Ganimedes, największy księżyc Jowisza

Ganimedes – księżyc, który zawstydza planety

W cieniu widowiskowych projektów NASA i SpaceX, europejska sonda JUICE wyruszyła w ośmioletnią wędrówkę z zamiarem zgłębienia tajemnic trzech skutych lodem satelitów Jowisza. W tym oczywiście największego księżyca w całym Układzie Słonecznym – Ganimedesa.

Główny cel misji Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE, tak jak soczek) nie jest planetą, ponieważ sam obiega planetę. Jednak pomijając ten szczegół, Ganimedes nie ustępuje w niczym skalistym światom okrążającym Słońce. Posiada średnicę 5,2 tys. kilometrów, nie tylko wyraźnie nokautując rozmiarami resztę naturalnych satelitów Układu Słonecznego (w tym ziemski Księżyc), ale nawet przerastając Merkurego[1]. Zawstydza też Wenus i Marsa, w odróżnieniu od nich dysponując własnym polem magnetycznym. Nie brakuje mu również atmosfery, co prawda mocno rozrzedzonej, ale za to złożonej głównie z tlenu.

Trasa misji Jupiter Icy Moon Explorer
Sonda JUICE dotrze w okolice Jowisza latem 2031 roku.

Jednak najlepsze co ma do zaoferowania Ganimedes oraz jego mniejsze siostry – Europa i Kallisto – to woda. Nie jakieś tam delikatne ślady wilgoci, lecz ogromne, pokrywające większość ich powierzchni oceany.

Starszy brat galileuszowej gromadki

Zanim jednak przewiercimy się przez grubą pokrywę lodową i damy nura w głąb obcego oceanu, rzućmy okiem na okolicę Jowisza. Według dzisiejszej wiedzy gazowy olbrzym posiada przynajmniej 92 księżyce, z czego aż sześć odkryliśmy w samym roku 2021[2]. Zdecydowana większość tych obiektów to nieciekawe poobijane okruchy skalne mierzące najwyżej po kilka kilometrów średnicy. Nie różnią się zatem zbytnio od przeciętnych planetoid, z którymi zresztą może ich łączyć rodowód.

Księżyce galileuszowe to zupełnie inna kasta. Posiadają spore masy, wyraźnie kuliste kształty, szyk i elegancję. Były też pierwszymi księżycami, poza naszym własnym, poznanymi przez ludzkość. Jak podpowiada ich zbiorcza nazwa, odkrył je Galileusz, podziwiając niebo przez własnoręcznie skonstruowany teleskop w 1610 roku. Co zabawne, sam włoski uczony ochrzcił zagadkowe punkciki gwiazdami medycejskimi, nadając im numery od I do IV. Powód był bardzo przyziemny. Astronom miał nadzieję, że Kosma II Medyceusz, pan Wielkiego Księstwa Toskanii, spojrzy na jego starania życzliwym okiem i sypnie groszem. Sprytny plan się powiódł, ponieważ Galileusz istotnie otrzymał sowite stypendium, ale samo upamiętnienie rodu Medyceuszy jakoś nie zyskało uznania w świecie nauki i w końcu przepadło. Księżyce doczekały się natomiast własnych imion, zapożyczonych od Io, Europy i Kallisto – trzech mitycznych kochanek boskiego Zeusa (ten to sobie dogadzał) – oraz jego kochanka, królewicza trojańskiego Ganimedesa.

Księżyce Galileuszowe krążące wokół Jowisza
Jowisz wraz z największymi satelitami, widziane przez amatorski teleskop. (Fot. użytkownika orion25 z forum stargazerslounge.com, Orion SkyMax 127mm, ZWO ASI224mc).

Właściwie aż do drugiej połowy XX stulecia nie wiedzieliśmy wiele więcej ponadto, co pozostawił nam Galileusz. Rozumieliśmy, że Jowisz wykształcił coś na kształt miniaturki Układu Słonecznego, gdzie to on zasiada w centrum systemu, a ponadprzeciętne księżyce odgrywają rolę planet. Więcej szczegółów dostarczyły uczonym dopiero bezzałogowe urządzenia, które jako pierwsze przeprawiły się na drugą stronę Pasa Głównego Planetoid. Były to wystrzelone w latach 70. sondy: Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1 oraz Voyager 2. Jowisz stanowił dlań tylko przystanek na znacznie dłuższej trasie, ale dostarczyły one wielu cennych pomiarów oraz pierwszych dokładnych zdjęć tego obszaru.

Anatomia Ganimedesa

Misją, która na całego rozpaliła wyobraźnię astronomów była dopiero sonda Galileo, dedykowana już wyłącznie kompleksowym badaniom największej planety oraz jej księżyców. Po dotarciu do celu w 1995 roku, amerykańska maszyna spędziła na orbicie Jowisza osiem lat, okrążając go 34 razy i zbliżając się do największych satelitów 29 razy, w tym sześciokrotnie do powierzchni Ganimedesa.

Największy księżyc Jowisza w obiektywie sondy Galileo
Największy księżyc Jowisza sfotografowany podczas jednego z przelotów sondy Galileo w 1997 roku.

Bazując wyłącznie na fotografiach tarczy Ganimedesa, większość z nas uznałaby ten odległy świat za niewiele ciekawszy od Merkurego czy choćby ziemskiego Księżyca. Tu i tam widać głównie odcienie szarości, z możliwymi do wyróżnienia ciemniejszymi i jaśniejszymi (geologicznie młodszymi) obszarami, z dodatkiem pokaźnej kolekcji kraterów. Różnica polega na tym, że widocznych formacji nie tworzyła zastygła lawa, lecz woda topiona uderzeniami meteorytów i pośpiesznie mrożona w temperaturach wahających się od -170°C do -110°C. Patrząc z daleka, moglibyśmy też łatwo przeoczyć, że nad lodowym pustkowiem unosi się delikatna tlenowa otoczka. Ciśnienie rzędu 2,5 mikropaskala oznacza, że atmosfera Ganimedesa jest dwieście milionów razy bardziej rozrzedzona od marsjańskiej i dziesiątki miliardów od ziemskiej. Oczywiście nie nadałaby się do oddychania, ale nawet śladowa obecność cząsteczkowego tlenu mogłaby odegrać rolę w hipotetycznych zjawiskach biochemicznych.

To, co najbardziej fascynujące pozostawało niedostępne dla zestawu kamer. Podczas drugiego przelotu w czerwcu 1996 roku, kiedy Galileo minął powierzchnię Ganimedesa w odległości 835 kilometrów, jego magnetometr wychwycił niespodziewany rodzaj zaburzenia. Odczyty wskazały, że obiekt generuje własne pole magnetyczne. Pięćdziesiąt razy słabsze od ziemskiego i wtopione w mocarną magnetosferę Jowisza, ale jednak. Żeby docenić ten fakt, musicie zdawać sobie sprawę, że trwałe pole magnetyczne nie jest czymś zupełnie pospolitym i jeszcze kilka dekad temu fizycy sądzili, że to luksus zarezerwowany wyłącznie dla masywniejszych ciał niebieskich. Nie posiada go ani nasz Srebrny Glob, ani pozostałe księżyce galileuszowe, ani w ogóle żaden inny naturalny satelita w Układzie Słonecznym. Mało tego, tarczą magnetyczną nie mogą się pochwalić również nasi planetarni sąsiedzi: Mars i Wenus.

Sprawa wciąż intryguje uczonych. Dlaczego księżyc posiada coś, czego nie zdołały utrzymać masywniejsze i gęstsze obiekty? Bazując na przykładzie Ziemi możemy domniemywać, że podstawowym warunkiem dla istnienia magnetosfery jest posiadanie rozgrzanego jądra, podtrzymującego krążenie stopionej metalicznej masy, wywołującej efekt dynama. Wydaje się, że największy księżyc Jowisza musi skrywać takie jądro, ale nie wiadomo co napędza cały ten mechanizm. Może przyczynia się do tego grawitacja macierzystej planety? Może intensywny rozpad promieniotwórczych pierwiastków? A może znaczenie ma wyjątkowy układ orbit trzech księżyców galileuszowych, uwikłanych w specyficzny rezonans, gdzie Ganimedes obiega Jowisza raz na dwa okrążenia Europy i co cztery okrążenia Io[3]. Znalezienie odpowiedzi pomoże nam lepiej zrozumieć również wnętrze naszej własnej planety.

Ganimedes księżyc Jowisza
Świetne ujęcie Ganimedesa wychylającego się zza cielska swojej planety macierzystej. Fotografię wykonał w 2007 roku Teleskop Hubble’a.

Największy ocean Układu Słonecznego

Najsmakowitszym sukcesem misji Galileo było jednak potwierdzenie, że trzy z czterech dużych satelitów Jowisza posiadają nieprzebrane zasoby wody (wyjątek stanowi jałowy i wulkaniczny Io). Swoją drogą, ustalenie tego faktu również nie byłoby możliwe bez magnetometru – w tym przypadku skupionego na Jowiszu. Bardzo silne i nieco przechylone względem osi obrotu planety pole magnetyczne nieustannie omiata pobliskie ciała i może ulegać zmianom, zależnie od ich zawartości. Powtarzając zgrabną metaforę Kevina Handa z NASA: księżyce Jowisza są jak pasażerowie, przechodzący przez bramkę kontrolną na lotnisku. Niektórzy okazali się ukrywać w kieszeniach coś, co włączyło alarm.

Wieloletnia analiza ogromu danych zgromadzonych przez aparaturę sondy pozwoliła postawić hipotezę o istnieniu oceanów indukujących pole magnetyczne w pobliżu Europy, Kallisto i rzecz jasna Ganimedesa. Ale to nie wszystko. Według przeprowadzonych symulacji, profil zarejestrowanych anomalii najlepiej tłumaczyły właściwości przewodzące słonej wody w stanie ciekłym.

Zidentyfikowanie płynnych oceanów w odległości prawie 800 milionów kilometrów od Słońca, stanowi jedno z ważniejszych osiągnięć współczesnej astronomii. W końcu tam, gdzie ciekła woda i tlen, tam rosną szanse na pojawienie się życia. Zwłaszcza, że mówimy tu o przypuszczalnie bardzo starych zbiornikach, zawierających łącznie (na wszystkich trzech księżycach) nawet dwudziestokrotnie więcej wody od naszej planety. Na samym Ganimedesie szacowana głębokość oceanu przekracza 100 kilometrów – co robi nie lada wrażenie w zestawieniu z Rowem Mariańskim sięgającym skromnych 11 kilometrów. A mówimy tylko o wodzie w formie ciekłej, bo grubość kompletnej wodnej otuliny – wraz z warstwami lodu – wynosi od 800 do tysiąca kilometrów, stanowiąc nawet 40% masy księżyca.

Wnętrze Ganimedesa
Przypuszczalny model wnętrza Ganimedesa. Płynny słony ocean może być uwięziony pomiędzy dwiema warstwami lodu.

Odpowiedzi przykryte lodem

W tej beczułce miodu znajduje się jednak spora łycha mrożonego dziegciu. Chociaż mamy powody by sądzić, że Ganimedes posiada większe zasoby ciekłej wody od wszechoceanu Ziemi, to wiemy też, że pozostają one w całości schowane pod warstwą lodu. I to takiej, przy której Arktyka zdaje się cieniutką krą. Co więcej, interesujący nas ocean może być wciśnięty pomiędzy dwie lub więcej warstw lodu o różnej gęstości. W takim przypadku dno tworzyłby lód III, czyli sprasowane cząsteczki wody tworzące pod ciśnieniem specyficzną strukturę krystaliczną.

Z punktu widzenia uczonych, zafiksowanych na poszukiwaniach ewentualnych śladów życia, zapewne byłoby korzystniej, gdyby słona woda miała bezpośredni dostęp do skalnego płaszcza, mogąc wypłukiwać z niego cenne pierwiastki. Wobec braku światła słonecznego, nie zawadziłaby również aktywność wulkanów, kriowulkanów[4] lub kominów termalnych.

Aż chciałoby się dożyć wysłania w tamte rejony czegoś więcej niż orbitera. Najlepiej wyspecjalizowanego robota, który przewierciłby się przez kilometry lodu i po prostu sprawdził, czy w którymś z tych odległych oceanów nie pływają jowiszowi kuzyni niesporczaków. To niestety na razie tylko fantastyka. W tej chwili musimy zdać się na spektrometry, magnetometry, radary i resztę ustrojstwa dźwiganego przez sondę JUICE, która w grudniu 2034 roku trafi na orbitę Ganimedesa, skanując go na wszelkie możliwe sposoby.

Sonda JUICE
Należąca do ESA sonda Jupiter Icy Moon Explorer rozpocznie badania księżyców Jowisza za osiem lat. To oczywiście tylko wizualizacja.

Jakoś nabrałem ochoty, żeby pograć w Kerbale.

Literatura uzupełniająca:
P. Murdin, Nieuporządkowane życie planet, przeł. J. Sawicka, Warszawa 2020;
K. Hand, Pozaziemskie oceany. Poszukiwanie życia w głębinach kosmosu, przeł. Z. Lamża, Kraków 2022;
K. Ziołkowski, Poza Ziemię. Historia lotów międzyplanetarnych, Warszawa 2017;
W. Clavin, Ganymede May Harbor ‘Club Sandwich’ of Oceans and Ice, [online: www.jpl.nasa.gov/news/ganymede-may-harbor-club-sandwich-of-oceans-and-ice];
A. Showman, R. Malhotra, The Galilean Satellites, “Science” 1999, vol. 286, [online: www.science.org/doi/10.1126/science.286.5437.77];
M. Johnson-Groh, Galileo Provides New Insights About Ganymede’s Environment, [online: https://scitechdaily.com/galileo-provides-new-insights-about-ganymedes-environment/];
M. Delitsky, A. Lane, Ice Chemistry on the Galilean Satellites, [online: web.archive.org/web/20061003013845/http://trs-new.jpl.nasa.gov/dspace/bitstream/2014/20675/1/98-1725.pdf];
Gdybyście chcieli zrobić sobie fajny sok lub drinka: Space JUICE Recipe Book, [online: https://esamultimedia.esa.int/docs/science/JUICErecipebookv1.5.pdf].
[+]
Total
0
Shares
Zobacz też
Czytaj dalej

Takie tam stożki… świetlne

Stożek świetlny to chyba najpowszechniejsze, graficzne przedstawienie czasoprzestrzeni i wizytówka fizyków relatywistycznych. Można go spotkać w większości pozycji poświęconych teorii względności, choć często bez próby dłuższego pochylenia się nad jego znaczeniem.