Галілеєві супутники — це чотири найбільші супутники Юпітера. За спаданням розміру вони розташовуються у такому порядку: Ганімед, Каллісто, Іо та Європа. Проте їх близькість до яскравого диска Юпітера робить спостереження неозброєним оком надзвичайно складним. Натомість за допомогою звичайних біноклів їх можна легко побачити навіть у міських умовах зі значним світловим забрудненням. Винахід телескопа дав змогу астрономам відкрити ці супутники у 1610 році. Це були перші об'єкти Сонячної системи, відкриті після того, як люди почали спостерігати й описувати класичні планети, а також перші відомі небесні тіла, що обертаються навколо планети, відмінної від Землі.
Вони належать до супутників планетарної маси та є серед найбільших об'єктів у Сонячній системі. Усі чотири, разом із Титаном, Тритоном та Місяцем, перевищують за розмірами будь-яку карликову планету Сонячної системи. Найбільший із них, Ганімед, є найбільшим супутником у Сонячній системі та навіть перевершує Меркурій за розміром (але не за масою). Каллісто лише трохи менший за Меркурій, тоді як менші супутники — Іо та Європа — мають приблизно розміри Місяця.
Три внутрішні супутники — Іо, Європа та Ганімед — перебувають у 4:2:1 орбітальному резонансі, тобто їхні періоди обертання навколо Юпітера перебувають у строгому співвідношенні 4:2:1. На відміну від них, решта супутників Юпітера мають неправильну, несферичну форму, оскільки їхня маса недостатня, щоб власна гравітація надала їм сферичної форми.
Галілеєві супутники отримали свою назву на честь Галілео Галілея, який спостерігав їх уперше наприкінці грудня 1609 року або на початку січня 1610 року, а в березні 1610 року остаточно визнав їх супутниками Юпітера. Протягом майже трьох століть вони залишалися єдиними відомими супутниками Юпітера, доки у 1892 році не був відкритий п'ятий за розміром його супутник — Амальтея.
Спершу Галілей назвав своє відкриття Cosmica Sidera («космічні зорі») або Medicean Stars («медичейські зорі») — на честь свого покровителя, герцога Козімо II Медичі. Проте сучасні назви, якими користуються сьогодні, були запропоновані німецьким астрономом Симоном Маріусом. Він відкрив ці супутники незалежно від Галілея майже одночасно — 8 січня 1610 року, — і дав їм імена персонажів давньогрецької міфології, яких Зевс викрадав або спокушав. Цю систему назв спершу запропонував Йоганн Кеплер у своїй праці Mundus Jovialis («Юпітерів світ»), опублікованій у 1614 році.
Відкриття галілеєвих супутників стало важливим етапом у розвитку астрономії, продемонструвавши значення телескопа як інструмента для дослідження неба, адже воно довело існування об'єктів у космосі, які неможливо побачити неозброєним оком. Крім того, воно завдало серйозного удару по тодішній панівній серед освічених європейців птолемеївській системі світу — геоцентричній моделі, згідно з якою всі небесні тіла обертаються навколо Землі.
Історія
Спостереження до відкриття У давньокитайських астрономічних записах є згадка, що Ган Де у 365 році до н. е. спостерігав неозброєним оком об'єкт поблизу Юпітера, який, ймовірно, міг бути одним із його супутників — Ганімедом. Водночас Ган Де описав цей об'єкт як червонуватий, що викликає певні сумніви, оскільки супутники надто тьмяні, аби людське око могло розрізнити їхній колір. Ган Де разом із Ши Шенем зробили досить точні для свого часу спостереження п'яти основних планет, що було значним досягненням у давній китайській астрономії.
Відкриття Завдяки вдосконаленням, які Галілео Галілей вніс у конструкцію телескопа, збільшення якого сягало приблизно 20×, він зміг спостерігати небесні тіла значно чіткіше, ніж будь-хто до нього. Це дало йому змогу у січні 1610 року вперше побачити те, що нині відоме як галілеєві супутники. 7 січня 1610 року Галілей написав листа, у якому вперше згадав про «зорі» біля Юпітера. На той момент він бачив лише три об'єкти й вважав їх нерухомими зорями поруч із планетою. Як з'ясувалося пізніше, це були Ганімед, Каллісто та об'єднане світло від Іо та Європи, які на той час перебували дуже близько одне до одного. Наступної ночі Галілей помітив, що ці «зорі» змістилися, що вказувало на їхню рухливу природу. 13 січня 1610 року він вперше одночасно спостерігав усі чотири супутники, хоча до цієї дати кожен із них він уже бачив принаймні один раз. 15 січня Галілей дійшов висновку, що це не зорі, а небесні тіла, які обертаються навколо Юпітера. Спостереження за цими об'єктами він продовжував до 2 березня 1610 року, ретельно фіксуючи їхні положення та рух.
Відкриття Галілея довело ключову роль телескопа як інструмента астрономічних досліджень, показавши, що у космосі існують об'єкти, які залишалися невидимими неозброєним оком і ще ніколи не були виявлені людьми. Ще важливішим було те, що відкриття небесних тіл, які обертаються навколо об'єкта, відмінного від Землі, завдало серйозного удару по тогочасній птолемеївській системі світу. Згідно з нею, Земля перебуває у центрі Всесвіту, а всі інші небесні тіла рухаються навколо неї. 13 березня 1610 року Галілей опублікував працю Sidereus Nuncius («Зоряний вісник»), у якій оголосив про свої відкриття, зроблені за допомогою телескопа. Хоча у цій праці він прямо не згадував геліоцентричну модель Коперника, яка стверджувала, що у центрі Всесвіту розташоване Сонце, Галілей поділяв та підтримував теорію Коперника.
Назви У 1605 році Галілея запросили працювати репетитором з математики для Козімо Медічі. У 1609 році Козімо став великим герцогом Тосканським Козімо II. Галілей, прагнучи здобути підтримку від свого колишнього учня та його впливової родини, використав відкриття супутників Юпітера для отримання покровительства. 13 лютого 1610 року Галілей написав листа секретарю великого герцога:«Бог дарував мені можливість, через такий винятковий знак, продемонструвати моєму Володарю мою відданість і бажання, щоб його славне ім'я сяяло серед зір. І оскільки мені, як першовідкривачу, належить назвати ці нові планети, я бажаю, наслідуючи великих мудреців, які поміщали найвидатніших героїв своєї епохи серед зір, присвятити їх ім'ям Найяснішого Великого Герцога».Спочатку Галілей назвав своє відкриття Cosmica Sidera («зорі Козімо»), на честь Козімо особисто. Проте секретар Козімо запропонував змінити назву на Medicea Sidera («медичейські зорі»), щоб вшанувати всіх чотирьох братів Медічі — Козімо, Франческо, Карло та Лоренцо. Про відкриття було оголошено у праці Sidereus Nuncius («Зоряний вісник»), опублікованій у Венеції в березні 1610 року, менш ніж через два місяці після перших спостережень.
Визначення довготи Відкриття Галілея мало практичне застосування. Для безпечної навігації важливо було точно визначати положення корабля в морі. Якщо широту можна було виміряти достатньо точно за допомогою місцевих астрономічних спостережень, то визначення довготи вимагало знання точного часу спостереження, синхронізованого з часом на довідковому меридіані. Проблема визначення довготи була настільки актуальною, що різні країни — Іспанія, Нідерланди та Велика Британія — у різні часи пропонували великі грошові премії за її вирішення.
Галілей запропонував визначати довготу за часом орбіт галілеєвих супутників Юпітера. Часи затемнень супутників можна було заздалегідь точно розрахувати та порівнювати з місцевими спостереженнями на суші чи на кораблі, щоб визначити місцевий час, а отже — довготу. У 1616 році Галілей подав заявку на іспанську премію в розмірі 6 000 золотих дукатів із довічною пенсією 2 000 дукатів на рік, а майже через два десятиліття — на нідерландську премію, хоча на той час він уже перебував під домашнім арештом через підозру у єресі.
Головною проблемою методу спостереження супутників Юпітера було те, що складно було вести спостереження через телескоп на кораблі, що рухався. Галілей намагався вирішити цю проблему за допомогою винайденого ним челатона. Інші вчені пропонували різні покращення, але безуспішно. Проблема визначення довготи існувала й під час земельних топографічних зйомок, хоча умови спостереження були менш складні. Метод виявився практичним і був використаний Джованні Доменіко Кассіні та Жаном Пікаром для повторного картографування Франції.
Орбіти
Систему Юпітера інколи називають «Сонячною системою у мініатюрі». Ганімед переважає за розміром планету Меркурій. На Європі існує рідкий океан та може існувати життя. На Іо вирують потужні вулкани. Іо, Європа і Ганімед перебувають в орбітальному резонансі — їх орбітальні періоди відносяться як 1:2:4.
Для галілеєвих супутників характерна закономірність: що далі супутник розташований від Юпітера, то нижча його середня густина і то більше на ньому води (у твердому або рідкому станах). Одна з гіпотез пояснює це тим, що в ранні епохи еволюції Сонячної системи Юпітер був набагато гарячіший, і леткі сполуки (зокрема водяна пара) руйнувались в областях, близьких до планети.
Характеристики супутників
НазваЗображенняВнутрішня структура Діаметр(км) Маса(кг) Щільність(г/см³) Велика піввісь(км)Computed using the IAU-MPC Satellites Ephemeris Service µ value Орбітальний період(дні)Source: JPL/NASA Нахил орбіти(°)Computed from IAG Travaux 2001 . Ексцентриситет 3660,0 × 3637,4 × 3630,6 3,528 421 800 1,769 (1) 0,050 0,0041 3121,6 3,014 671 100 3,551 (2) 0,471 0,0094 5262,4 1,942 1 070 400 7,155 (4) 0,204 0,0011 4820,6 1,834 1 882 700 16,69 (9,4) 0,205 0,0074
Io
Іо (Jupiter I) — найближчий до Юпітера з чотирьох галілеєвих супутників. Його діаметр становить 3642 км, що робить його четвертим за розміром природним супутником у Сонячній системі. Він лише трохи більший за Місяць. Назву отримав на честь Іо — жриці Гери, яка, за давньогрецькою міфологією, стала коханою Зевса. До середини XX століття супутник позначали як «Jupiter I» або «перший супутник Юпітера».
Іо має понад 400 активних вулканів, що робить його найбільш геологічно активним об'єктом у Сонячній системі. На його поверхні розташовано понад 100 гір, деякі з яких вищі за гору Еверест на Землі. На відміну від більшості супутників зовнішньої частини Сонячної системи, вкритих товстим шаром льоду, Іо складається переважно з силікатних порід, що оточують розплавлене ядро з заліза або залізного сульфіду.
Хоча це поки що не доведено, дані, отримані космічним апаратом Галілео, свідчать про те, що Іо може мати власне магнітне поле. Атмосфера супутника надзвичайно розріджена та складається переважно з діоксиду сірки (SO₂). Якщо в майбутньому на Іо висадиться апарат для збору даних із поверхні, він має бути надзвичайно міцним (подібно до радянських апаратів серії Венера), щоб витримати потужне випромінювання та вплив сильного магнітного поля Юпітера.
Європа
Європа (Jupiter II) — другий за відстанню до Юпітера та другий із чотирьох галілеєвих супутників Юпітера. Це найменший із галілеєвих супутників, його діаметр становить 3121,6 кілометра, що трохи менше за Місяць. Назва походить від міфічної фінікійської аристократки Європи, до якої залицявся Зевс і яка стала царицею Криту. Широке використання цієї назви почалося лише в середині XX століття.
Поверхня Європи гладка та яскрава. Під її крижаним покривом, який, за оцінками, має товщину близько 100 км, міститься водяний шар, що оточує мантію супутника. Гладкість і відносна «молодість» поверхні дозволили висунути гіпотезу про наявність підлідного океану, який потенційно може бути придатним для існування життя. Підтримка рідкого стану океану забезпечується тепловою енергією від приливного нагрівання, яка також стимулює геологічну активність. Хоча на сьогодні немає прямих доказів існування життя на Європі, ймовірність наявності рідкої води стимулює плани щодо відправлення дослідницьких апаратів на супутник.