überlegungen geht man davon aus, dass die Kraterebenen etwa 4,5 Milliarden Jahre alt sind und fast auf die Entstehung des . zurückgehen Sonnensystem .
Das Alter von Mehrringstrukturen und Einschlagskratern hängt von ausgewählten Hintergrundkraterraten ab und wird von verschiedenen Forschern auf ein Alter von 1 bis 4 Milliarden geschätzt.
Atmosphäre:
Callisto hat eine sehr dünne Atmosphäre aus Kohlendioxid mit einem geschätzten Oberflächendruck von 7,5 × 10-¹² bar (0,75 Mikropascal) und einer Partikeldichte von 4 × 108cm-3. Da eine so dünne Atmosphäre in nur etwa 4 Tagen verloren gehen würde, muss sie ständig aufgefüllt werden, möglicherweise durch langsame Sublimation von Kohlendioxideis aus Callistos eisiger Kruste.
Obwohl es nicht direkt nachgewiesen wurde, wird angenommen, dass molekularer Sauerstoff in Konzentrationen vorhanden ist, die 10- bis 100-mal höher sind als die von CO². Dies wird durch die hohe Elektronendichte der Ionosphäre des Planeten belegt, die nicht allein durch die Photoionisation von Kohlendioxid erklärt werden kann. Auf der Oberfläche von Callisto wurde jedoch kondensierter Sauerstoff entdeckt, der in seiner eisigen Kruste eingeschlossen ist.
Bewohnbarkeit:
Ähnlich wie Europa und Ganymed und Saturns Monde von Enceladus , Pantomimen , Dione, Titan , hat die mögliche Existenz eines unterirdischen Ozeans auf Callisto viele Wissenschaftler dazu veranlasst, über die Möglichkeit von Leben zu spekulieren. Dies ist besonders wahrscheinlich, wenn der innere Ozean aus Salzwasser besteht, da dort Halophile (die in hohen Salzkonzentrationen gedeihen) leben könnten.
Darüber hinaus wurde in Bezug auf Callisto auch die Möglichkeit von außerirdischem mikrobiellem Leben angesprochen. Auf Europa und Ganymed sind jedoch die für das Auftreten von Leben notwendigen Umweltbedingungen (einschließlich ausreichender Hitze aufgrund der Gezeitenbiegung) wahrscheinlicher. Der Hauptunterschied ist der fehlende Kontakt zwischen dem felsigen Material und dem inneren Ozean sowie der geringere Wärmefluss im Inneren von Callisto.
Im Wesentlichen verfügt Callisto zwar über die notwendige präbiotische Chemie, um Leben zu beherbergen, es fehlt ihm jedoch die notwendige Energie. Aus diesem Grund bleibt Europa der wahrscheinlichste Kandidat für die Existenz außerirdischen Lebens im Mondsystem des Jupiter.
Erkundung:
Die ersten Erkundungsmissionen nach Callisto waren die Pionier 10undelf Raumschiffe, die 1973 bzw. 1974 Vorbeiflüge am Galileischen Mond durchführten. Im Gegensatz dazu ist die Reisen 1und2 Raumsonde, die 1979 Vorbeiflüge am Mond durchführte, schaffte es, mehr als die Hälfte der Oberfläche abzubilden und Callistos Temperatur, Masse und Form präzise zu messen.
New Horizons Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) hat diese beiden Bilder von Jupiters äußerstem großen Mond Callisto während seines Vorbeiflugs im Februar 2007 aufgenommen. Quelle: NASA/JPL
Weitere Explorationen fanden zwischen 1994 und 2003 statt, als die Galilei Die Raumsonde führte mit Callisto acht enge Vorbeiflüge durch. Der Orbiter vervollständigte die globale Aufnahme der Oberfläche und lieferte eine Reihe von Bildern mit einer Auflösung von bis zu 15 Metern. Im Jahr 2000, auf dem Weg zum Saturn, Cassini Raumsonde erfasste hochwertige Infrarotspektren der Galileischen Satelliten, einschließlich Callisto.
Von Februar bis März 2007, auf dem Weg nach Pluto, Neue Horizonte Sonde erhielt neue Bilder und Spektren von Callisto. Mit ihrem Linear Etalon Imaging Spectral Array (LEISA)-Instrument konnte die Sonde aufdecken, wie sich die Beleuchtungs- und Betrachtungsbedingungen auf die Infrarotspektrumsmessungen ihres Oberflächenwassereises auswirken.
Die nächste geplante Mission zum Jupitersystem ist die der Europäischen Weltraumorganisation Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), der 2022 starten soll. Angeblich auf die Erforschung von Europa und Ganymed ausgerichtet, umfasst das Missionsprofil auch mehrere nahe Vorbeiflüge von Callisto.
Kolonisation:
Im Vergleich zu den anderen Galiläern bietet Kallisto zahlreiche Vorteile, was die Kolonisation betrifft. Wie die anderen hat auch der Mond reichlich Wasser in Form von Oberflächeneis (aber möglicherweise auch flüssiges Wasser unter der Oberfläche). Aber im Gegensatz zu den anderen bedeutet die Entfernung von Callisto vom Jupiter, dass Kolonisten in Bezug auf Strahlung viel weniger zu befürchten haben.
Im Jahr 2003 führte die NASA eine konzeptionelle Studie mit dem Namen Erforschung der menschlichen äußeren Planeten (HOPE) über die zukünftige Erforschung des äußeren Sonnensystems durch den Menschen. Als Ziel wurde Callisto ausgewählt, um die mögliche Existenz von in der Eiskruste eingebetteten Lebewesen auf diesem Mond und auf Europa zu untersuchen.
Künstlerische Darstellung eines Sockels auf der eisigen Oberfläche von Callisto. Bildnachweis: NASA
Die Studie schlug eine mögliche Oberflächenbasis auf Callisto vor, wo eine Besatzung „ein Europa-U-Boot teleoperieren und Callisto-Oberflächenproben in der Nähe der Einschlagstelle ausheben könnte“. Darüber hinaus könnte diese Basis Wasser aus Callistos reichlichem Vorrat an Wassereis gewinnen, um Raketentreibstoff für die weitere Erkundung des Sonnensystems zu produzieren.
Zu den Vorteilen einer Basis auf Callisto gehören die geringe Strahlung (aufgrund der Entfernung zum Jupiter) und die geologische Stabilität. Eine solche Basis könnte die Erkundung anderer galiläischer Monde erleichtern und ein idealer Standort für eine Wegstation des Jupitersystems sein, die Raumschiffe bedient, die weiter in das äußere Sonnensystem fliegen – die wahrscheinlich die Form von Raumfahrzeugen annehmen würden, die eine Schwerkraftunterstützung aus einem nahen Vorbeiflug von . verwenden Jupiter.
Berichte der NASA Glenn-Forschungszentrum und Langley Forschungszentrum – im Dezember bzw. Februar 2003 – skizzierten beide mögliche bemannte Missionen nach Callisto, wie sie von HOPE ins Auge gefasst wurden. Diesen Berichten zufolge würde eine Mission, bei der wahrscheinlich ein Schiff ein Mangatoplasma dynamisch (MPD) oder Nuklear-elektrischer Antrieb (NEP) Antriebssystem und ausgestattet, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen, könnte in den 2040er Jahren montiert werden.
Während Callisto also vielleicht nicht das beste Ziel bei der Suche nach außerirdischem Leben ist, ist es vielleicht der gastfreundlichste der Jupitermonde für menschliches Leben. In jedem Fall werden alle zukünftigen Missionen zum Jupiter wahrscheinlich einen Zwischenstopp nach Callisto beinhalten, um beide Möglichkeiten zu untersuchen.
Wir haben viele tolle Artikel über Callisto, Jupiter , und sein System der Monde hier bei Universe Today. Hier ist eine über das Wie Auswirkungen auf das Innere von Callisto , Und hier ist einer von allen Galileische Monde .
Weitere Informationen finden Sie in der NASA Seite zur Erkundung des Sonnensystems auf Callisto .
Astronomy Cast bietet eine gute Folge zu diesem Thema mit dem Titel Folge 57: Jupiters Monde .
