ガニメデ (衛星)

概要

ガニメデは、木星の第3衛星であり、太陽系最大の衛星です。半[[径]]と質量は、太陽系内の衛星の中で最大であり、その大きさは惑星である水星をも上回ります。しかし、質量は水星の半分以下に留まります。ガニメデは、金属核を持ち、太陽系内の固体天体としては最も低い規格化された慣性モーメントを持つという特徴があります。また、磁場を持つことが確認されている唯一の衛星でもあります。

ガリレオ衛星の一つであり、木星の衛星の中では7番目に内側を公転しています。ガニメデはおよそ7日かけて木星を公転し、エウロパとイオと1:2:4の軌道共鳴を起こしています。比較的明るい衛星で、双眼鏡でも観測が可能です。

特徴

ガニメデは、ケイ酸塩岩石と水の氷がほぼ半々の割合で構成されています。内部には鉄を豊富に含む液体の核と、地球の海よりも多くの水を保持している可能性のある内部海が存在すると考えられています。表面には、クレーターで覆われた古い暗い領域と、溝や尾根が多数見られる明るい領域が存在します。この二つの地形は混在しており、一様な分布ではありません。

ガニメデの磁場は、液体の鉄の核での対流によって生成されていると考えられています。この磁場は、巨大な木星の磁場の中に埋もれており、磁力線の局所的な変動としてのみ観測されます。また、ガニメデは薄い酸素大気を持ち、酸素原子、酸素分子、そしておそらくオゾンを含んでいます。

地形

ガニメデの表面は、大きく分けて二つの地形が見られます。

暗い領域（Dark Terrain）: 40億年前に形成されたと考えられている、クレーターで覆われた古い地形です。衛星表面の約3分の1を占めています。
明るい領域（Bright Terrain）: クレーターが少なく、溝や尾根が多数見られる、比較的若い地形です。衛星表面の約3分の2を占めています。

これらの地形は混在しており、明確な境界があるわけではありません。溝状地形は「ファロウ」と呼ばれ、同心円状であることが画像解析によって判明しています。この地形は、かつて小[[惑星]]が衝突した際に形成された、太陽系最大規模の多重クレーターであると考えられています。

明るい領域の地形形成の要因は不明ですが、潮汐加熱による地殻活動の結果である可能性が指摘されています。

発見

ガニメデは、1610年1月7日にガリレオ・ガリレイによって発見されました。ガリレオは当初、3つの天体として観測していましたが、後の観測で4つの天体であることが判明しました。この発見は、地球以外の天体を公転する天体の最初の発見例となりました。ガニメデの名前は、ギリシア[[神話]]に登場する美少年ガニュメーデースに由来します。

ガリレオの発見とほぼ同時期に、天文学者シモン・マリウスもガニメデを発見し、名前を提案しました。ガリレオとマリウスの間で発見の先取権をめぐり論争がありましたが、最終的にはガリレオが発見者として認められました。

軌道と自転

ガニメデは、木星から約107万kmの距離を公転しており、公転周期は約7日と3時間です。自転周期と公転周期が同じであるため、常に同じ面を木星に向けています。ガニメデの軌道は、わずかな離心率と傾斜角を持ち、これらは時間とともに変動します。

ガニメデは、エウロパとイオと軌道共鳴を起こしており、それぞれの公転周期は1:2:4の関係にあります。この軌道共鳴はラプラス共鳴と呼ばれ、非常に複雑な動きをしています。

物理的特性

ガニメデは、太陽系最大の衛星であり、直径は5,268kmです。これは、水星よりも大きく、月の約1.5倍の大きさです。質量は、月の約2倍あります。平均密度は1.936g/cm³で、岩石と水の氷がほぼ半々の割合で構成されていることを示唆しています。

表面には水氷が普遍的に存在しており、特に溝の多い領域では氷の含有量が多いです。近赤外線の分光観測によって、水氷の吸収スペクトルが確認されています。また、二酸化炭素や二酸化[[硫黄]]、有機化合物なども検出されています。ガニメデの表面アルベドは約43%であり、先行半球の方が後行半球よりも明るいという特徴があります。

内部構造

ガニメデは、完全に分化した天体であると考えられています。内部には、鉄と硫化[[鉄]]からなる核、ケイ酸塩岩石のマントル、そして水の氷と液体の水の外層が存在すると考えられています。内部海の存在は、ガリレオ探査機やハッブル宇宙望遠鏡の観測によって示唆されています。

内部海は、氷の層の下に存在し、地球の海よりも多くの水を持つ可能性があると考えられています。また、水と岩石の接触は、生命の起源にとって重要な要素となる可能性があります。

核は、液体の鉄とニッケルが豊富で、対流によって磁場を生成しています。

大気と磁気圏

ガニメデは、非常に希薄な酸素大気を持っています。この大気は、酸素原子、酸素分子、そしておそらくオゾンを含んでいます。酸素大気は、生命の存在を示すものではなく、ガニメデの氷の表面が放射線によって分解された結果と考えられています。

ガニメデは、独自の磁場を持つことが確認されています。この磁場は、木星の磁場の中に埋もれていますが、ガニメデの周囲に小さな磁気圏を形成しています。ガニメデは、磁気圏を持つ唯一の衛星です。磁気圏は、荷電粒子を閉じ込め、オーロラを発生させるなど、様々な現象を引き起こしています。

起源と進化

ガニメデは、木星の周りにあったガスと塵からなる周惑星円盤の中で形成されたと考えられています。集積には、カリストよりも短い時間しかかからなかったとされています。形成時には、氷が融解し、分化が起こりました。その結果、岩石は中心部に沈んで核を形成し、ガニメデは完全に分化した天体となりました。

ガニメデは、形成後に内部の熱をゆっくりと放出し、現在でも内部海や磁場を維持していると考えられています。また、過去には潮汐加熱によって、地殻活動が活発であった時期があったと考えられています。

探査

ガニメデは、これまで多くの探査機によって観測されてきました。パイオニア10号、パイオニア11号、ボイジャー1号、ボイジャー2号、ガリレオ探査機などがガニメデをフライバイし、その大きさを測定したり、表面の地形を観測したり、磁場や内部海の存在を示唆するデータを得たりしました。

現在、欧州宇宙機関（ESA）のJUICE探査機がガニメデを含む木星の衛星系を探査しています。JUICEは、ガニメデの周回軌道に入り、詳細な観測を行う予定です。また、ロシア宇宙科学研究所は、ガニメデ着陸ミッションを計画しています。

これらの探査によって、ガニメデのさらなる謎が解明されることが期待されています。

その他の情報

ガニメデには、ギリシア[[神話]]や中近東の神話に登場する人物や神々の名前が付けられたクレーターが多数存在します。

また、ガニメデを題材にした多くの作品が存在します。

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