Con 67 satelliti confermati, Giove ha il più grande sistema di lune nel Sistema Solare. Le più grandi di queste sono le quattro lune maggiori di Io, Europa , Ganimede e Callisto – altrimenti noto come il lune galileiane . Chiamate in onore del loro fondatore, queste lune non sono solo paragonabili per dimensioni ad alcuni pianeti (come Mercurio ), sono anche alcuni dei pochi luoghi al di fuori della Terra dove esiste acqua liquida e forse anche vita.
Ma è Callisto, la quarta e più lontana luna di Giove, che potrebbe essere la più gratificante quando si tratta di ricerca scientifica. Oltre alla possibilità di un oceano sotto la superficie, questa luna è l'unica galileiana abbastanza lontana dalla potente magnetosfera di Giove da non subire livelli dannosi di radiazioni. Questo, e la prospettiva di trovare la vita, rendono Callisto un ottimo candidato per future esplorazioni.
Scoperta e denominazione:
Insieme a Io, Europa e Ganimede, Callisto fu scoperto nel gennaio del 1610 da Galileo Galilei usare un telescopio di sua progettazione . Come tutti i lune galileiane , prende il nome da uno degli amanti di Zeus nella mitologia greca classica. Callisto era una ninfa (o figlia di Licaone) che era associata alla dea della caccia, Artemide.
Il nome è stato suggerito dall'astronomo tedesco Simon Marius, apparentemente per volere di Johannes Keplero . Tuttavia, Galileo inizialmente si rifiutò di usarli e le lune chiamate in suo onore furono progettate come Giove da I a IV, in base alla loro vicinanza al loro pianeta genitore. Essendo il pianeta più lontano da Giove, Callisto era conosciuto come Giove IV fino al XX secolo, quando furono adottati i nomi suggeriti da Marius.
Le lune galileiane in scala, con Callisto nell'angolo in basso a sinistra. Credito: NASA/JPL
Dimensioni, massa e orbita:
Con un raggio medio di 2410,3 ± 1,5 km (0,378 terre) e una massa di 1,0759 × 1023kg (0,018 Terre), Callisto è la seconda più grande lune di Giove (dopo Ganimede) e il terzo satellite più grande del sistema solare. Proprio come Ganimede, è di dimensioni paragonabili a Mercurio - essendo grande il 99% - ma a causa della sua composizione mista, ha meno di un terzo della massa di Mercurio.
Callisto orbita attorno a Giove a una distanza media (semiasse maggiore) di 1.882.700 km. Ha un'eccentricità molto minore (0,0074) e va da 1.869.000 km al periapsi a 1.897.000 km all'apoassi. Questa distanza, che è di gran lunga maggiore di quella di Ganimede, significa che Callisto non prende parte alla risonanza del moto medio che fanno Io, Europa e Ganimede.
Proprio come gli altri galileiani, la rotazione di Callisto è sincrona con la sua orbita. Ciò significa che Callisto impiega lo stesso tempo (16,689 giorni) per completare una singola orbita di Giove e una singola rotazione sul suo asse. La sua orbita è leggermente eccentrica e inclinata rispetto all'equatore di Giove, con l'eccentricità e l'inclinazione che cambiano nel corso dei secoli a causa delle perturbazioni gravitazionali solari e planetarie.
Confronto delle dimensioni di Terra, Luna e Callisto. Credito: NASA/JPL/DLR/Gregory H. Revera
A differenza degli altri galileiani, l'orbita lontana di Callisto significa che non ha mai sperimentato molto in termini di riscaldamento delle maree, che ha avuto un profondo impatto sulla sua struttura interna ed evoluzione. La sua distanza da Giove significa anche che le particelle cariche della magnetosfera di Giove hanno avuto un'influenza molto minore sulla sua superficie.
Composizione e caratteristiche della superficie:
La densità media di Callisto, a 1,83 g/cm3, suggerisce una composizione di parti approssimativamente uguali di materiale roccioso e ghiaccio d'acqua, con alcuni ghiacci volatili aggiuntivi come l'ammoniaca. Si ritiene che il ghiaccio costituisca il 49-55% della luna, con la componente rocciosa probabilmente costituita da condriti, silicati e ossido di ferro.
Si pensa che la composizione della superficie di Callisto sia simile alla sua composizione nel suo insieme, con il ghiaccio d'acqua che costituisce il 25-50% della sua massa complessiva. L'imaging ad alta risoluzione, nel vicino infrarosso e negli spettri UV ha rivelato la presenza di vari materiali diversi dal ghiaccio, come silicati idrati di magnesio e ferro, anidride carbonica, anidride solforosa e possibilmente ammoniaca e vari composti organici.
Modello della struttura interna di Callisto che mostra uno strato di ghiaccio superficiale, un possibile strato di acqua liquida e un interno ghiaccio-roccia. Credito: NASA/JPL
Sotto la superficie si trova una litosfera ghiacciata con uno spessore compreso tra 80 e 150 m. Si ritiene che al di sotto di esso esista un oceano salato profondo 50-200 km, grazie alla presenza di elementi radioattivi e alla possibile esistenza di ammoniaca. Le prove di questo oceano includono il campo magnetico di Giove, che non mostra segni di penetrazione nella superficie di Callisto. Ciò suggerisce uno strato di fluido altamente conduttivo che è profondo almeno 10 km. Tuttavia, se quest'acqua contiene ammoniaca, il che è più probabile, potrebbe essere fino a 250-300 km.
Sotto questo ipotetico oceano, l'interno di Callisto sembra essere composto da rocce e ghiacci compressi, con la quantità di roccia che aumenta con la profondità. Ciò significa, in effetti, che Callisto è solo parzialmente differenziato, con un piccolo nucleo di silicato non più grande di 600 km (e una densità di 3,1-3,6 g/cm³) circondato da un misto di ghiaccio e roccia.
I dati spettrali hanno anche indicato che la superficie di Callisto è estremamente eterogenea su piccola scala. Fondamentalmente, la superficie è costituita da piccole chiazze luminose di ghiaccio d'acqua pura, mescolate a chiazze di una miscela di roccia-ghiaccio, ed estese aree scure costituite da un materiale non ghiacciato.
Rispetto alle altre lune galileiane, la superficie di Callisto è piuttosto scura, con un'albedo superficiale di circa il 20%. Un'altra differenza è la natura del suo aspetto asimmetrico. Mentre con gli altri galilei l'emisfero principale è più chiaro di quello finale, con Callisto è vero il contrario.
Strutture di densità interna create da un pesante bombardamento tardivo del sistema solare esterno su Ganimede (fila superiore) e Callisto (fila inferiore). Attestazione: SwRI
Una caratteristica immediatamente evidente della superficie di Callisto è la sua natura antica e fortemente craterizzata. In effetti, la superficie è la più craterizzata del Sistema Solare ed è quasi interamente satura di crateri, con quelli più nuovi che si sono formati su quelli più vecchi. Inoltre, i crateri da impatto e le strutture associate sono le uniche grandi caratteristiche sulla superficie. Non ci sono montagne, vulcani o altre caratteristiche tettoniche endogene.
I crateri da impatto di Callisto variano in dimensioni da 0,1 km a oltre 100 km, senza contare le strutture multi-anello. I crateri piccoli, con diametri inferiori a 5 km, hanno forme semplici a conca o a fondo piatto, mentre quelli che misurano 5-40 km di solito hanno un picco centrale.
Le caratteristiche di impatto più grandi, con diametri che vanno da 25 a 100 km hanno pozzi centrali anziché picchi. Quelli con diametri superiori a 60 km possono avere cupole centrali, che si pensa derivino dal sollevamento tettonico centrale dopo un impatto.
Le caratteristiche di maggiore impatto sulla superficie di Callisto sono i bacini multi-anello, che probabilmente hanno avuto origine a seguito di fratturazione concentrica post-impatto avvenuta su un lembo di litosfera che si sovrapponeva a una sezione di materiale molle o liquido (forse un lembo dell'oceano interno ). I più grandi di questi sono Valhalla e Asgard , le cui regioni centrali e luminose misurano 600 e 1600 km di diametro (rispettivamente) con anelli che si estendono ulteriormente verso l'esterno.
Immagine Voyager 1 di Valhalla, una struttura da impatto multi-anello di 3800 km di diametro. Credito: NASA/JPL
Le età relative delle diverse unità di superficie su Callisto possono essere determinate dalla densità dei crateri da impatto su di esse: più vecchia è la superficie, più densa è la popolazione dei crateri. Sulla base di considerazioni teoriche, si ritiene che le pianure craterizzate abbiano ~4,5 miliardi di anni, risalenti quasi alla formazione del Sistema solare .
Le età delle strutture multi-anello e dei crateri da impatto dipendono dai tassi di craterizzazione di fondo scelti e sono stimate da diversi ricercatori variare tra 1 e 4 miliardi di anni.
Atmosfera:
Callisto ha un'atmosfera molto tenue composta da anidride carbonica che ha una pressione superficiale stimata di 7,5 × 10-¹² bar (0,75 micro Pascal) e una densità delle particelle di 4 × 108cm-3. Poiché un'atmosfera così sottile andrebbe persa in soli 4 giorni circa, deve essere costantemente reintegrata, possibilmente mediante lenta sublimazione del ghiaccio di anidride carbonica dalla crosta ghiacciata di Callisto.
Sebbene non sia stato rilevato direttamente, si ritiene che l'ossigeno molecolare esista in concentrazioni 10-100 volte maggiori della CO². Ciò è evidenziato dall'elevata densità di elettroni della ionosfera del pianeta, che non può essere spiegata dalla sola fotoionizzazione dell'anidride carbonica. Tuttavia, l'ossigeno condensato è stato rilevato sulla superficie di Callisto, intrappolato nella sua crosta ghiacciata.
Abitabilità:
Proprio come Europa e Ganimede e le lune di Saturno di Encelado , mimi , Dione, Titano , la possibile esistenza di un oceano sotterraneo su Callisto ha portato molti scienziati a speculare sulla possibilità della vita. Ciò è particolarmente probabile se l'oceano interno è costituito da acqua salata, poiché gli alofili (che prosperano in alte concentrazioni di sale) potrebbero viverci.
Inoltre, rispetto a Callisto è stata sollevata anche la possibilità di vita microbica extraterrestre. Tuttavia, le condizioni ambientali necessarie per la comparsa della vita (che includono la presenza di calore sufficiente a causa della flessione delle maree) sono più probabili su Europa e Ganimede. La differenza principale è la mancanza di contatto tra il materiale roccioso e l'oceano interno, così come il flusso di calore inferiore all'interno di Callisto.
In sostanza, mentre Callisto possiede la chimica prebiotica necessaria per ospitare la vita, manca dell'energia necessaria. Per questo motivo, il candidato più probabile per l'esistenza di vita extraterrestre nel sistema di lune di Giove rimane Europa.
Esplorazione:
Le prime missioni di esplorazione su Callisto furono le Pioniere 10eundici veicoli spaziali, che hanno condotto sorvoli della luna galileiana rispettivamente nel 1973 e nel 1974, ma queste missioni hanno fornito poche informazioni aggiuntive oltre a quanto già appreso attraverso le osservazioni terrestri. Al contrario, il in viaggio 1e2 la navicella spaziale, che ha condotto sorvoli della luna nel 1979, è riuscita a riprendere più della metà della superficie e ha misurato con precisione la temperatura, la massa e la forma di Callisto.
New Horizons Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) ha catturato queste due immagini della grande luna più esterna di Giove, Callisto, durante il suo sorvolo nel febbraio 2007. Credito: NASA/JPL
Ulteriori esplorazioni hanno avuto luogo tra il 1994 e il 2003, quando il Galileo la navicella ha effettuato otto sorvoli ravvicinati con Callisto. L'orbiter ha completato l'imaging globale della superficie e ha fornito una serie di immagini con una risoluzione fino a 15 metri. Nel 2000, durante il viaggio verso Saturno, il Cassini la navicella spaziale ha acquisito spettri infrarossi di alta qualità dei satelliti galileiani, incluso Callisto.
Nel febbraio-marzo 2007, durante il viaggio verso Plutone, il Nuovi orizzonti la sonda ha ottenuto nuove immagini e spettri di Callisto. Utilizzando il suo strumento Linear Etalon Imaging Spectral Array (LEISA), la sonda è stata in grado di rivelare come le condizioni di illuminazione e di visualizzazione influenzino le letture dello spettro infrarosso del suo ghiaccio d'acqua superficiale.
La prossima missione pianificata nel sistema gioviano è quella dell'Agenzia spaziale europea Esploratore della luna ghiacciata di Giove (JUICE), il cui lancio è previsto per il 2022. Apparentemente orientato all'esplorazione di Europa e Ganimede, il profilo della missione include anche diversi passaggi ravvicinati di Callisto.
Colonizzazione:
Rispetto agli altri galilei, Callisto presenta numerosi vantaggi per quanto riguarda la colonizzazione. Proprio come le altre, la luna ha un'abbondante riserva d'acqua sotto forma di ghiaccio superficiale (ma forse anche acqua liquida sotto la superficie). Ma a differenza degli altri, la distanza di Callisto da Giove significa che i coloni avrebbero molto meno di cui preoccuparsi in termini di radiazioni.
Nel 2003, la NASA ha condotto uno studio concettuale chiamato Esplorazione dei pianeti esterni umani (SPERANZA) riguardo alla futura esplorazione umana del Sistema Solare esterno. L'obiettivo scelto da considerare in dettaglio era Callisto, allo scopo di indagare sulla possibile esistenza di forme di vita incastonate nella crosta di ghiaccio su questa luna e su Europa.
Rappresentazione artistica di una base sulla superficie ghiacciata di Callisto. Credito: NASA
Lo studio ha proposto una possibile base di superficie su Callisto dove un equipaggio potrebbe 'teleoperare un sottomarino Europa e scavare campioni di superficie di Callisto vicino al luogo dell'impatto'. Inoltre, questa base potrebbe estrarre acqua dall'ampia scorta di ghiaccio d'acqua di Callisto per produrre propellente per razzi per ulteriori esplorazioni del Sistema Solare.
I vantaggi di una base su Callisto includono la bassa radiazione (dovuta alla sua distanza da Giove) e la stabilità geologica. Una tale base potrebbe facilitare l'esplorazione su altre lune galileiane ed essere un luogo ideale per una stazione di passaggio del sistema gioviano, al servizio di navicelle spaziali che si dirigono più lontano nel Sistema Solare esterno - che probabilmente assumerebbe la forma di un veicolo che utilizza un aiuto gravitazionale da un vicino sorvolo di Giove.
Rapporti presentati dalla NASA Glenn Research Center e Centro di ricerca di Langley – rispettivamente nel dicembre e nel febbraio 2003 – entrambi hanno delineato possibili missioni con equipaggio su Callisto, come previsto da HOPE. Secondo questi rapporti, una missione che probabilmente coinvolgerebbe una nave che utilizza un Dinamica del mangetoplasma (MPD) o Propulsione nucleare-elettrica (NEP) e equipaggiato per generare gravità artificiale, potrebbe essere montato negli anni 2040.
Quindi, mentre Callisto potrebbe non essere il miglior obiettivo nella ricerca di vita extraterrestre, potrebbe essere la più ospitale delle lune di Giove per la vita umana. In entrambi i casi, qualsiasi futura missione su Giove includerà probabilmente uno scalo a Callisto, con l'intento di indagare su entrambe queste possibilità.
Abbiamo molti ottimi articoli su Callisto, Giove , e la sua sistema di lune qui a Universe Today. Ecco uno su come impatti effettuati all'interno di Callisto , Ed eccone uno su tutti i lune galileiane .
Per ulteriori informazioni, dai un'occhiata alla NASA Pagina Esplorazione del sistema solare su Callisto .
Astronomy Cast offre un buon episodio sull'argomento, intitolato Episodio 57: Le lune di Giove .