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Callisto, il satellite galileiano più lontano da Giove

Callisto si pone oltre la fascia delle radiazioni emesse da Giove. Per dimensione è paragonabile con Mercurio, collocandosi come terzo satellite più grande del Sistema Solare. L’aspetto del satellite è testimone dell’intenso bombardamento che ha subíto.

Le strutture da impatto, crateri delle dimensioni più varie, sono presenti in modo uniforme su tutta la superficie. Non sono presenti rilievi di una certa importanza e ciò si presume sia dovuto all’azione modellatrice del ghiaccio presente in superficie che, agendo su tempi scala geologici, cancella progressivamente ogni traccia di strutture più antiche.

A dominare la scena vi sono due enormi crateri: il bacino Valhalla e il bacino Asgard, i cui diametri sono rispettivamente di 3000 e 1600 chilometri.

Callisto
Mosaico di due immagini che mostra un’area all’interno del bacino Valhalla (Sonda Galileo, 4 Novembre 1996).

Merita poi attenzione la Gipul Catena, una struttura formata da crateri che però si sviluppa su una linea retta. Questa caratteristica così particolare potrebbe essere frutto della frammentazione di un corpo di passaggio (troppo ravvicinato) presso Giove: il gigante gassoso ci ha già dato spettacolo delle sue imponenti forze mareali frammentando la cometa Shoemaker-Levy 9 prima che essa precipitasse sulla sua superficie.

Il pianeta è geologicamente inattivo ma le analisi condotte indicano che è in possesso di un campo magnetico che è variabile in direzione a seconda delle diverse configurazioni orbitali del satellite rispetto al campo gioviano. Ciò ha condotto all’ipotesi che esista uno strato fluido molto conduttivo, nello specifico un oceano salato dello spessore di circa 10 chilometri al di sotto della crosta ghiacciata del corpo.

A rafforzare questa ipotesi c’è l’osservazione della zona di emisfero opposta al bacino Valhalla: tale regione infatti non presenta alcuna frattura, che è invece una struttura tipica sul nostro satellite naturale o sul pianeta Mercurio.

Callisto
Immagine di Callisto dalla sonda Galileo della NASA nel 2001. Credit: NASA

Ciò sembrerebbe suggerire la presenza di una grande massa liquida che abbia agito come cuscinetto, assorbendo le onde sismiche e impedendo che queste potessero rifocalizzarsi dalla parte opposta dell’impatto. Il nucleo interno si ritiene sia una composizione di roccia e ghiaccio compressi, con una percentuale di roccia maggiore negli strati più interni del pianeta.

Da segnalare la presenza di una tenue atmosfera composta principalmente da anidride carbonica, scoperta grazie allo spettrometro della sonda Galileo. I valori di pressione e densità ci portano a dedurre che un’atmosfera come quella di Callisto si disperderebbe in circa 4 giorni, quindi esiste qualche meccanismo in grado di rifornirla in continuazione: si pensa possa essere la sublimazione del ghiaccio di anidride carbonica in superficie.

I sorvoli della Galileo hanno rivelato ancora che la luna è in possesso di una ionosfera. Le misure della densità elettronica hanno mostrato valori tanto alti da fare ritenere che l’atmosfera sia dominata dall’ossigeno molecolare (con una concentrazione 10-100 volte superiore rispetto a quella dell’anidride carbonica). Tuttavia quest’ultimo non è stato ancora rilevato direttamente.

Callisto
Mappa dell’intera superficie di Callisto. La qualità delle immagini di partenza varia dai 20 km/pixel ai 150 m/pixel.

Particolarità di Callisto

A causa della sua maggiore distanza da Giove, 1.883.000 km, non è in risonanza orbitale con gli altri satelliti medicei, pur ruotando in modo sincrono attorno al pianeta; l’assenza della risonanza comporta la mancanza di un apprezzabile riscaldamento dovuto ad effetti mareali (Tsuperficie=120K); inoltre trovandosi Callisto al bordo esterno della magnetosfera di Giove, il flusso di particelle cariche sulla superficie è molto scarso, circa 300 volte inferiore a quello di Europa.

Callisto

L’orbita, percorsa da Callisto in 16.68902 giorni terrestri, mostra una modesta eccentricità ed inclinazione, che cambiano quasi periodicamente, su scala secolare, a causa delle perturbazioni gravitazionali planetarie e solari per l’effetto Kozai (eccentricità=0.0072-0.0076, inclinazione=0.20o– 0.06o).Tali variazioni orbitali causano variazione nell’inclinazione dell’asse del satellite, che varia tra 0.4o e 1.6o.

A seguito dei dati rilevati dalla sonda Galileo, che lo ha sorvolato 4 volte nel 1996/97 e nel 2001, arrivando ad una distanza dalla superficie di 138 km, Callisto è stato scelto come target del progetto NASA “HOPE” (Human Outer Planet Exploration), riguardante le future esplorazioni del Sistema Solare; il progetto consiste nel costruire sulla sua superficie una base per produrre il combustibile per le successive esplorazioni del Sistema Solare esterno, oltre ad essere una base ideale ideale per l’esplorazione del sistema gioviano, in particolare di Europa. Il satellite è stato “visitato” anche dalle sonde Pioneer 10 e 11 nel 1970, dalla sonda Cassini nel 2000 e dalla sonda New Horizons nel febbraio-marzo 2007.

Struttura interna

Callisto ha una massa di 1.08×1023 kg e la sua densità (1.83 g/cm3) indica la presenza di un miscuglio di roccia e ghiaccio d’acqua in quantità approssimativamente equivalenti, con tracce di elementi organici; quindi lo strato di ghiaccio è più spesso che negli altri satelliti galileiani.

La composizione delle rocce non è nota, ma si sospetta sia simile a quella delle condriti ordinarie H (cioè pesanti) ma senza ferro e molti più ossidi di ferro.Dai dati della sonda Galileo si è dedotto il satellite dovrebbe essere composto dal 49% di ghiaccio di acqua e dal 51% di roccia; la crosta rocciosa superficiale sembra si muova su un oceano salato profondo tra i 50 km e i 200 km, che potrebbe anche ospitare delle forme di vita; al di sotto dell’oceano ci sarebbe uno strato di ghiaccio dello spessore compreso fra gli 80 km e i 150 km.

Callisto
La struttura interna di Callisto.

Nel caso tale oceano salato non esistesse, lo strato ghiacciato sotto la crosta superficiale dovrebbe superare lo spessore di 300 km. La parte più interna di Callisto sembra composta di roccie e ghiaccio compressi e la percentuale di roccia sembra cresce all’aumentare della profondità, fino ad arrivare al piccolo nucleo di soli silicati, il cui raggio non dovrebbe superare i 600 km.

La presenza dell’oceano salato sotto la superficie spiegherebbe il comportamento del campo magnetico di Callisto, che varia in direzione a seconda delle diverse configurazioni orbitali del satellite rispetto al campo magnetico di Giove, cosa facilmente spiegabile se all’interno di Callisto si trova uno strato di fluido molto conduttivo, quindi acqua con delle piccole percentuali di sale, ammoniaca o qualunque altra sostanza anticongelante.

Callisto
Callisto, una delle lune di Giove, 1979.

Inoltre l’emisfero opposto alla struttura a raggiera Valhalla, resto di un impatto meteorico, non mostra fratture, contrariamente a quanto si vede sulla Luna o Mercurio per crateri simili, e uno strato liquido sarebbe ingrado di assorbire le onde sismiche prima che si rifocalizzino sul punto opposto della crosta superficiale.

Pur sospettando che tale oceano possa contenere dei microrganismi extraterrestri, le condizioni per la presenza di forme di vita in esso sono meno favorevoli di quelle di Europa, soprattutto a causa della mancanza di contatti con materiale roccioso e dello scarso riscaldamento proveniente dalle zone interne del satellite.

Questa struttura parzialmente differenziata di Callisto sarebbe legata alla come si è formato il satellite; la teoria più accreditata ipotizza che si sia formato dal disco di gas e polveri che circondava Giove, subito dopo la formazione del pianeta, per lento accrescimento in circa 0.1-10 milioni di anni.

La mancanza del riscaldamento dovuto a forze mareali ha impedito la liquefazione del ghiaccio presente e quindi il rimescolamento del materiale sarebbe avvenuto solo all’interno di strati di spessore limitato, ad esempio in superficie lo strato sarebbe stato di soli 100 km; più internamente gli strati di ghiaccio si differenziavano per la fase di cristallizzazione (ne sono stati identificati 7), a causa della forte pressione.

Superficie

La superficie di Callisto è relativamente scura (albedo=0.20), meno della metà degli altri satelliti galileiani, e mostra una crosta molto antica, circa 4 miliardi di anni (età del Sistema Solare), e segnata da grandi crateri di origine meteorica, i più grandi dei quali sono stati cancellati dai movimenti della crosta ghiacciata durante le ere geologiche (palinsesti), così come le montagne: i meteoriti che hanno formato i crateri hanno sfondato la sua crosta portando alla superficie acqua, che qui si è consolidata, così si sono formate le strutture di ghiaccio a raggiera e ad anello che si vedono attorno ai crateri.

Per lo stesso motivo non sono presenti crateri con diametro inferiore ad 1 km, anche se le molte piccole zolle e cavità presenti sulla superficie ne sono i resti, in quanto non ci sono traccie di attività geologiche simili alla tettonica a zolle terrestre.

Sulla superficie sono anche visibili delle lunghe catenae di crateri da impatto allineati, ad esempio la Catena Gipul, probabilmente dovute all’impatto di un corpo che si era frammentato passando vicino a Giove. Tali catene sono presenti anche su Ganimede e sulla Luna.

Callisto
Callisto Surface Map

Ma le strutture più appariscenti sono i bacini chiari formati da numerosi anelli concentrici, disposti intorno ai siti dei maggiori impatti meteoritici e in cui sono presenti anche dei palinsesti; i due più grandi sono il cratere Valhalla, che al centro ha una zona brillante larga 600 km circondata da anelli concentrici che raggiungono i 4000 km di diametro, e il cratere Asgard, che ha un diametro di circa 1600 km.

Tali strutture si sono formate a causa del simmetrico propagarsi verso l’esterno delle potenti onde d’urto generate dalle esplosioni seguenti gli impatti meteorici: queste onde d’urto hanno creato nella zona centrale una cavità (il vero e proprio cratere) e contemporaneamente hanno deformato simmetricamente tutto lo strato superficiale di una vasta regione circostante, creando in questo strato solido una struttura simile alle onde che nascono quando si getta un sasso nell’acqua.

Alle catene di crateri sono stati assegnati i nomi di luoghi mitologici nordici: Eikin Catena, Gomul Catena, Fimbulthul Catena, Svol Catena…; ai crateri i nomi di eroi ed eroine nordici, o legati al mito greco della ninfa Calliso: Ahti Crater, Akycha Crater, Beli Crater, Dia Crater, Pekko Crater, Vu-Murt Crater, …; alle larghe strutture ad anello, resti degli impatti meteorici, sono stati dati i nomi di città e stati degli eroi e dei nordici: Alinda (mitologia Inuit), Utgard (mitologia tedesca), Asgard, Valhalla e Heimdall (mitologia norvegese).

Atmosfera

Callisto possiede un’atmosfera di anidride carbonica molto tenue; è stata osservata per la prima volta dal Near Infrared Mapping Spectrometer della sonda Galileo grazie alla righe di assorbimento vicino a λ=4.2 μm. poiché tale atmosfera viene dispersa nello spazio in soli 4 giorni, questa deve essere costantemente rifornita, probabilmente dalla sublimazione dell’anidride carbonica ghiacciata che si trova in superficie.

Per quanto riguarda la fotosfera i dati rilevati dalla sonda Galileo rivelano una alta densità di elettroni (7-17×104cm-3), inspiegabile considerando la fotoionizzazione dall’anidride carbonica atmosferica, per cui si sospetta che l’atmosfera sia dominata da molecole di ossigeno, anche perchè il telescopio spaziale Hubble ha rilevato dell’ossigeno solido intrappolato sulla superficie del satellite.

Callisto : Problemi e soluzioni per i futuri esploratori – documentario

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. G. Galilei; Sidereus Nuncius Archiviato il 23 febbraio 2001 in Archive.is. (13 marzo 1610)
  2. Planetary Satellite Mean Orbital ParametersNASA
  3. Susanna Musotto, Varadi, Ferenc, Moore, William e Schubert, Gerald, Numerical Simulations of the Orbits of the Galilean Satellites, in Icarus, vol. 159, n. 2, 2002, pp. 500 504, Bibcode:2002Icar..159..500MDOI:10.1006/icar.2002.6939.
  4. John F. Cooper, Johnson, Robert E., Mauk, Barry H., et al. e Neil Gehrels, Energetic Ion and Electron Irradiation of the Icy Galilean Satellites, in Icarus, vol. 139, n. 1, 2001, pp. 133–159, Bibcode:2001Icar..149..133CDOI:10.1006/icar.2000.6498.
  5. Space Today Online – Exploring Jupiter – The Cratered Moon Callisto
  6. Kenneth Chang, Suddenly, It Seems, Water Is Everywhere in Solar System, in New York Times, 12 marzo 2015. 
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