Calisto (astronomía)

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Calisto
( Júpiter IV)
Callisto.jpg
Satélite de Júpiter
Descubrimiento 7 de enero de, 1610
Descubridores Galileo Galilei
Simon Marius
Clasificación Satélite galileano
Parámetros orbitales
(en el momento J2000)
Semieje mayor 1 882 700 km[1]
Perigiovio 1 868 768 km[1]
Apogiovio 1 896 632 km[1]
Circum. orbital 11 829 191 kilometros[1]
Periodo orbital 16,6890184 días
(16d 16h 32min)[1]
Velocidad orbital 8 143 m / s (mínimo)
8 204 m / s (promedio)
8 265 m / s (máx.)
Inclinación
en la eclíptica
2,02 °
Respetar la inclinación
en equat. de Júpiter
2,21 °
Excentricidad 0,0074[1]
Datos físicos
Diámetro medio 4820 , 6 km
Superficie 7,3 × 10 13
Volumen 5,9 × 10 19
Masa
1.0759 × 10 23 kg[1]
Densidad media 1.834 × 10 3 kg / m³[1]
Aceleración de gravedad en la superficie 1.236 m / s²
(0,126 g)[1]
Velocidad de escape 2 441 m / s[1]
Período de rotación rotación sincrónica
Inclinación axial nada
Temperatura
superficial
~ 120 K (−153 ° C ) (promedio)
Presión atm huellas
Albedo 0,17
Datos de observación
Aplicación Magnitude. 5.7 (promedio)
Aplicación Magnitude. 5,65

Calisto es uno de los cuatro principales satélites naturales del planeta Júpiter , la tercera luna más grande del sistema solar , la segunda más grande del sistema de Júpiter, después de Ganímedes , y el objeto más grande del sistema solar que no está completamente diferenciado .

Descubierta por Galileo Galilei en 1610, [2] Calisto tiene un diámetro de 4 821 km , equivalente al 99% del diámetro del planeta Mercurio pero solo alrededor de un tercio de su masa . Es la cuarta luna de Galilea en orden de distancia de Júpiter, siendo aproximadamente 1,88 millones de kilómetros del planeta. [3] Callisto no participa en la resonancia orbital que involucra a los otros 3 satélites galileanos: Io , Europa y Ganimedes, [4] por lo tanto no sufre el calentamiento de las mareas , que origina los fenómenos endógenos presentes en Io y Europa. Sin campo magnético interno y justo fuera del cinturón de radiación del gigante gaseoso, no interactúa particularmente con la magnetosfera de Júpiter . [5] [6]

Calisto se compone, más o menos en igual medida, de rocas y hielo, con una densidad media de aproximadamente 1,83 g / cm³ , el más bajo entre los satélites mediceanos. Se detectó espectroscópicamente en su superficie la presencia de hielo de agua, [7] dióxido de carbono , silicatos y compuestos orgánicos. Los estudios realizados por la nave espacial Galileo revelaron que Callisto puede tener un pequeño núcleo de silicato y posiblemente una capa de agua líquida debajo de la superficie, a profundidades superiores a 100 km. [7] [8] [9]

La superficie de Calisto es la más antigua y con más cráteres del sistema solar. [1] No hay rastros de procesos subsuperficiales, como la tectónica de placas o el vulcanismo ; No hay indicios de que alguna vez se haya producido una actividad geológica en el pasado y la evolución de su superficie se debió principalmente a impactos meteoríticos . Las principales características de la superficie incluyen estructuras con múltiples anillos concéntricos, con escarpes , crestas y depósitos asociados, cráteres de impacto de diversas formas y cadenas de cráteres . [10] Se desconocen las edades de las diferentes morfologías.

Calisto está rodeada por una fina atmósfera compuesta de dióxido de carbono y oxígeno molecular, [11] [12] así como una ionosfera bastante intensa. [13] Se cree que Callisto se formó en el proceso de acreción que afectó al disco de gas y polvo que rodeaba a Júpiter después de su formación. [14] La lentitud del proceso de acumulación de materia y la falta de calentamiento de las mareas impidieron la diferenciación química, mientras que una convección lenta dentro de Calisto condujo a una diferenciación solo parcial y a la posible formación de un océano en el subsuelo a una profundidad de 100-150 km, con un pequeño núcleo rocoso interno. [15]

La probable presencia de un océano en el subsuelo de Calisto deja abierta la posibilidad de que pueda albergar vida. Sin embargo, las condiciones parecen ser menos favorables que en la vecina Europa. [16] Varias sondas espaciales, Pioneer 10 y 11 , Galileo y Cassini han estudiado Callisto, que, debido a sus bajos niveles de radiación, ha sido considerada durante mucho tiempo la ubicación más adecuada para una base humana en la exploración futura del sistema joviano . [17]

Historia de observaciones

Descubrimiento y denominación

El descubrimiento de Calisto se atribuye a Galileo Galilei , quien en 1610 documentó su existencia junto con las otras tres lunas principales de Júpiter en el Sidereus Nuncius . [2] Toma su nombre de uno de los muchos amantes de Zeus en la mitología griega , donde Calisto era una ninfa (o según otras fuentes, hija de Lycaon ) asociada con la diosa cazadora Artemisa . El nombre fue propuesto por el astrónomo Simon Marius a sugerencia de Johannes Kepler . [18] [19] Sin embargo, los nombres de los satélites galileanos cayeron en desuso durante mucho tiempo, hasta mediados del siglo XX y en la literatura astronómica relativamente reciente se utilizó la designación numérica romana introducida por Galileo, y Calisto se llamó Júpiter. IV, o cuarto satélite de Júpiter. [20]

Misiones espaciales

Las sondas Pioneer 10 y Pioneer 11 enviadas a Júpiter a principios de la década de 1970 no proporcionaron mucha información nueva sobre Callisto en comparación con lo que ya se conocía a partir de observaciones terrestres. [21] El verdadero avance se produjo más tarde con los sobrevuelos cercanos de las sondas Voyager 1 y Voyager 2 en los años 1979-1980. Obtuvieron imágenes de más de la mitad de la superficie de Calisto, con una resolución de 1 a 2 km, midiendo la temperatura, la masa y la forma de la luna joviana. [21] Una segunda ronda de exploración tuvo lugar entre 1994 y 2003, cuando la nave espacial Galileo realizó ocho sobrevuelos cercanos a Calisto, el más cercano de los cuales estaba a 138 km de la superficie. La sonda Galileo completó el mapa global de la superficie, con una serie de imágenes con resolución de hasta 15 metros de áreas seleccionadas. [10] En 2000, la sonda Cassini en ruta a Saturno adquirió imágenes infrarrojas de alta calidad de satélites galileanos, incluido Calisto. [22] En 2007, la sonda New Horizons en su camino a Plutón obtuvo nuevas imágenes y espectros de Calisto. [23]

La próxima misión prevista para el sistema de Júpiter es el Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) de la Agencia Espacial Europea (ESA), que partirá en 2022, durante el cual se planearán varios sobrevuelos cercanos de Callisto. Anteriormente, se propuso la Misión del Sistema Europa Júpiter (EJSM), un proyecto conjunto de la ESA y la NASA para la exploración de las lunas de Júpiter. Sin embargo, en 2011, la ESA anunció que debido a los problemas presupuestarios de la NASA, era poco probable que la misión fuera posible a principios de la década de 2020 y que, por lo tanto, se centraría en JUICE. [24]

Parámetros orbitales

Calisto, parte inferior izquierda de la imagen, tomada por la sonda Cassini . En la parte superior derecha, Júpiter es visible y, en su disco, justo a la izquierda de la Gran Mancha Roja , Europa es visible.

Calisto es el más externo de los cuatro satélites galileanos y orbita a una distancia de aprox. 1 880 000 km (equivalente a 26,3 rayos jovianos ) de Júpiter, [25] significativamente más grande que el cercano Ganímedes (1 070 000 km). Por esta razón, Calisto no está en resonancia orbital como lo están los tres satélites galileanos internos. [4]

Como la mayoría de las otras lunas regulares, la rotación de Callisto está bloqueada en rotación sincrónica con su órbita, lo que hace que la duración del día de Callisto sea igual a su período orbital , que es de aproximadamente 16,7 días. [26] Viaja en una órbita casi circular y muy cerca del plano ecuatorial de Júpiter, con excentricidad e inclinación orbital que sufren variaciones en una escala de tiempo de siglos debido a perturbaciones gravitacionales solares y planetarias. [27] . La excentricidad varía de 0,0072 a 0,0076 °, mientras que la inclinación orbital varía de 0,20 a 0,60 °, [4] y ambos contribuyen a variar la inclinación axial de Calisto entre 0,4 y 1,6 °. [28]

El aislamiento dinámico de Calisto implica que nunca se vio afectado significativamente por las mareas gravitacionales, y esto afectó su evolución y estructura interna. [29] Dada su distancia de Júpiter, el flujo de partículas cargadas pertenecientes a la magnetosfera de Júpiter que llegan a su superficie es bastante bajo (unas 300 veces menor que en Europa) y ha tenido efectos insignificantes en ella, a diferencia de lo que sucedió en los otros satélites galileanos. . [5] El nivel de radiación en la superficie de Calisto equivale a una dosis de aproximadamente 0,01 rem (0,1 mSv ) por día, siete veces menos que la radiación que recibe la Tierra. [30]

Composición

Densidad media de Calisto, 1,83 g / cm³ , [26] sugiere una composición de aproximadamente partes iguales de material rocoso y hielo de agua , con trazas de hielos volátiles como el amoniaco . [8] El porcentaje de masa de hielo presente es 49-55%, mientras que el componente de roca no se conoce con exactitud, [8] [15] incluso si es probablemente similar a la composición de las condritas ordinarias L y LL, que se caracterizan por un bajo contenido de hierro metálico y una presencia más abundante de óxido de hierro que las condritas H. [8]

La superficie de Calisto tiene un albedo de aproximadamente 0,2, [21] es decir, refleja el 20% de la luz solar que recibe. Se cree que la composición de la superficie es sustancialmente similar a la del resto del satélite. Las observaciones espectroscópicas en el infrarrojo cercano revelaron la presencia de bandas de absorción de hielo de agua en longitudes de onda de 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 y 3,0 micrómetros . [21] El hielo de agua parece ser omnipresente en la superficie de Calisto, con una fracción de la masa total del 25-50%. [9] El análisis de alta resolución del espectro infrarrojo cercano y ultravioleta obtenido por la nave espacial Galileo reveló la presencia de varios materiales no congelados en la superficie, como hidrosilicatos de hierro y magnesio , [21] dióxido de carbono , [22] dióxido de azufre. , [31] y posiblemente, amoniaco y diversos compuestos orgánicos . [9] [21] Los datos espectrales también indican que la superficie de Calisto es extremadamente heterogénea a pequeña escala. Pequeñas áreas brillantes formadas por hielo de agua pura se mezclan con áreas formadas por una mezcla de roca y hielo y grandes áreas oscuras de materiales no congelados. [10] [21]

La superficie de Calisto es asimétrica: el hemisferio que mira en la dirección del movimiento orbital es más oscuro que el otro, al contrario de lo que ocurre en los otros satélites galileanos. [21] El hemisferio más oscuro parece más rico en dióxido de azufre que el otro, en el que el dióxido de carbono es más abundante, un elemento que parece estar asociado con muchos cráteres de impacto formados recientemente, como el cráter Lofn . [32] Generalmente, la composición química de la superficie, especialmente la de las áreas oscuras, parece ser similar a la de los asteroides tipo D , cuyas superficies están cubiertas con materiales carbonosos. [10]

Estructura interna

La estructura interna de Callisto.

La superficie picada de Calisto sobresale sobre una litosfera fría de 80-150 km de espesor, [8] [15] mientras que, a una profundidad de 50-200 km, una capa de agua líquida y salada se encontraría tan gruesa como 10 km . [8] [15] [33]

Este océano interno se descubrió indirectamente a través de estudios del campo magnético alrededor de Júpiter y sus satélites más internos. [33] Calisto, de hecho, no tiene un campo magnético propio, sino solo un campo inducido que varía en dirección, en respuesta a las diferentes configuraciones orbitales del satélite con respecto al campo magnético de Júpiter. Esto sugiere que hay una capa de fluido muy conductora dentro de Callisto. La existencia de un océano sería más probable si el agua contuviera una pequeña cantidad de amoníaco u otras sustancias anticongelantes , hasta un 5% en peso. [15] En este caso, la capa de agua y hielo podría alcanzar un espesor de 250 a 300 km. [8] Los modelos que no predicen la existencia del océano indican un mayor espesor de la litosfera congelada, que podría alcanzar una profundidad de unos 300 kilómetros.

Otra pista a favor de la existencia del océano interior es que el hemisferio del satélite directamente opuesto a la cuenca del Valhalla no presenta fracturas, a diferencia de lo que ocurre en las antípodas de cráteres de tamaño similar en la Luna o Mercurio . Una capa líquida probablemente podría absorber ondas sísmicas antes de que puedan volver a enfocarse en el punto opuesto de la corteza planetaria. [15]

Debajo del océano, Callisto parece tener un núcleo particular, no del todo uniforme, pero estable. Los datos de la nave espacial Galileo sugieren que este núcleo está compuesto de hielo y roca comprimida, con un porcentaje de roca que aumenta a medida que aumenta la profundidad. [8] [34]

Entre los satélites galileanos, Calisto es el de menor densidad ; está compuesto por un 40% de hielo y un 60% de roca y hierro , además está solo parcialmente diferenciado, a diferencia de Ganímedes, que tiene un tamaño ligeramente mayor. [9] [35] La densidad y el momento de inercia son compatibles con la existencia de un pequeño núcleo de silicatos en el centro de Calisto. El radio de dicho núcleo no puede exceder los 600 km y la densidad estaría entre 3,1 y 3,6 g / cm³ . [8] [26] Se cree que Titán y Tritón , dos de los principales satélites del sistema solar , tienen una composición similar.

Superficie

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: superficie Calisto .
Una imagen de Calisto tomada por la Voyager 2 a una distancia de 2318 000 km . Los puntos brillantes que salpican su superficie son cráteres de impacto , el terreno con muchos cráteres generalmente indica una superficie planetaria muy antigua.
Imagen tomada de la Voyager 1 en Valhalla .

Calisto es el satélite natural con más cráteres del sistema solar . [36] A diferencia de la cercana Ganímedes , que exhibe un terreno variado, Calisto no exhibe evidencia de actividad similar a la tectónica de placas . Aunque se trata de dos objetos relativamente similares, Calisto parece haber tenido una historia geológica más simple. [37]

De hecho, los cráteres de impacto y los anillos concéntricos con ellos representan las únicas estructuras presentes en Calisto; de hecho, no hay grandes montañas ni otras características destacadas. [38] Esto probablemente se debió a la naturaleza de la superficie: el flujo de hielo en tiempos geológicos destruyó los cráteres y montañas más grandes. Los cráteres de impacto y las estructuras de anillos múltiples, los acantilados y los depósitos asociados son las únicas características importantes que se encuentran en la superficie. [10] [38]

La superficie de Calisto está dominada por dos enormes estructuras: Valhalla (la más grande) tiene una gran región central brillante 600 km y anillos concéntricos que alcanzan i 3000 km de diámetro ; el segundo, Asgard , tiene un diámetro externo de 1 400 km . [39]

También hay cadenas , como el Gipul Catena , una larga serie de cráteres de impacto en línea recta en la superficie. El origen de cada uno de ellos se debe al impacto en Calisto de objetos capturados por la gravedad joviana y luego fragmentados por las fuerzas de marea del planeta (como le sucedió al cometa Shoemaker-Levy 9 ). [10]

A la corteza del satélite se le ha asignado una edad de aproximadamente 4.500 millones de años, por lo que se remonta casi a la formación del sistema solar, mientras que las estructuras de anillos concéntricos tienen una edad entre 1 y 4 mil millones de años, según las fuentes consideradas. [10] [36]

Atmósfera

Icono de lupa mgx2.svg Atmósfera de Callisto .

Callisto tiene una atmósfera muy tenue, compuesta de dióxido de carbono , [11] detectado por el espectrómetro de infrarrojo cercano a bordo de la nave espacial Galileo . Se estima que una presión de 0,75 μPa y una densidad de 4 × 10 8 cm −3 . Dado que una atmósfera de esta magnitud la perdería el satélite en unos 4 días, debe existir un mecanismo que la reponga constantemente, probablemente la sublimación del hielo de dióxido de carbono presente en la superficie, [11] hipótesis compatible con la formación de rayas brillantes visibles en la superficie.

Callisto está equipado con una ionosfera , detectada durante los sobrevuelos cercanos de la sonda Galileo ; [40] los valores de densidad electrónica, medidos en (7-17) × 10 4 cm −3 , no puede explicarse por la fotoionización del dióxido de carbono presente en la atmósfera solamente. Como resultado, se cree que la atmósfera está realmente dominada por una segunda especie, presente en cantidades de 10 a 100 veces mayores que el CO 2 . [41] Aunque los estudiosos creen que puede ser oxígeno molecular, aún no han podido detectarlo directamente. Sin embargo, las observaciones realizadas con el Telescopio Espacial Hubble han puesto un límite superior a la concentración de oxígeno (basado en su falta de detección) aún compatible con esta hipótesis. [42] En cambio, el telescopio espacial logró detectar oxígeno condensado y atrapado en la superficie de la luna. [43]

Origen y evolución

En la imagen de arriba se ve un terreno aún en proceso de erosión, que con el tiempo, con la erosión del hielo, el material oscuro se deslizará más abajo y el suelo se parecerá al de la imagen de abajo, donde atestiguan los cráteres del impacto. que la erosión ha cesado.

Calisto probablemente se formó por acumulación lenta en la subnebulosa de Júpiter, un disco de gas y polvo que rodeó al planeta después de su formación. [14] Sin embargo, a diferencia de Ganímedes, solo se diferencia parcialmente, y esto se debe al hecho de que probablemente nunca se calentó lo suficiente como para que su componente helado se derrita. [15] Su formación tuvo lugar en tiempos estimados de 100.000 a 10 millones de años. [14]

La evolución geológica de Calisto después de la acreción está determinada por el equilibrio entre el calentamiento y enfriamiento radiactivo debido a la conducción térmica cerca de la superficie y la convección del estado sólido dentro del satélite. [29] Se sabe que esta convección ocurre cuando la temperatura está lo suficientemente cerca del punto de fusión del hielo y es un proceso lento, con movimientos de hielo del orden de 1 cm por año, pero muy efectivo durante largos períodos de tiempo. [44]

La convección subsólida temprana en el interior de Calisto habría evitado el derretimiento del hielo a gran escala y la diferenciación completa, lo que habría formado un núcleo rocoso rodeado por un manto de hielo. Debido al proceso de convección, la separación y diferenciación lenta y parcial de rocas y hielo dentro de Calisto ha estado ocurriendo durante miles de millones de años y es posible que continúe incluso en la época actual. [37]

El conocimiento actual de la evolución de Calisto no prejuzga la existencia de un océano de agua líquida debajo de la superficie, debido al comportamiento "anómalo" del punto de fusión del hielo, que disminuye al aumentar la presión , y que alcanza los 251 K ( -22 ° C) cuando la presión alcanza los 2070 bar . [15] En todos los modelos fabricados en Calisto, la temperatura en la capa entre 100 y 200 km de profundidad está muy cerca, o supera ligeramente, esta temperatura de fusión anómala. [29] [37] [44] La presencia de incluso pequeñas cantidades de amoníaco (1-2% de la masa) garantizaría la existencia del líquido ya que el amoníaco reduciría aún más la temperatura de fusión. [15]

A diferencia de la vecina Ganímedes , que exhibe un terreno variado, Calisto no exhibe evidencia de actividad similar a la tectónica de placas . Aunque se trata de dos objetos relativamente similares, Calisto parece haber tenido una historia geológica más simple. [10] Esta diferencia es un problema de considerable interés para la planetología . [9]

Posibilidad de vida en el océano

Al igual que Europa y Ganímedes, se cree que la vida microbiana extraterrestre existe en un océano salado debajo de la superficie de Calisto. [16] Sin embargo, las condiciones parecen ser menos favorables en Calisto que en Europa. Las principales razones son la falta de contacto con el material rocoso y el menor flujo de calor proveniente del interior de Calisto. [16] El científico Torrence Johnson, comparando las probabilidades de vida en Calisto y otras lunas galileanas, dijo: [45]

“Los ingredientes básicos para la vida, que llamamos 'química prebiótica', abundan en muchos objetos del sistema solar, como cometas, asteroides y lunas heladas. Los biólogos creen que se necesita agua líquida y energía para realmente sustentar la vida, por lo que es emocionante encontrar otro lugar donde exista agua líquida. Pero la energía es otra cosa, y mientras que el océano de Calisto se calienta solo por elementos radiactivos, Europa tiene energía de marea y una proximidad más cercana a Júpiter de su lado ".

Con base en estas consideraciones y otras observaciones científicas, se cree que de todas las lunas galileanas de Júpiter, Europa es la que tiene la mayor posibilidad de sustentar la vida microbiana . [16] [46]

Colonización

Imagen artística de una hipotética base en Calisto

En 2003, la NASA realizó un estudio llamado Exploración de planetas exteriores humanos (HOPE) para la futura exploración humana del sistema solar exterior. El objetivo principal elegido fue Callisto.

El estudio consideró una posible base en la superficie de Calisto para producir combustible para una mayor exploración del sistema solar. [47] Las ventajas de una base en Calisto son básicamente dos: la baja dosis de radiación que recibe la superficie y la estabilidad geológica de la luna. Dicha base podría facilitar la exploración remota de Europa y estaría idealmente ubicada para una estación de reabastecimiento y mantenimiento de naves espaciales en ruta hacia las regiones ultraperiféricas del sistema solar, con el beneficio adicional de poder aprovechar la asistencia gravitacional de Júpiter con un estrecho sobrevuelo después de la salida de Callisto. [17]

Un informe de la NASA en diciembre de 2003 expresó la creencia de que una misión humana a Calisto podría haber sido posible en 2040. [48]

Calisto en la ciencia ficción

Calisto es el más externo de los satélites galileanos. Es una luna grande, solo un poco más pequeña que el planeta Mercurio. Es frío, helado y lleno de cráteres, con una atmósfera muy tenue. A pesar de su tamaño, no se ha descrito en la ficción tanto como los otros satélites galileanos.

  • Los buscadores de la inmortalidad ( 1937 ), un cuento de la serie Penton y Blake de John W. Campbell , presenta una Calisto habitada por un pueblo científicamente avanzado cuya industria se basa en la biotecnología . Los callistani buscan berilio , ausente en su mundo, el único elemento con el que podrían crear una forma de vida inteligente microscópica que asegure su inmortalidad .
  • En el cuento Callisto's Threat ( 1939 ), el primero publicado por Isaac Asimov , todos los barcos enviados al satélite desaparecen misteriosamente, hasta que una misión de reconocimiento descubre que las tripulaciones anteriores han sido asesinadas por campos magnéticos emitidos por gusanos gigantes.
  • En El vagabundo del espacio , una novela de Fredric Brown , se menciona a Calisto como una terrible colonia penal.
  • En el videojuego G-Police ( 1997 ), una colonia humana está presente en Callisto alrededor de 2090.
  • La entrega en dos partes de Jupiter Jazz de la serie Cowboy Bebop tiene lugar en Callisto, que se ha convertido en un desolado mundo helado perpetuamente cubierto de nieve como resultado de la colonización, con una pequeña población (casi en su totalidad masculina) y utilizado como refugio. para el comercio ilegal.
  • En el videojuego Zone of the Enders: The 2nd Runner ( 2003 ), el protagonista Dingo Egret se dedica a la búsqueda de Metatron en el satélite Callisto.
  • En la serie de televisión The Expanse a menudo se hace referencia al accidente de Callisto.

Nota

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