Galilein kuut

Galileo Galilei löysi kaukoputkellaan 7. tammikuuta 1610 Jupiterin neljä suurinta kuuta. Galileo havaitsi kuiden liikkeen usean päivän aikana ja ymmärsi niiden kiertävän Jupiterin ympäri. Tämä löytö tuki Nikolaus Kopernikuksen aurinkokeskistä maailmankuvaa ja osoitti, ettei kaikki pyöri maapallon ympärillä.

Galileo kutsui aluksi löytöään nimellä Cosmica Sidera, silloisen Toscanan herttuan Cosimo II de' Medicin kunniaksi. Herttuan ehdotuksesta hän alkoi käyttää nimeä Medicea Sidera ("Medici-tähdet"), herttuan ja hänen kolmen veljensä mukaan. Löytö julkaistiin Sidereus Nuncius-lehdessä maaliskuussa 1610, kaksi kuukautta havainnon jälkeen. Omissa muistiinpanoissaan Galileo käytti kuista järjestyslukuja I, II, III ja IV, Jupiterista poispäin laskien. Vuonna 1614 saksalainen Simon Marius julkaisi tutkimuksensa Mundus Jovialis, jossa hän väitti löytäneensä kuut jo Galileoa ennen ja käytti niistä nimiä Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto. Galileon mukaan tämä oli plagiointia, mutta Mariuksen ehdottamat nimet jäivät kuitenkin käyttöön.

Myöhemmin on väitetty että kiinalainen astronomi Gan De olisi löytänyt kuut jo vuonna 362 eaa., lähes kaksi vuosituhatta Galileoa aikaisemmin. Galilein kuut ovat saattaneet olla tunnettuja myös muinaiskansoille: babylonialaisella jumalalla Mardukilla, joka oli myös nimitys Jupiterille, sanottiin olevan neljä koiraa. Egyptiläisellä taivaanjumalalla Hathorilla, jonka nimeä käytettiin myös Jupiterista, oli niin ikään neljä poikaa. Galilein kuut olisivat tavallisen näön omaavalle ihmiselle helposti havaittavissa, elleivät ne peittyisi Jupiterin kirkkauteen. On teoriassa mahdollista, että harjaantunut tutkija pystyisi näkemään kuut paljaalla silmällä, mutta on arvailujen varassa, pystyivätkö muinaiskansat siihen. Maasta käsin kaukoputkilla 1800-luvun loppuun mennessä tehdyillä havainnoilla nähtiin kuista muun muassa niiden värit: oranssinpunainen, kirkkaan valkoinen, sinertävä ja himmeänvalkoinen.[1]

Galilein kuut Jupiterista poispäin laskien ovat:

Nimi	Kuva	Radan säde (km)	Radan säde Jupiterin sädettä	Kiertoaika (päivää)	Läpimitta (km)	Massa (kg)
Io		421 800	5,9	1,77	3643	8,93×1022
Europa		671 100	9,4	3,55	3122	4,8×1022
Ganymedes		1 070 400	15,0	7,16	5262	1,48×1023
Kallisto		1 882 700	26,4	16,69	4821	1,08×1023

Nimi	Tiheys	Sisustan rakenne	Silikaatin osuus	Muuta
Io	3,53		100 %	rikkiyhdisteitä, silikaattia, 900 km säteinen rautaydin
Europa	3,01		85–100 %	pieni rautaydin? silikaatti, vesikerros
Ganymedes	1,94		43–73 %
Kallisto	1,83		42–66 %	40 % jäätä, 60 % kiveä

Jupiterin magneettikenttä ulottuu Jupiterin sisimpiin kuihin voimakkaana. Tämä aiheuttaa kuiden pinnalle säteilyä, joka on tappavan voimakasta Ion ja Europan pinnalla[2].

Sisimmät Galilein kuut ovat rataresonanssissa niin, että Europan kiertoaika on kaksi kertaa Ion kiertoaika, ja Ganymedeen kiertoaika kaksi kertaa Europan kiertoaika. Niinpä sisimpien kuiden kiertoaikojen suhde on 1:2:4. Myös näiden kuiden asemien välillä on riippuvuus, niin että sama kuiden asento Jupiteriin nähden toistuu usein.

Galilein kuut ovat keskenään rataresonanssissa. Tunnetuin resonanssi on Ion, Europan ja Ganymedeen kiertoaikojen tasainen suhdeluku 1:2:4 eli kulmataajuuksian suhdeluku 1:1/2:1/4.

Eräs matemaattinen tapa ilmaista Ion ja Europan kiertoaikojen suhde on

${\displaystyle n_{\rm {Io}}-2\cdot n_{\rm {Europa}}=0}$

jossa n on kulmataajuus, kiertoajan käänteisluku, eli 1/kiertoaika.

Mutta yhtälössä on tarkkaan ottaen mukana myös Ion Jupiteria lähimmän pisteen, perijoven kiertyminen.

${\displaystyle n_{\rm {Io}}-2\cdot n_{\rm {Europa}}+{\dot {\omega }}_{\rm {Io}}=0}$

${\displaystyle {\dot {\omega }}_{\rm {Io}}}$ eli omega-io on Ion Jupiteria lähimmän pisteen kiertymisen kulmataajuus.

Myös kuiden keskinäisten asemien, longitudien välillä on tunnettu suhde

${\displaystyle \Phi _{L}}$${\displaystyle =\lambda _{\rm {Io}}-3\cdot \lambda _{\rm {Eu}}+2\cdot \lambda _{\rm {Ga}}}$${\displaystyle =180^{\circ }}$

jossa ${\displaystyle \lambda }$ on longitudi, kuun asema Jupiter-Aurinko-linjaan nähden.

Neljä Jupiterin suurinta kuuta.

Jupiterin sisimpien kuiden uskotaan syntyneen samalla tavoin kuin Aurinkokunta, mutta keskustähden paikalla oli Jupiter, joka synnyinaikanaan hehkui kuumana, kun siihen virtasi kaasua alkuaurinkosumusta kaasukiekon kautta. Tässä kaasukassa oli metalli-pöly-jäähitusia, joista kuut tiivistyivät, kun nämä hituset törmäilemällä toisiinsa kasvoivat ajan mukana yhä isommiksi. Jupiteriin putoavan kaasun kitka lämmitti planeetan punahehkuiseksi. Jupiterin väitetään olleen kymmenen kertaa nykyistä suurempi ja kutistuneen nykyiselleen noin kymmenessä miljoonassa vuodessa. Alussa Jupiterin säteilyvoima oli jopa 0,01 Aurinkoa, ja miljoonan vuoden kuluttua noin miljoonasosa Auringon säteilystä. Jupiterin kuiden tiheysjakaumassa sisin kuu Io on tihein, Europa hieman harvempi ja Ganymedes ja Kallisto vielä harvempia. Tämän mukaan Io tai Europa vastaa kappaleiden tiheyttä asteroidivyöhykkeellä. Erään teorian mukaan tiheysjakauma selittyy sillä, että kuiden syntyaikoina Jupiter loisti kuin pieni tähti, ja sulatti Ion jäät, mutta jätti paljon jäätä ulompiin kuihin. Toisen näkemyksen mukaan Jupiterin kuita kuumensivat asteroiditörmäykset, joita tapahtui Jupiterin lähellä olevassa Iossa enemmän kuin muissa Jupiterin kuissa. Näiden törmäysten takia Ganymedeksen kivet ja jäät lajittuivat eri kerroksiin, koska Ganymedes kuumeni kyllin, mutta Callisto ei lajittunut. [3]. Ion jäättömyyteen voi osaltaan vaikuttaa kuun oleminen Jupiterin lähellä, josta aiheutuu suuri vuorovesivoimien kuumentava vaikutus. Tähän kuvaan ei sovi Ion radan sisäpuolella oleva Amalthea, joka on tiheytensä puolesta harvaa jäätä, jonka tiheys on 0,84 g/cm³. Vuorovesivoimat eivät Amalthean kaltaiseen pieneen kappaleeseen vaikuta niin voimakkaina kuin suuriin Jupiterin kuihin. Nykyään Jupiterin kuiden arvellaan muodostuneen melko myöhään harventuneessa alkuaurinkosumussa, joka tuotti Jupiterin ympärille melko hitaasti kasautuvan, melko viileän kaasukiekon.[4][5]

Jupiterin kuiden radoilla on kiertoaikaresonansseja niin kuin Aurinkokunnassa, ja siis samantyyppinen etäisyysjakauma kuin Aurinkokunnassa.

• Formation of Galilea moons (Arkistoitu – Internet Archive)