Ganymed a Callisto – dva nerovní bratři

Narodili se nedaleko Jupitera ze stejné hmoty. Měli by si být tedy hodně podobní.  Jak vysvětlit rozdíly mezi Galileovskými měsíci Callisto a Ganymed?

Jupiterovy měsíce Callisto a Ganymed jsou bratři. Jsou zhruba stejně velcí a stejně hmotní. Není divu – oba vznikly na dohled obří planety v přibližně stejných podmínkách. Přesto se jejich vnitřní struktura liší, jak zjistily pozemské sondy, které nedaleko planety pracovaly.

Vysvětlení je jednoduché a logické zároveň. Za všechno může rozdílný stupeň bombardování malými tělesy v dávné době, ve které se Sluneční soustava teprve formovala.

„Velké bombardování“

Před 3,9 – 4,2 miliardami let proběhly ve Sluneční soustavě drastické změny. Planety Saturn a Jupiter měnily svou oběžnou dráhu kolem Slunce. Obě planety se nejprve díky své rostoucí gravitaci vydaly blíže k centrální hvězdě, později se následkem vzájemného vlivu pro změnu vydaly se do vnějších částí soustavy, kde se nachází dodnes. Jejich putování nezůstalo bez následků. Gravitace obou obřích těles pozměnila dráhy mnohých malých asteroidů a komet – a vyvolala chaos, kterém se říká „velké bombardování“. Jeho stopy (krátery po dopadech komet a asteroidů) dnes nacházíme například na Měsíci, Merkuru nebo i Marsu, prakticky na všech tělesech s pevným povrchem a minimální atmosférou.

Velkému bombardování neunikly ani právě se tvořící Jupiterovy měsíce. Nárazy úlomků nebo dokonce celých asteroidů se rozehřívaly - pohybová, kinetická energie se při srážkách totiž mění na tepelnou energii.

Jak se někdejší  "velké bombardování" podepsalo na struktuře Ganymedu a Callisto? Za dnešní stav měsíců je zodpovědná jejich poloha. Silné gravitační pole Jupitera nejen že zvyšovalo u bližšího měsíce riziko srážek s cizím předmětem, zvyšovalo i jejich rychlost a tím i množství tepla, které měsíc obdržel. Ganymed, jako bližší Jupiterův měsíc, dostal podle výpočtů vědců díky srážkám s asteroidy a jinými tělesy zhruba 3,5x více energie, než vzdálenější Callisto.

Hmota, ze které se oba měsíce formovaly byla identická. Obsahovala jak kameny, tak led. Kameny se formovaly z prachu a led z plynu – obou druhů původního materiálu, ze kterého se tvořila celá Sluneční soustava.

Srážky s cizími tělesy dodaly Ganymedu potřebnou energii k oddělení obou substancí. Těžší kameny mohly klesnout do centra, zatímco lehčí voda a led se koncentrovaly u povrchu. Podobně jako u velkých kamenných planet pak vedl rozpad radioaktivních izotopů v jádře a teplo, které se při něm uvolňuje, k dalšímu tavení hmoty a k separaci kovového materiálu uvnitř měsíce. Výsledkem je téměř čistě kovové jádro, které kryje kammený plášť.

Měsíc Callisto, který je od Jupitera vzdálenější, nedostal potřebnou dávku energie. Jeho srážky s asteroidy a jinými objekty byly pomalejší. Jeho hmota se nerozdělila do různě těžkých částí a zůstala jednolitá.

Ganymed

Ganymed je třetí z Jupiterových vnitřních měsíců, kterým se po svém objeviteli dostalo názvu „Galileovské“. Má průměr 5262 km a je největším měsícem ve Sluneční soustavě. Je dokonce větší než planeta Merkur (4878 km).

Povrch měsíce

Na rozdíl od Europy je albedo Ganymedu relativně nízké – odráží jen 43 % dopadajícího světla. Jeho povrchová teplota je ale podobná. Na Ganymedu panuje mráz kolem -160 °C.

Na povrchu se dají dobrými teleskopy rozlišit světlé a tmavé oblasti. Tmavě zbarvený povrch je staršího data a je pokrytý nesčetnými krátery. Ve světlejších oblastech se nacházejí spíše geologické zlomy a kanály. Celkové stáří Ganymedova povrchu se odhaduje na 3 – 3,5 miliard let.

Na rozdíl od našeho Měsíce jsou okraje kráterů na Ganymedu spíše nižší, stejně tak i jeho pohoří. Zdá se, že led, který tvoří povrcht měsíce, pod tíhou eventuálních pohoří povolil, proto se propadají a nevytváří žádný zřetelnější reliéf.

Nejnápadnějším útvarem na Ganymedu je tmavá planina Galileo Regio. Tvoří třetinu povrchu a nachází se na Jupiteru odvrácené straně měsíce.  

Vnitřní struktura

Díky práci sondy Galileo dnes víme, že je vnitřní struktura měsíce relativně složitá. V centru se nachází kovové jádro. Kolem něj se rozprostírá kamenný plášť. Ten je krytý několika druhy ledu, které tvoří diferencované slupky (viz obrázek vpravo). Není vyloučena ani existence tekuté vody.

Atmosféra měsíce

Podobně jako na Europě, nachází vědci na Ganymedu řídkou atmosféru, složenou převážně z kyslíku. Vzniká stejně jako na sousední Europě rozkladem povrchové vody kosmickým zářením. Zatímco lehký vodík z gravitačního pole měsíce celkem rychle unikne, daří se Ganymedu kyslík zadržet.

Exkluzivní záležitost – vlastní magnetické pole

Sonda Galileo, která  v roce 1996 prolétala kolem Ganymedu, zaznamenala překvapivý fakt: třetí Jupiterův měsíc má vlastní dipólové magnetické pole. Kromě Země a Merkuru je tak Ganymed třetím pevným tělesem a zároveň jediným měsícem Sluneční soustavy, který vykazuje vlastní dipólový magnetismus. 

Callisto

Callisto je v pořadí čtvrtým Galileovským měsícem Jupitera. Má průměr 4820 km a je tak třetím největším měsícem ve Sluneční soustavě. Na obrázku vpravo vidíte srovnání velikostí Callista, Měsíce a Země. 

Zároveň je měsícem, který jen nejvíce zbrázděn krátery. Stejně jako ostatní tři velké Galilieovské měsíce, obíhá Callisto Jupitera ve vázané rotaci. Ukazuje mu stále stejnou část povrchu, stejně jako nám ukazuje stejnou tvář náš pozemský Měsíc.

Callisto od Jupitera pětkrát vzdálenější než Měsíc od Země, má ale díky vysoké Jupiterově gravitaci mnohem kratší dobu oběhu – 16 dní. Pro srovnání: Ganymed, přímý soused Callisto, oběhne Jupiter za 7,2 dne.

Povrch měsíce

Povrch měsíce je oproti ostatním Galileovským měsícům relativně tmavý. Albedo odpovídá jen hodnotě 0,2. Odráží tedy pouze 20 % světla, které na něj dopadá.

Na Callisto nenacházíme žádnou tektoniku. Povrch je starý kolem 4 miliard let. Měsíc není geologicky aktivní.

Vnitřní struktura

Vrchní vrstvu měsíce tvoří silná slupka z ledu. Pod ním se nejspíše nachází vrstva slané vody, tvořící 10 kilometrů hluboký oceán. Největší objem měsíce tvoří směs 60 % kamene a 40 % ledu, která se nikdy nerozdělila (jak tomu bylo například u sousedního Ganymedu). Jediným rozdílem mezi vrchní a spodní vrstvou materiálu je narůstající podíl silikátů (kamene) ve větších hloubkách.

Atmosféra měsíce a jeho magnetické pole

Také Callisto vlastní slabou atmosféru, na rozdíl od Ganymedu ji ale tvoří oxid uhličitý. Jeho magnetické pole je velice slabé.

Callisto - cíl budoucích pozemských misí

Callisto má v rodině Jupiterových Gallilieovských měsíců jedinečnou polohu. Nachází se vně radiačního pásu, který obklopuje Jupiter v rovině jeho rovníku a tedy i v rovině výskytu jeho měsíců.

Na Callistu by jednoho dne mohla stát povrchová základna pro pilotované lety k vnějším planetám. Z ledu, kterého je na Callisto dostatek, by se dalo vyrábět palivo pro další lety a výzkum vnější části Sluneční soustavy. Výhodou a dalším pozitivním bodem je také nízká geologická aktivita měsíce – jeho povrch je stabilní.

Pozemská posádka, která by byla umístěna na Callisto by mohla pohodlně na dálku řídit roboty, které by mohly prozkoumávat například oceán na Europě – aniž by se musela obávat o zdraví kvůli působení škodlivého záření.

Pilotovaného letu k měsíci Callisto bychom se mohli dočkat už v polovině našeho století. 

Zdroj: Wikipedia - různé, www.raumfahrer.net - různé, www.spekrum.de - různé, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JA020778/abstract, http://www.nature.com/ngeo/journal/v3/n3/full/ngeo746.html