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1958년 3월 5일, 대통령 직속 과학 기술 자문 위원회의 위원장 제임스 킬리안(James Killian)은 아이젠하워 대통령에게 「민간 우주 계획을 위한 조직」이라는 제목의 서신을 보내, 일정의 지연을 최소한으로 억제해 조사 계획을 확장할 수 있도록 NACA를 강화해 재편한 조직에 의한 문민 통제형의 우주 계획을 창립하는 것을 재촉했다.
동년 3월 말에 NACA는 당시 기획 중이었던 수소와 불소를 추진제로 하는 100만 파운드(453톤, 445만 뉴턴)의 추진력을 가지는 3단 로켓의 개발 계획을 포함한, 「우주 개발에 관한 제의」라는 제목의 보고서를 발표했다.
동년 4월, 아이젠하워 대통령은 의회 연설을 통해, 민간 주도의 우주 개발 기관을 신설할 의향과 미국 항공 우주국 설립을 위한 예산안을 설명했다.
NACA의 조사 활동 하나를 봐도, 그 규모나 진전, 관리, 운영 등에 있어서 변화가 이루어져야 했다.
7월 16일, 의회는 예산안을 승인하고, 동시에 NASA 설립을 위한 구체적인 근거가 된 '국가 항공 우주 결의'에 대해서도 약간의 언급을 했다.
그 이틀 후, 베르너 폰 브라운이 인솔하는 작업 그룹은 예비 보고서를 제출해, 현재 미국의 우주 개발은 여러 가지 기관이 따로 시행하고 있어 상호 제휴가 결핍되어 국가적 노력이 중복되어 손해가 크다는 것을 강력하게 비판했다.
스테버의 우주 개발 위원회는 브라운의 비판에 동의해, 10월에는 최종적인 초안이 제출되었다.
동년 10월 1일에 공식 업무가 시작되면서, NASA는 즉시 46년의 역사를 가지는 NACA의 조직(8천여 명의 직원, 1억 달러의 연간 예산, 세 개의 주요한 연구 시설(랭글리 연구소, 에임스 항공 연구소, 루이스 비행 추진 연구소)과 두 개의 작은 실험 시설 등)을 흡수했다.
베르너 폰 브라운 박사가 소속되어 있던 육군 탄도 미사일국과 해군 조사 연구소도 NASA에 병합되었다.
NASA가 소련과의 우주 개발 경쟁에 참가할 즈음에 중요한 공헌을 이룬 것은 일찍이 제2차 세계 대전 중의 독일에 있던 베르너 폰 브라운이 이끈 로켓 계획으로 개발된 기술이었다.
그 기술에는 로버트 고다드 박사의 초기의 연구 성과도 포함되어 있었다.
공군 및 방위 고등 연구 계획국이 행하고 있던 초기 단계의 연구도 NASA에 인계되었다.
1958년 12월에는 캘리포니아 공과대학교가 운영하는 제트 추진 연구소도 NASA의 지휘 하에 들어갔다.
창설 후 NASA가 최초로 시행한 계획은 냉전 중의 소련과의 치열한 우주 개발 경쟁 중에 실시된 유인 우주 비행 계획이었다.
1958년에 개시된 머큐리 계획은 원래 인간이 우주 공간에서 생존할 수 있는가와 같은 기초적인 문제를 조사하는 것부터 시작되었다.
또 육·해·공군에서도 대표자가 선발되어 NASA를 지원했다.
우주 비행사의 선발 작업은 미리 선발된 군의 테스트 파일럿 중에서 후보를 좁히면 되므로 비교적 용이했다.
1961년 5월 5일, 제1차 선발 비행사 그룹 '머큐리 세븐'의 한 사람인 앨런 셰퍼드 비행사가 머큐리 우주선 프리덤 7호로 15분 간의 탄도 비행에 성공해 미국 첫 우주 비행사가 되었다.
그 후 1962년 2월 20일에는 존 글렌(John Glenn) 비행사가 프렌드십 7호로 2시간 반의 비행을 실시해 첫 지구 주회 비행을 성공시켰다.
머큐리 계획의 종료 후, 달 비행의 연습 과정이라고 할 수 있는 제미니 계획이 시작되었다.
비행사를 탑승시킨 첫 비행은 1965년 3월 23일의 제미니 3호로, 거스 그리섬과 존 영이 지구를 3회 돌았다.
계속되는 9회의 유인 비행으로, 장기간의 우주 체류나, 다른 위성과의 랑데부나 도킹이 가능한 것이 증명되었고, 무중력이 인체에 미치는 의학적 자료가 축적되었다.
또 같은 시기에, NASA는 태양계 탐사를 위한 여러 가지 우주 탐사선들을 쏘아 올렸다.
사상 최초의 유인 비행(보스토크 1호)과 같이, 달 뒷면의 사진을 처음으로 촬영한 것은 소련의 탐사선이었지만, 지구 이외의 행성(금성)을 처음으로 탐사한 것은 NASA의 매리너 2호였다.
아폴로 계획은 인간을 달 표면에 착륙시키는 한편 안전하게 지구로 귀환시키는 것을 목적으로 구상되었다.
그렇지만 아폴로 1호에서는 지상에서의 훈련 중에 화재 사고가 발생해 비행사 3명이 희생되었다.
이것에 의해, 아폴로 우주선은 인간을 탑승시키기 전에 몇 차례의 무인 시험 비행을 실시하는 것이 불가피하게 되었다.
아폴로 8호와 10호는 달을 주회하고, 다수의 사진을 촬영해 지구에 가지고 왔다.
1969년 7월 20일, 아폴로 11호가 달 표면에 착륙해, 닐 암스트롱과 버즈 올드린 비행사가 지구의 생명체 최초로 지구 이외의 천체에 발을 디딘 것이 되었다.
아폴로 13호에서는 달로 비행하는 도중에 우주선의 산소 탱크가 폭발하는 사고가 발생했지만, 3명의 비행사는 무사히 지구로 귀환하는 것에 성공했다.
아폴로 계획에서는 합계 6회의 월면 착륙을 해 귀중한 과학적 데이터와 400kg 가까운 월석을 가지고 돌아갔다.
또 지질학, 유성체, 지진학, 전열, 레이저 광선을 사용한 지구와 달 사이의 정확한 거리 측정, 자기장, 태양풍 등 다수의 과학적 실험을 행했다.
스카이랩은 미국이 지구 주회 궤도 상에 발사한 미국 최초의 우주 정거장이자 연구실이었다.
무게가 100톤 가까이 나가는 스카이랩은 1973년부터 1979년까지 지구를 계속 주회하고, 1973년과 1974년 3회에 걸쳐서 비행사가 탑승했다.
스카이랩은 당초에는 태양계의 다른 행성이 미치는 중력의 조사를 할 예정이었지만, 미국 국민이 우주 개발에 관심을 보이지 않아 예산이 삭감된 것에 의해 임무가 축소되었다.
실험 중에는 미중력이 미치는 영향을 조사하는 것이나, 탑재된 망원경으로 태양의 활동을 관측하는 일도 포함되어 있었다.
당초에는 우주왕복선과 도킹시켜 보다 안전한 높은 궤도로 올리는 것이 계획되었지만, 우주왕복선이 첫 비행에 성공하기 전인 1979년에 대기권에 재돌입해 소멸되었다.
3번째의 탑승 임무인 스카이랩 4호(SL-4)가 1974년 2월에 귀환한 후, 태양 활동이 활발하게 진행되었고, 그 결과 지구의 대기를 따뜻하게 해 대기권이 팽창해, 선체의 공기 저항이 증가했기 때문에 재돌입 시기가 앞당겨졌던 것이다.
스카이랩은 1979년 7월 11일 16:37 UTC경에 대기권에 재돌입해, 오스트레일리아 서부에서 인도양에 걸쳐 파편이 흩어졌지만, 몇 개의 잔해가 회수되었다.
아폴로-소유즈 시험 계획.
아폴로-소유스 시험 계획은 1975년 7월에 미국과 소비에트 연방 사이에 처음으로 행해진 공동 비행 계획이다.
미국에 있어서는 이것이 아폴로 우주선의 마지막 비행이며, 또 1981년 4월에 우주왕복선이 발사될 때까지 6년간 미국의 유인 우주 비행은 행해지지 않았다.
그런데 문제는 두 나라의 우주선의 도킹 시스템이 서로 모양이 달라서 똑같이 맞추기 위해 많은 노력과 고생 끝에 겨우 도킹 성공으로 행해졌다.
이것은 미국과 소비에트 연방 사이의 냉전이 끝났다는 일종의 표시였다.
두 나라들은 이 일로 화해를 하게 되었다.
1970년대부터 1980년대에 걸친 기간 동안 NASA의 최대 프로그램은 우주왕복선이었다.
우주왕복선은 1985년까지 재사용이 가능한 4기가 제작되었고, 그 1번기인 컬럼비아는 1981년 4월 12일에 처음으로 발사되었다.
우주왕복선 프로그램은 NASA에 있어서 반드시 좋은 계획은 아니었다.
발사에 소요되는 비용은 당초에 예상되었던 것보다 매우 많이 들었고, 발사가 일상화되는 것에 따라 미국 국민은 우주 개발에 대한 관심을 잃어 갔다.
그러던 도중, 1986년에 일어난 챌린저 우주왕복선 참사는 우주 비행에 따르는 위험성을 재인식시키게 되었다.
그러던 도중, 이후에 국제 우주 정거장(International Space Station, ISS)으로 발전하는 프리덤 우주 정거장 계획이 유인 우주 비행의 초점으로서 제안되었지만, 이러한 계획은 보이저 계획과 같은 무인 행성 탐사에 비해 비용이 너무 많이 든다는 지적이 NASA 내부에서도 있었다.
HST에 소요된 예산은 20억 달러 이하로, 1990년에 가동을 시작한 이래, 수많은 선명한 천체 사진을 계속 보내 여러 과학자들에게 많은 도움을 주고 있는데, 그 중에서도 허블 딥 필드(Hubble Deep Field)는 특히 유명하다.
1995년, 셔틀-미르 계획에 의해서 러시아와의 공동 계획도 재개되었다.
미르와 우주왕복선이 도킹하면, 이것은 완전한 우주 정거장이 될 수 있었다.
이 미국과 러시아라고 하는 우주 개발에 있어서의 2대 주자의 협력 관계는 ISS(국제 우주 정거장)의 건설 작업에 의해 21세기까지 계속되고 있다.
2003년, 컬럼비아 우주왕복선 참사에 의해 왕복선의 비행이 2년간 중단된 기간 동안, NASA는 ISS의 보수 작업을 러시아의 우주선에 의지한 것에서 봐도, 양자의 우주 개발에 있어서의 신뢰 관계는 명백하다.
ISS는 주된 자재의 운반은 모두 왕복선에 의지하고 있다.
1986년의 챌린저 사고와 2003년의 컬럼비아 사고로, 우주왕복선 계획은 2기의 기체와 14명의 비행사를 잃었다.
사고로 붕괴된 챌린저를 대체하기 위해 새롭게 인데버가 제작되었지만, 컬럼비아의 붕괴를 대체하기 위한 새로운 기체 제작은 실행되지 않았고, 신형 우주선 오리온으로의 이행이 결정되었다.
ESA나 일본의 우주항공연구개발기구(JAXA)등 우주 정거장 건설에 투자한 다른 나라들은 ISS의 완성에 염려를 표명했지만, 이것에 대응해 NASA 부국장 윌리엄 H. 게르스텐메이어(William H. Gerstenmaier)는 계획에는 유연성이 있어 왕복선은 2007년에는 6개월에 3회의 비행을 성공시킨 것, NASA는 빽빽한 일정에도 대응할 수 있는 능력이 있는 것 등을 설명했다.
1990년대를 거치면서, NASA는 의회의 예산 삭감에 따른 예산의 축소에 직면해 왔다.
제9대 국장으로, '보다 빠르게, 보다 좋게, 보다 싸게'라는 표제어를 제시한 다니엘 골딘(Daniel Goldin)은 진행 중인 행성 탐사 계획(디스커버리 계획)은 경비를 삭감하는 것으로 계속 가능하다고 주장했다.
아폴로 계획()은 1961년부터 1972년까지 미국항공우주국에 의해 이루어진 일련의 유인 우주 비행 탐사 계획이다.
아폴로 계획의 목표는 1960년대 존 F. 케네디 대통령의 연설에서 언급되었던 "인간을 달에 착륙시킨 후 무사히 지구로 귀환시키는" 것으로 요약할 수 있다.
이 목표는 1969년 아폴로 11호에 의해 달성되었다.
그 뒤로 아폴로 계획은 1970년대 초반까지 여섯 차례의 성공적인 달 착륙으로 이어졌다.
후에 스카이랩 계획이나 미국과 소련의 공동 실험인 아폴로-소유즈 시험 계획에서도 아폴로 계획 당시에 만들어진 장비를 사용하였으며, 이들 탐사도 아폴로 계획의 일부로 다뤄지기도 한다.
여러 번의 성공도 있었지만, 두 차례의 큰 사고도 있었다.
1967년 1월 27일에는 지상 훈련 중이던 아폴로 1호가 화재로 인해 사령선이 전소되고 세 명의 우주비행사가 사망하였다.
1970년 4월 13일에는 달로 가고 있던 아폴로 13호가 장비의 고장으로 달 궤도만을 선회하고는 간신히 지구로 귀환했다.
아폴로 계획은 드와이트 아이젠하워의 재임시절 추진되었던 유인 우주 비행 계획인 머큐리 계획을 기반으로 한 것이었다.
머큐리 계획의 목표는 한 명의 우주비행사가 우주선에 탑승하여 지구 궤도 비행을 하는 것이었으나 아폴로 계획은 세명의 우주비행사가 우주선에 탑승하여 달에 착륙하는 것을 목표로 하였다.
아폴로라는 이름은 미항공우주국의 에이브 실버스테인이 붙인 것으로 고대 그리스의 신인 아폴론의 이름을 딴 것이다.
후일 실버스테인은 "내 아이의 이름을 짓는 것처럼 우주선의 이름을 붙였다."고 술회하였다.
1960년 11월 존 F 케네디가 미국의 신임 대통령으로 당선되었다.
케네디는 우주 탐사와 미사일 방어에서 소비에트 연방에 대한 우위를 확보하여야 한다고 공약하였으나, 그의 정책은 우주 탐사보다는 미사일 경쟁에 치중되어 있었다.
1961년 4월 12일, 유리 가가린이 최초의 유인 우주 비행에 성공하자 미국은 이를 가능하게 한 소비에트의 기술력에 두려움을 느꼈다.
유리 가가린의 우주 비행이 이루어진 바로 다음날 미국은 우주 과학 위원회를 소집하고 소련과의 경쟁에서 우위를 차지할 방안을 모색했다.
1961년 4월 20일 케네디는 부통령 린든 존슨에게 현재의 미국 우주 계획의 상태를 검토할 것을 요구하는 메모를 전달하였다.
린든 존슨은 케네디의 이러한 요청에 대해 "1966년에서 1967년 사이에 달 착륙을 성공시키는 것이 소비에트에 대해 우주 경쟁에서 우위를 차지할 수 있는 방안이 될 것"이라 답했다.
1961년 5월 25일 케네디는 미국 의회의 양원이 모두 모인 자리에서 아폴로 계획을 선포한다.
케네디가 이러한 선언을 할 당시 미국은 단지 한 명의 우주인이 지구 궤도 선회에 성공했을 뿐이었다.
심지어 미항공우주국 내에서도 케네디의 이러한 선언이 달성될 수 있을지 의심하였다.
케네디가 제안한 목표와 같이 지구에서 달까지 무사히 왕복하기 위해 아폴로 계획은 여러 가지 방안이 제시되었다.
실제 아폴로 계획은 직접 도달과 달 궤도 랑데뷰를 사용하였다.
아폴로 계획에는 사령선과 달 착륙선, 두 종류의 아폴로 우주선이 사용되었다.
아폴로 계획에 추진체로 사용된 로켓은 새턴 V 로켓이다.
새턴 V 로켓은 3단 로켓으로 베르너 폰 브라운의 제안을 기반으로 한 노바 로켓이었다.
1967년 텍사스 휴스턴의 유인 우주비행 센터는 아폴로 계획의 미션 단계를 다음과 같이 정립하였다.
후일 달 표면 탐사와 월면차를 이용한 탐사를 포함한 H미션이 추가되었다.
아폴로 18호는 달 표면에 과학 장비 기지를 설치하는 I미션이 계획되었으나 실행되지는 않았다.
아폴로 계획에 따른 임무 수행에는 아폴로 1호부터 18호까지 총 16대의 우주선이 사용되었다.
이 가운데 유인 우주 비행의 성공은 아폴로 7호부터였다.
자연위성(自然衛星) 또는 단순히 위성(衛星)은 행성 따위의 둘레를 도는 천체를 말한다.
이 중에서 사람이 만든 위성은 인공위성이라고 한다.
태양계에는 240개의 위성이 있는 것으로 알려져 있으며, 이 가운데 행성을 도는 것이 166개, 왜행성을 도는 것이 6개, 그밖의 태양계 소천체를 도는 것이 수십개가 있다.
다른 별의 행성에도 위성이 있을 것으로 추측된다.(외계 위성)
목성형 행성들은 모두 복수의 위성들을 거느리고 있으며, 그 가운데는 행성인 수성과도 견줄만큼 큰 천체도 있다.
반면 지구형 행성들은 위성을 목성형 행성보다 상대적으로 조금 가지고 있는데, 심지어 위성을 갖지 않은 행성도 있다.
왜행성 가운데 세레스는 위성이 없으나, 명왕성은 카론을 포함하여 5개, 에리스는 1개, 하우메아는 2개, 그리고 마케마케는 1개의 위성을 가지고 있는 것으로 알려졌다.
대부분의 위성은 조석 작용의 영향으로 늘 같은 면이 행성을 향하고 있다.
토성 주위를 불규칙하게 도는 히페리온이나, 행성의 가장 바깥 궤도를 도는 토성의 포에베 등이 예외에 속한다.
위성이 또다른 위성을 가지고 있을 가능성은 낮다.
모행성의 조석작용으로 인해 그 궤도가 불안정하기 때문이다. 하지만 위성의 라그랑주 점에 다른 동반 위성이 있는 경우는 있다.
최근 243 이다의 위성 다크틸이 발견되면서 소행성에도 위성이 있는 것이 확인되었다.
90 안티오페처럼 크기가 비슷한 두 소행성으로 이뤄진 이중 소행성도 있다. 87 실비아에는 두 개의 위성이 있다.
가니메데(, 목성 III)는 목성의 위성으로, 태양계의 위성들 중 가장 크고 밝다.
목성에서 평균 거리 순으로 일곱 번째이고, 갈릴레이 위성 중에선 세 번째에 위치한다.
공전 주기는 약 7일이며, 유로파와 2:1, 이오와 4:1의 궤도 공명을 일으킨다.
가니메데는 지름 5,262km로 행성인 수성보다 8% 길지만, 질량은 수성의 45%에 불과하며, 이는 달의 2배이다.
태양계의 위성 중 두 번째로 큰 토성의 위성 타이탄보다 지름은 2% 더 크며, 질량은 10% 더 무겁다.
지구의 달과 비교하면 지름은 51% 더 크며, 질량은 2.02배이다.
가니메데는 규산염 암석과 얼음이 거의 같은 비율로 이루어져 있다.
구조는 잘 분화되어, 중심의 철이 풍부한 액체 상태의 핵, 얼음과 지하 바다가 번갈아가며 여러층을 이루고 있는 바깥 부분으로 구성된 것으로 추정된다.
가니메데의 표면은 크게 두 부분으로 나뉜다.
어두운 부분은 40억 년 전에 생긴 충돌구와 함께 위성 표면의 삼분의 일 가량을 덮고 있다.
그보다 덜 오래된 듯한, 광범위한 균열과 능선이 가로지르고 있는 밝은 부분이 나머지를 덮고 있다.
밝은 지역의 균열과 능선의 원인은 밝혀지지 않았지만, 조석 가열에 의한 판의 이동 때문으로 여겨지고 있다.
가니메데는 태양계에서 자체 자기장이 있는 유일한 위성으로, 액체 핵의 대류 현상으로 발생하는 것으로 추정하고 있다.
약한 자기장은 목성의 커다란 자기장에 묻혀 장선의 요동으로 표시된다.
또한, 미량의 수소가 대기에 존재하며, 아주 옅은 산소 대기층이 있다.
대기권에 전리층이 존재하는지의 여부는 확인되지 않았다.
가니메데는 갈릴레오 갈릴레이가 1610년 1월 7일에 처음으로 발견하였다.
위성의 이름은 천문학자인 시몬 마리우스가 제안했다.
가니메데의 어원은 그리스 신화에서 그리스 신들의 술시중을 든 인물이자 제우스가 연정을 품은 가니메데스()이다.
파이어니어 10호 이래로 탐사선들이 가니메데를 세밀하게 관찰하였다.
보이저는 행성의 크기를 새로 측정했고, 갈릴레오 호는 자기장과 지하 바다를 발견하였다.
미래의 다른 목성 탐사 계획으로는 2022년에 발사될 예정인 유럽우주국의 목성 얼음 위성 탐사선(JUICE)이 있다.
이 탐사선은 갈릴레이 위성 중 세 개의 얼음 위성을 근접 통과하며, 감속한 후 가니메데 선회 궤도에 진입할 예정이다.
1610년 1월 7일, 갈릴레오 갈릴레이는 목성 주변에 3개의 별이 있는 것을 발견했는데 처음에는 가니메데와 칼리스토를 발견하였고, 나중에는 목성과 거의 붙어 있던 이오와 유로파도 발견하였다.
다음 날 밤에 그 빛이 움직이는 것이 관찰되었다.
1월 13일에, 그는 한 번에 4개의 위성을 모두 보고 있었지만, 적어도 한 개의 위성이 전 위치에 있다는 것을 알 수 있었다.
1월 15일에, 갈릴레오는 그 빛들이 목성 주위를 움직인다고 결론지었다.
그는 위성의 작명에 대한 권리를 주장하여 이 별을 "우주의 별"로 보고, 이름을 "메디시의 별"(메디치 가문의 별)로 지었다.(
프랑스의 천문학자인 니콜라스클라우데 파브리 데 페이레치는 메디시의 별들의 이름을 각각 분리해야 한다고 말했다, 그러나 그의 제안은 채택되지 않았다.
시몬 마리우스는 원래 자신이 갈릴레이 위성을 발견했다고 주장했다.
그는 목성과 토성의 위성에 이름을 붙이려고 시도했고, "목성의 목성" (이건 가니메데였다), "목성의 금성", "목성의 수성"으로 지었으나, 채택되지 않았다.
요하네스 케플러와 마리우스는 위성에 이름을 붙이려 다시 한 번 시도했다:
로마식 이름과 다른 갈릴레이 위성의 이름들은 상당한 시간 동안 사람들이 싫어하게 되었고, 20세기 중반까지 별로 사용되지 않았다.
이전의 많은 천문학 논문에서 가니메데는 로마 숫자로 붙인 번호인 (갈릴레오가 도입한 명명법) 목성 III 이나 "목성의 세 번째 위성"으로 불렀다.
토성의 위성을 찾는 과정에서 케플러가 발견한 위성들에 도입한 명명 방법이 그대로 목성에 사용되었다.
가니메데는 남성 그림의 이름을 딴 목성의 유일한 위성이며, 이오, 유로파, 칼리스토처럼 가니메데도 제우스의 연인이다.
중국의 천문학 기록에 의하면, 기원전 365년에 감덕이 목성의 위성을 발견했다고 한다.
아마도 육안으로 가니메데를 발견했을 것이다.
가니메데의 궤도는 목성에서 평균 1,070,400km 떨어져 있어 갈릴레이 위성 중에서는 목성에서 세 번째로 멀리 떨어져 있으며, 목성 주변을 7일 3시간 주기로 돈다. 많은 위성처럼, 가니메데는 조석 고정되어 있기 때문에 한 면이 항상 목성을 바라본다.
가니메데의 궤도는 목성의 적도에 대해서 약간 기울어져 있고, 이심률과 기울기, 변하는 준주기의 합력으로 인해 태양계 중력에 섭동을 일으킨다.
이런 궤도 변화로 인해 자전축 기울기는 0에서 0.33°까지 변할 수 있다.
가니메데는 이오, 유로파와 궤도 공명을 일으킨다.
가니메데가 1번 돌 때마다, 유로파는 2번 돌고, 이오는 4번 돈다. 이오가 근점에 있고 유로파가 원점에 있거나 유로파가 근점에 위치할 때 합 현상이 발생한다.
이오–유로파와 유로파–가니메데의 합이 일어나는 경도는 같은 속도로 바뀌기 때문에 세 개의 위성이 동시에 합이 현상이 일어나는 것은 불가능하고, 이러한 복잡한 공명을 라플라스 공명이라고 한다.
지금 라플라스 공명의 상태는 가니메데 바깥쪽의 궤도에 대한 공명 현상을 만들 수 없다. 0.0013의 값은 아마도 옛날에 공명이 가능했던 때에 만들어진 값일 것이다.
갈릴레이 위성의 이심률에는 다소 수수께끼가 있다.
현재 공명이 일어나지 않는 부분으로 보아 가니메데에 있는 지하 구조는 오래전에 붕괴했어야 한다.
이 사실은 마지막 이심률 변화가 몇 억 년 정도 전에 일어났음을 의미한다.
왜냐하면, 가니메데의 이심률이 상대적으로 낮으므로 평균 0.0015가 나와야 하기 때문이다.
따라서 이 위성의 조석 가열은 무시할 수 있는 수준이다.
그리고 옛날의 가니메데는 아마도 1 이상의 라플라스 공진 통과 수(예시:가니메데가 1번 공전할 때 유로파는 2번 공전하므로 유로파의 값은 2)를 가졌을 수 있다.
이 상황은 아마 가니메데 내부의 심한 조석 가열을 유발했을 것이다.
아마도, 가니메데의 펼쳐진 모양의 지형은 이 조석 가열의 결과물일지 모른다.
이오, 유로파, 가니메데의 라플라스 공명에 관한 두 가지 설이 있다.
한 가지는 원시 태양계 시절부터 존재했다는 것이다.
다른 것으로는 태양계의 형성 후에 만들어졌다는 것이다.
후자의 시나리오에 관한 진행 순서는 다음과 같다.
이오는 목성과 조석 작용을 일으키고, 유로파와 2:1의 공명을 가지게 된 후 궤도를 계속 확장한다.
확장은 계속 이루어진다. 하지만 조금의 모멘트가 유로파로 전달되고, 이는 공진을 계속 유지하는 원인이 된다.
유로파와 가니메데가 2:1의 공진을 가지게 될 때까지 이 과정을 계속한다.
결국, 세 위성 사이의 운동량은 라플라스 공명에 의한 동기화 때문에 같은 양을 유지한다.
주로 얼음과 암석이 비슷한 비율로 구성된 것이라 추정된다.
얼음의 질량 분율은 46~50% 사이라고 생각되고, 이는 칼리스토에 비해 약간 낮다.
암모니아와 같은 추가적인 휘발성 얼음도 존재한다고 생각된다.
가니메데의 암석은 알려진 바가 없지만, 아마도 L/LL 형 일반 구립 운석에 가까울 것으로 생각되며 적은 양의 철 핵을 가지고 있을 것으로 생각되며 적은 양의 금속 철과 산화철로 이루어진, H형 운석에 가까울 것으로 생각된다.
가니메데에서 규소에 대한 철의 질량비는 1.05–1.27로 생각된다.
참고로, 태양에서의 비율은 1.8이다.
가니메데의 표면 반사율은 43% 정도이다.
얼음과 물이 50%~90% 정도의 비율로 표면에 뒤덮여 있는 것으로 생각되며, 가니메데의 내부보다 더 많이 존재하는 것으로 생각된다.
얼음은 그루브 지형을 밝게 하기 때문에 어두운 지역보다 더 많은 양의 얼음이 밝은 지역에 함유되어 있다.
갈릴레오 우주선과 지상에서 고해상도로 관측한 근적외선과 자외선 스펙트럼 자료에서 물과 관련된 원소 구성비를 발표했다.
가니메데의 표면에는 이산화탄소, 이산화황이 존재한다.
그리고, 시아노겐, 수산화 황산염 그리고 다양한 유기 화합물이 있을 것으로 추정된다.
갈릴레오는 또한 황산 마그네슘 (MgSO4)이 표면에 존재하는 것을 보여 주었고, 황산 나트륨 (Na2SO4)이 아마도 가니메데의 표면에 존재할 것이라는 것을 보여 주었다.
이러한 소금 광물은 지하 바다에서 발생할 가능성이 있다.
가니메데의 표면은 비대칭이다.
순행 반구가 역행 반구보다 밝다.
이는 유로파와 비슷하지만, 반대의 경우인 칼리스토도 마찬가지이다.
가니메데의 역행 반구는 이산화황이 풍부한 것으로 나타난다.
이산화탄소의 분포는 반구 비대칭을 보여주지 않고, 극 근처에서는 발견되지 않는다.
가니메데의 모든 충돌구는 하나를 제외하고 이산화탄소가 뭉친 모습을 보여주지 않으며, 이는 칼리스토와 구별된 모습이다.
아마도, 가니메데의 이산화탄소 기체는 과거에 고갈되었을 것이다.
가니메데는 구조가 완전히 차별화된 것으로 보인다.
황화 철–철로 이루어진 핵과 규산으로 이루어져 있는 맨틀로 이루어져 있다.
가니메데 내부에 있는 이 층의 자세한 길이는 규산염의 비율 가정(감람석과 휘석의 분수)과 핵에 있는 황산의 양에 따라 달라진다.
1970년, 나사의 과학자들이 두 얼음층 사이에 있을지도 모르는 거대 바다를 생각하였다.
1994년에 미항공우주국의 갈릴레오 우주선은 가니메데를 지나쳐 가면서 위성에 있는 바다를 확인하였다.
2014년에 발표된 소금의 영향을 고려한 분석에 따르면, 가니메데에는 여러 층의 얼음과 암석 맨틀에 인접해 있는 여러 층의 바다로 이루어져 있다고 밝혔다.
물과 바위의 접축은 생명의 기원에 중요한 원인이 될 수도 있다.
가니메데는 철이 풍부한 액체 핵을 가지고 있으며, 이로 인해 자기장이 존재한다는 것을 갈릴레오 호이 발견했다.
액체 철 핵에서 대류 현상이 일어나고, 이는 높은 전도성을 갖게 한다.
이것이 가장 자연스러운 자기장 발생 모델이다.
은 2가지 지형이 혼합되어 있는 모습이다.
전체적으로 매우 오래되었다는 특징을 가지고, 높은 지형과 충돌구가 존재한다.
어두운 영역은 다소 젊은 편이고(하지만 고대 지형이다), 밝은 영역은 도랑과 평지의 조합으로 이루어져 있다.
어두운 지형은 표면의 3분의 1을 차지한다.
점토나 충돌구에서 유기 물질이 나타날 가능성이 있다.
가니메데의 표면에 있는 긴 줄이 생기게 한 '가열 기구'는 행성 과학의 해결되지 않은 문제들 중 하나이다.
현재 가니메데의 표면은 자연적인 지각 변동에 의한 홈이 많다.
얼음화산이 만약 존재한다면, 이것에 대해 약간의 역할을 했다고 생각된다.
가니메데의 얼음 암석 지각에 많은 양의 압력을 준 것은 조석 가열과 연관되 있을 수도 있고, 위성이 불안정한 궤도 공명 때문에 일어난 것일 수도 있다.
얼음에 압력이 걸리며 얼음이 구부러지는 것 때문에 열이 발생하여 암석 지각이 가열될 수 있고, 이로 인해서 균열이 발생하고 이는 표면의 70%인 어두운 지형을 지워 나간다.
홈이 파인 지형과 빠르게 핵이 생겨난 것도 조석 가열과 연관지을 수 있다.
상전이와 열 팽창이 일어나서 1–6%의 미세한 변화가 있는데, 이는 조석 가열이 원인일 수도 있다.
이후 진화 과정에서, 따뜻한 물과 연기는 핵에서 표면으로 올라왔을 수 있고, 암석 지각의 지각 변동으로 이어졌을 가능성이 있다.
방사열은 위성에서 가장 관련성이 높은 가열 원인이다.
예를 들어, 바다의 깊이를 결정한다.
연구의 모형은 과거에 그랬을 지도 모르므로 가니메데의 궤도 편심이 지금보다 더 컸을 때를 기준으로 연구하였다.
그 결과 조석 가열이 방사열보다 더 실질적인 열원이 된다.
충돌구의 지형은 크게 두 가지로 분류할 수 있는데, 어두운 지역에서 특히 많이 보인다: 충돌구가 표면에 포화 상태가 될 것으로 보일 정도다.
밝은 부분은, 충돌구가 별로 보이지 않고, 충돌구가 진화에 중요한 역할을 하지 않은 것으로 보인다.
충돌구의 밀도로 나이를 추산한 결과 어두운 곳의 충돌구의 나이는 40억 년 되었다.
이는 달의 고지와 비슷한 나이이고, 홈이 파인 지형은 조금 젊다. 하지만 얼마나 젊은지는 불확실하다.
시뮬레이션 결과 가니메데는 35~40억 년 전에 '운석 폭풍'을 맞은 것으로 보이고, 이는 달의 시기와 일치한다.
이것이 사실일 경우, 운석 영향의 대부분은 그 시기에 일어난 것이 되고, 분화구가 생기는 개수는 점점 적어지게 된다.
충돌구들은 새로운 지형에 덮여 씌워지고 협곡들에 의해 갈라지며, 파인 지형의 일부는 상당히 오래 되었다.
분출물의 선으로 이어진 비교적 젊은 충돌구도 보인다.
가니메데의 충돌구는 달과 수성의 것보다 평탄한 것이 특징인데, 이는 아마도 가니메데의 약한 얼음 지각에 의한 것으로, 이 빙하는 흐르는 것으로 추측되고 흐르면서 충돌구를 매꾸어 낸다.
이렇게 사라진 고대 충돌구의 유일한 '유령'은 팰름시스트(Palimpsest)이다.
가니메데의 또다른 특징은 갈릴레오 지역 이라고 불리는 어두운 곳인데, 이곳에는 그 홈이 파인 지형도 있고 뿜어져 나온 물질도 있다.
이곳은 옛날에 지질 활동이 활발하던 시기에 만들어진 것으로 보인다.
가니메데에도 극관이 존재하며, 아마도 얼음으로 구성되어 있는 것으로 추측된다.
이 얼음의 서리는 위도 40°까지 이른다.
이 극관은 보이저 탐사선이 처음으로 관측했다.
이 극관의 형성에 대한 이론으로는 고온의 플라즈마로 인해 얼음에 가해지는 압력과 물의 이동이 포함되어 있다.
갈릴레오호로부터의 자료는 새로운 이론을 만드는 계기가 되었다.
가니메데의 자기장 때문에 보호가 잘 되지 않는 극 지방에 입자가 더 강한 충격을 가한다; 이 충격은 물 분자의 재결합을 일으키고, 이 때문에 물의 서리가 극 지방으로 이동하게 된다.
1972년, 인도네시아에서 근무하는 미국과 영국의 천문학자가 엄폐 현상 동안 위성의 옅은 대기를 발견했다고 주장했다.
이들이 기압을 추정한 결과 0.1Pa였다. 하지만, 1979년 보이저 1호가 목성을 통과할 때 센타우루스자리 카파의 엄폐를 관측했고, 다른 결과가 나왔다.
자외선 파장은 200nm보다 짧았다.
그들은 1972년의 결과에 비해 기체의 존재에 훨씬 더 민감했다.
보이저호에 의하면 대기권은 없다.
후의 결과의 값은 1972년의 결과보다 다섯 자리 낮은 결과이다.
보이저호의 자료에도 불구하고, 가니메데에 희박한 산소 대기권(외기권)이 있는 것으로 추측하고 있다.
유로파에 존재하는 양과 유사하게 존재하는 것으로 추정되고, 1995년에 허블 우주 망원경에 의해 발견되었다.
허블 우주 망원경은 실제로는 130.4nm와135.6nm의 산소 원자 대기광을 관측한 것이다.
산소 분자가 전기 충격에 의해 분열되면 이런 대기광이 생기게 되고, 이는 O2로 이루어진 대기권의 중요한 증거이다.
이 값은 1981년의 보이저호의 결과와 일치한다.
산소는 생명의 증거가 될 수 없다.
이 산소는 가니메데의 표면에서 방사능에 의해 얼음이 수소와 산소로 분리될 때 발생하는 것으로 추측되고, 수소는 질량이 낮아 더 빨리 우주 공간으로 없어졌을 것이다.
가니메데는 유로파와 다르게, 대기광이 균일하지 않다.
허블 우주 망원경은 북반구와 남반구 위도 ±50° 쪽에 있는 밝은 반점을 관찰했고, 이곳은 가니메데의 자기력선의 정확한 경계이다(아래 참조). 밝은 점은 아마도 극광일 것으로 추정되며, 자기장 중 열려 있는 부분을 따라 플라즈마가 들어오면서 일어난 것으로 추측된다.
중성 대기의 존재는 전리층이 존재해야 한다는 것을 가리키며, 이는 산소 분자가 전자와 충돌하여 생기는 것으로 이 전자는 자기장과 태양에서 오는 극자외선(EUV)인 것으로 추정된다. 하지만, 가니메데의 전리층 존재 여부는 논란이 되고 있다.
갈릴레오 호가 측정한 조금의 자료에는 전자의 밀도가 가니메데 주변에서 올라갔다.
이 증거는 전리층의 존재를 시사한다.
하지만 다른 증거는 아무것도 발견되지 않았다.
표면 근처의 전자의 밀도는 400–2,500cm−3으로 균일하지 않은 것으로 추측된다.
2008년에는 가니메데의 전리층 매개 변수가 제한되지 않았다.
산소 대기의 추가적인 증거는 가니메데의 얼음 스팩트럼에서 드러난다. 1996년의 자료로 분석한 결과, 오존(O3)이 검출되었다.
1997년에 분석에 의해서 산소 분자 이합체가 검출되기도 하였다.
이러한 흡수는 산소가 대기에 존재해야만 일어날 수 있다.
이 현상에 가장 잘 들어맞는 후보는 얼음 속에 갇힌 산소 분자이다.
위도와 경도에 따라서 밀도가 다른데, 반사율과 마찬가지로 위도가 올라갈수록 감소하는 경향이 있다.
O3(오존)는 반대의 경향을 나타내고 있다.
실험실에서의 작업은 O2 거품이 -173°C의 '비교적 따뜻한'표면에서는 얼음에 용해되지 않는다는 것을 알아냈다.
유로파에 나트륨이 존재하는 것을 발견한 후, 가니메데의 대기권에 나트륨이 존재하는지 찾았지만, 1997년에는 아무것도 발견되지 않았다.
나트륨은 유로파의 궤도 주변보다 가니메데의 궤도 주변에 13배쯤 더 풍부하다.
이유는 아마도 표면에 상대적으로 양이 부족하거나 자기장이 들어오지 못하게 막고 있는 것으로 추측하고 있다.
가니메데 대기권의 또다른 구성 성분은 수소 원자이다.
수소가 존재하는 한계는 표면으로부터 3,000km 상공이다.
이 때 가니메데에서 목성의 자기장과 '독립'된 자기 모멘트를 발견하였다.
자기장의 양극은 가니메데의 회전축에 대해 176°지점에 존재하고, 이는 이 자기장이 목성의 자기장과 연관되어 있기 때문으로 생각된다.
이 자기장의 북극은 궤도면의 아래쪽에 있다.
이 자기 모멘트로 인해 발생된 힘은 가니메데의 적도에서 719±2nT이고, 가니메데와 목성의 거리 정도에서 목성의 자기장에 의해 발생되는 힘은— 120nT 정도이며, 이는 확실히 구분된다.
가니메데의 적도 부분 자기장은 목성의 영향에 의한 것으로, 자기 재결합이 가능할 수도 있다.
특정 지역의 세기는 극의 세기보다 두 배 정도인데, 보통 적도에서는 1440nT이다.
이 약한 자기 모멘트는 가니메데의 주변 우주 공간에 약하면서 목성의 자기장에 포함되는 약한 자기권을 형성한다.
이 '기능'을 갖고 있는 위성은 태양계에서 오직 가니메데밖에 없다.
가니메데의 자기권은 하전 입자(전자 및 이온)들이 갇혀 있는 위도 30°부근에 밴 앨런대와 같은 종류의 자기력선 모양으로 존재해 있다.
자기권에 존재하는 주요 이온으로는 산소 원자의 단일 이온화물인 O+이다.
이는 가니메데의 얕은 산소층 대기와 맞는 이온이다.
30° 이상의 고위도 극관 지역에서는 자기력선이 열려 있으며 목성의 전리층과 가니메데가 이어져 있다.
이 지역에서는 수십~수백 keV 정도의 에너지를 갖고 있는 전자와 이온이 검출되었으며, 이는 가니메데 극 주변에 관측되는 오로라의 원인으로 생각된다.
또한, 무거운 이온은 지속적으로 가니메데의 극 표면으로 침전되면서 스퍼터링하고 얼음을 어둡게 만든다.
가니메데의 자기장과 목성의 플라스마 사이의 상호 작용은 지구 자기권과 태양풍의 상호작용과 유사한 점이 많다.
목성과 같이 회전하는 플라스마는 가니메데의 역행 자기장에 충돌하며, 이는 태양풍이 지구 자기장과 충돌하는 것과 비슷하다.
둘의 차이점은 플라스마 흐름의 속도인데, 지구에서의 충돌 속도는 초음속이며, 가니메데에서의 충돌 속도는 아음속이다.
아음속 플라스마 흐름 때문에 가니메데의 역행 반구에서는 뱃머리 충격파가 존재하지 않는다.
고유한 자기 모멘트에 더하여, 가니메데에는 쌍극자 유도 자기장을 가지고 있다.
그 존재는 가니메데 근처에서 목성의 자기장이 변화하는 것으로 관측된다.
유도 모멘트는 행성 자기장의 변화 부분을 따라 목성에서 들어가거나 나오는 방사형 모향을 띄고 있다.
유도 자기 모멘트는 고유 자기 모멘트보다는 세기가 역하다.
자기장 적도의 유도장 전계 강도는 60nT로 목성 주변 전계 강도의 절반 정도이다.
가니메데의 유도 자기장은 높은 전기 전도성을 가지고 지하 바다가 있는 것으로 추측되는 칼리스토, 유로파와 유사하다.
가니메데는 완전히 차별화된 금속의 핵을 가지고 있다는 것을 감안하여, 고유한 자기권은 아마도 지구와 유사한 방식으로 형성되는 것으로 추측한다.
이 방식은 위성 내부에서 전도성 물체가 움직이면서 형성되었다는 것이다.
가니메데 주위에서 검출되는 자기장은 핵의 대류 조성으로 만들기 쉬우며, 자기장은 발전기 작용 또는 마그네토 운반 작용으로 형성되는 것으로 추측한다.
철로 된 핵의 존재에도 불구하고, 가니메데의 자기장은 비슷한 크기의 위성보다 적은 자기장으로 인해 수수께끼로 남아 있다.
일부 연구에서는 상대적으로 작은 크기의 핵이 충분히 냉각되면서 유체의 움직임과 자기장이 차례로 계속해서 지속되지 않을 것이라는 가설을 내놓고 있다.
동일한 궤도의 공명이 표면에서 지속하는 자기장을 없앤 것이라는 설명도 존재한다.
가니메데의 편심적인 운동과 조석 가열이 공명을 일으켜 맨틀이 냉각되며 핵이 절연 상태가 된다는 설명이다.
또 다른 설명으로는 맨틀에 남은, 위성이 과거에 만들어낸 더 강한 자기장이 남아있는 규산염 암석의 자화가 방해한다는 설명이다.
가니메데는 아마도 목성 준성운이 형성된 이후 목성 주변의 가스와 먼지 덩어리에서 강착으로 형성된 것으로 추측한다.
가니메데의 강착은 1만년 정도로 추측되며, 강착에 10만년이 걸렸다고 추정하는 칼리스토보다는 짧다.
목성 준성운은 갈릴레이 위성이 형성되면서 상대적으로 "기체가 적은 상태"였을 수도 있다.
이는 칼리스토의 강착 시간이 유독 긴 이유를 설명해준다.
반면, 가니메데는 준성운의 밀도가 짙은 목성 근처에서 형성하면서 상대적으로 짧은 시간 척도에서 형성되었다.
이러한 상대적으로 빠른 형성은 부가적인 열을 잃는 것을 방지하여 얼음이 용융하여 얼음과 암석이 분화되는 등 행성 분화 과정으로 흘렸을 수도 있다.
이로 인해, 암석이 중앙부분으로 모이며 핵으로 변했다.
이 점에서, 가니메데는 녹는 데 실패하고 형성 속도가 매우 느려 부가적인 열의 손실을 가져온 칼리스토와는 분명히 구분된다.
이는 두 위성이 비슷한 질량과 구성비를 가지고 있음에도 불구하고 전혀 비슷하게 보이지 않는 이유를 설명한다.
이 이론 외의 대체 이론에서는 조력 굴곡에 의한 가니메데의 거대한 기초적 가열 또는 후기 운석 대충돌기 동안 여러 충돌체로 인해 강렬한 충격을 받은 것으로 설명하고 있다.
형성 이후, 가니메데의 핵은 형성 과정에서 생겨난 열을 '유지'했고, 그 후 마치 열을 저장하는 건전지처럼 천천히 얼음 맨틀에 열을 전달했다.
그 다음, 맨틀은 대류에 의해 열을 표면으로 전달하였다.
이후 암석 내의 방사성 원소가 붕괴하면서 핵을 더욱 가열시키고, 이것은 분화를 촉진시켰다.
또한, 내부에서는 철과 황화 철로 구성된 핵이 규산염 성분의 맨틀을 만들었다.
이와 함께, 가니메데는 완전히 분화된 구조로 변했다.
이와 비교하여, 미분화한 칼리스토의 방사성 가열은 내부에서 얼음의 대류를 일으켜 위성 전체가 냉각되어 얼음의 융해와 행성 분화 작용을 막았다.
칼리스토의 대류 운동은 암석과 얼음을 일부만 분리시켰다.
오늘날, 가니메데는 천천히 냉각하고 있다.
핵에서 열이 방출되면서 지하에 규산염 맨틀 형태의 바다가 존재하며, 철과 황화 철로 구성된 핵의 느린 냉각은 대류 운동을 일으키면서 자기장을 형성한다.
오늘날 가니메데의 방출 열 유속은 칼리스토가 방출하는 것보다 더 높다.
아나트라는 충돌구가 있고, 이 충돌구가 가니메데의 좌표 체계를 정하기 위한 기준점의 역할을 한다.
좌표에 정의된 값에 의하면, 아나트는 경도 128도에 있다.
여러 탐사선은 목성을 지나쳐 가거나 궤도에 진입하여 가니메데를 더 밀접하게 살펴 보았다.
현재까지 진행한 통과로는 1970년에 일어났던 네 번의 근접 통과와 1990년대와 2000년대에 여러 근접한 통과가 있었다.
파이어니어 10호는 1973년에 목성을 지나쳐 갔고, 파이어니어 11호는 1974년에 지나쳐 갔으며, 위성에 대한 정보를 지구로 보냈다.
이 때 표면에서 400km 정도의 거리에 대한 더 구체적인 물리적 정보를 받아 낼 수 있었다.
파이어니어 호가 최고로 가니메데에 접근한 거리는 446,250km이다.
그 다음으로는 보이저 1호와 보이저 2호가 가니메데를 관찰했다.
탐사선은 위성의 크기를 더 정확하게 알아내었고, 이 위성의 크기는 토성의 위성 타이탄보다 더 컸다.
이로 인해 예전 관측 결과에 비해 더 커졌다.
관측 도중 파인 지형도 보였다.
1995년, 갈릴레오 호는 목성 궤도에 진입한 후 가니메데에서 1996년부터 2000년까지 여섯 번의 근접통과를 실시했다.
가장 가까웠던 근접통과는 —G2—였다.
갈릴레오는 가니메데 표면에서 264km 떨어진 곳을 지나갔다.
G1 근접통과가 1996년에 이뤄지고, 이 때 가니메데의 자기장이 발견되었다.
바다의 발견은 2001년에 발표되었다.
갈릴레오 우주선은 여러 가지의 스펙트럼을 전송하고, 이 이미지로 가니메데 표면에 존재하는 물을 발견했다.
가장 최근에 가니메데를 마주한 탐사선은 뉴 허라이즌스 탐사선이다.
명왕성으로 가는 속력을 얻기 위해 목성 근접통과를 한 것이다.
탐사선은 가속하면서 가니메데의 지형 지도를 만들었다.
2020년에 유로파 목성계 임무(EJSM) 발사가 예정되어 있다.
미항공우주국과 유럽우주국은 가니메데를 포함한 목성의 위성 탐사를 공동 추진했다.
2009년 2월, 미항공우주국과 유럽우주국은 유로파 목성계 임무의 우선 순위를 타이탄 토성계 임무보다 높였다.
EJSM은 미항공우주국이 주도하는 목성 유로파 궤도선과, 유럽우주국이 주도하는 목성 가니메데 궤도선, 그리고 (아마도) 일본 우주항공연구개발기구가 주도하는 목성 자기권 궤도선으로 구성되어 있다.
유럽우주국 내부에서 프로젝트별 자금 확보 경쟁이 일어났다. 하지만, 2012년 5월 2일 유럽우주국 주도 부분이 목성 얼음 위성 탐사선(JUICE)으로 바뀌게 되고, 2022년 L1 발사대에서 아리안 5호로 발사된다는 것이 확정되었다.
유럽우주국의 우주과학 탐사가 발전하게 되었다.
우주선은 칼리스토와 유로파를 가깝게 지나쳐 가고, 가니메데 궤도에 들어서 여러 자료를 수집한다.
현재 러시아 연방 우주국은 가니메데 착륙선(GL) 임무가 우주생물학을 발전시킬 수 있을지를 집중 평가하고 있다.
가니메데 착륙선과 파트너가 될 것으로 보이는 탐사선은 목성 얼음 위성 탐사선이다.
이 계획이 채택된다면, 2024년에 발사될 것이고 이 일정은 목성 얼음 위성 궤도선과 맞을 수 있다.
주노 탐사선은 2010년에 행성 과학 규모 과학적 조사 연구회에서 제안되었다.
가능한 장비는 중간 정도의 해상도를 가진 카메라를 포함해서 플럭스 게이터 자기계, 가시광선/근적외선 분광계, 레이저 고도계, 저에너지 또는 고에너지 플라즈마 검출계, 이온 및 중성 질량 분석계, 자외선 분광계, 라디오 및 플라즈마 신호 감지계, 좁은 각도의 카메라, 표면 레이다가 있다.
가니메데의 궤도에 진입하는 취소된 제안 중 하나는 목성 얼음 위성 궤도선이 있다.
목성 얼음 위성 궤도선은 핵분열을 사용하도록 설계되었고, 이온 엔진으로 추력을 내게 하여 이전보다 더 상세하게 가니메데를 연구할 수 있게 하는 것이 목적이었다.
그러나 예산 삭감으로 2005년에 취소되었다.
또 다른 오래된 제안은 '가니메데의 웅장함'이라고 불렸다.
유로파 또는 에우로파(Europa)는 다음을 나타낸다:
암석과 얼음으로 이루어져 있으며, 지구의 위성인 달에 비교하면 질량은 6분의 1, 부피는 3분의 1 정도이다.
태양으로부터 29~49 AU 떨어진 타원형 궤도를 돌고 있으며, 공전 주기는 약 248년, 자전 주기는 6일 9시간 43분이다.
이심율이 큰 타원형 궤도 때문에 해왕성의 궤도보다 안쪽으로 들어올 때도 있다. 2014년 기준으로 태양에서 32.6 AU 거리에 있다.
태양에서 아주 멀리 떨어져 있어서 기온이 매우 낮으며, 평균 기온은 -248℃이다.
산소와 메테인 등이 고체로 존재하고 있어 인간이 자원을 획득하는 데 가장 좋은 태양계 천체처럼 알려져 있지만, 지구와의 거리가 매우 멀고 기온이 낮기 때문에 실효성이 낮다.
명왕성의 중력은 지구의 약 7% 정도이므로 지구에서의 몸무게가 약 60 kgf인 사람은 명왕성에서 몸무게가 약 4 kgf이 된다.
물론 질량은 60 kg으로 일정하다.
1930년에 미국의 클라이드 톰보가 처음으로 발견했으며, 2006년까지 태양계의 9번째 행성으로 인정됐었다. 하지만 명왕성과 비슷한 타원 궤도를 도는 유사한 천체들이 잇따라 발견되면서, 명왕성이 행성으로 적합한가에 관한 논란이 발생했다.
2005년에 발견된 왜행성 에리스는 당시 명왕성보다 질량이 27% 정도 더 큰 것으로 파악되었다.
그래서 명왕성 하나만 행성으로 분류할 수는 없다는 의견이 나왔고, 카론, 명왕성, 세레스 등을 모두 행성으로 분류할지 아니면 모두 제외할지에 대한 논의가 이루어졌다.
결국 국제천문연맹은 2006년 8월 24일 총회에서 행성의 기준을 새로 정하면서 명왕성, 에리스, 세레스 등을 함께 묶어 왜행성 및 명왕성형 천체라는 새로운 분류에 집어넣었다.
미국을 비롯한 일부 국가의 과학자들은 명왕성이 여전히 행성으로 분류되어야 하며 새로 발견된 천체들도 행성으로 인정해야 한다고 주장하기도 하지만, 명왕성은 현재 왜행성으로 분류되어 134340이라는 식별 번호가 붙어있다.
당초 명왕성 주변에서 발견된 5개의 천체가 위성으로 알려져 있었다.
그 중 가장 큰 천체인 카론은 1978년에 발견되었고, 닉스와 히드라는 2005년에, 케르베로스와 스틱스는 각각 2011년, 2012년에 발견되었다.
그러나 명왕성이 카론에 지배적인 영향을 주지 못하고 카론에 휘둘리기도 하는 사실이 확인됐는데, 이 둘의 질량 중심이 명왕성 내부가 아닌 두 천체 사이에 위치하였기 때문이다.
그러나 국제천문연맹은 아직 이 현상에 대해 공식적인 정의를 내놓지는 않았고, 카론은 일단 명왕성의 위성으로 정의되어 있다.
2015년 7월 14일에는 뉴 허라이즌스 탐사선이 명왕성을 최초로 방문하여, 명왕성 근처를 비행하면서 명왕성과 위성들을 관측하고 각 천체들의 특성을 측정하였다.
1840년대 위르뱅 르베리에와 존 카우치 애덤스는 천왕성 궤도의 섭동을 분석하여, 당시에 아직 발견되지 않았던 해왕성의 존재와 그 위치를 계산하여 예측하였다.
그러나 해왕성 발견 후, 이 행성의 궤도에도 오차가 있는 것으로 밝혀졌다.
이 사실은 해왕성 바깥쪽에 다른 행성이 존재한다고 여겨지게 하였다.
화성의 운하를 관측한 것으로 유명한 천문학자 퍼시벌 로웰은 해왕성 너머로 궤도에 영향을 미치는 또 다른 행성이 있을 것으로 추정하고 이를 행성 X라 불렀다.
그러나 사실 명왕성의 크기는 매우 작은데다가, 명왕성보다 훨씬 큰 해왕성의 궤도에 지장을 주기에는 질량이 너무나도 작다.
그래서 계산에 의하기보다는 우연히 발견했다고 봐도 큰 무리가 없다.
나중에 관측 여건이 좋지 않아서 이러한 오차가 생긴 것임을 알게 되었다.
로웰은 애리조나에 천문대를 건설하고, 9번째 행성을 찾기 위한 프로젝트에 돌입했다.
명왕성이 해왕성에게 섭동을 주어 궤도 오차가 생긴것으로 인식하고 그 궤도를 계산해냈고, 1909년에는 행성 X의 예상 위치가 몇 개 제안되었다.
이 프로젝트는 1916년 로웰이 사망하기까지 진행되었지만, 명왕성을 찾지는 못했다.
로웰은 알지 못했지만 1915년에는 명왕성의 흐릿한 이미지가 찍혔는데도 이를 알아채지 못하고 지나간 적이 있었다.
그 외에도 15번 정도 사전 포착된 적이 있었으며, 가장 오래된 것은 1909년 버크스 천문대에서 사전 포착된 것이다.
로웰 사후에는 그 미망인 콘스턴스 로웰이 천문대의 지분에 대해 유산 상속 권리를 주장해 법정 싸움이 이어지는 통에, 행성 X에 대한 탐사는 1929년 23세의 클라이드 톰보가 탐사 업무를 인계받을 때까지 재개되지 못했다.
톰보는 당시 최신 기술이었던 천체 사진을 이용하여 빈 동일한 지역의 사진을 2주 간격으로 두 장을 촬영한 후, 그 이미지 사이에서 위치가 바뀐 천체를 분석하는 방법으로 탐색을 진행했다.
촬영한 방대한 사진을 열심히 분석한 결과, 톰보는 1930년 2월 18일에, 같은 해 1월 23일 및 1월 29일 촬영된 사진에서 움직이고 있다고 생각되는 천체를 발견했다.
1월 20일에 찍힌 사진도, 질은 나빴지만 움직임을 확정하기에는 충분했다.
로웰 천문대는 더욱 확증적인 사진을 얻기 위해 노력했고, 이후 발견 소식을 1930년 3월 13일에 하버드 대학 천문대에 전보로 보냈다.
그 후 명왕성의 사진은 1915년 3월 19일까지 거슬러 발견되었다.
이와 같은 경위로 발견된 날짜는 일반적으로 1930년 2월 18일이지만, 소행성 센터에 등록된 목록에서 발견 일은 같은 해 1월 23일로 되어 있다.
명왕성의 발견은 전 세계적인 화제가 되었고, 이 새로운 별을 명명할 권리를 가지고 있었던 로웰 천문대는 ‘아틀라스’부터 ‘자이멀’("Zymal")에 이르는 이름까지 전 세계에서 1000건 이상의 제안을 받았다.
톰보는 다른 사람보다 빨리 이름을 제안하라고 베스토 멜빈 슬리퍼를 재촉했다.
콘스턴스 로웰은 제우스를 제안했다가, 퍼시벌("Percival") 그리고 결국에는 그녀 자신의 이름인 콘스턴스로 제안을 했다.
이러한 제안들은 모두 기각되었다.
명왕성(Pluto)라는 이름을 제안한 이는 베네티아 버니(1918–2009)로 잉글랜드 옥스포드의 11살 소녀였다.
베네티아는 고전 신화와 천문학 모두 관심을 가지고 있었으며, 그 이름을 로마 신화의 저승의 신이 어둡고, 추울거라고 생각되는 세상에 적합한 이름이라고 생각했다.
그녀는 그 이름을 옥스포드 대학 보들레이안 도서관 전 사서였던 할아버지 팔코너 마단과 상의를 통해 결정했다.
마단은 그 이름을 허버트 홀 터너 교수에게 전달했고, 그는 미국의 동료들에게 전보를 보냈다.
명왕성이 공식적으로 명명된 것은 1930년 3월 24일이었다.
로웰 천문대원은 세개의 목록에 있는 것 중 하나를 투표할 수 있었다.
미네르바(이것은 당시에 이미 소행성의 이름이었다.), 크로노스(이것은 당시 인지도가 높지 않던 토머스 제퍼슨 잭슨 씨에 제안되었지만 명성을 잃어버렸다.)와 플루토가 그 목록에 오른 이름이었다.
결과적으로 플루토가 만장일치로 뽑혔다.
이 이름은 1930년 3월 1일에 공표되었다.
이 이름이 공표되자마자 마단은 손녀 베네티아에게 5파운드를 주었다.
이 명칭 "Pluto"의 첫 두 글자가 퍼시벌 로웰의 이니셜인 PL과 일치한다는 것도 결정에 일부 영향을 주었다.
이 이름은 곧 널리 사용되기 시작했다.
1930년 월트 디즈니는 미키 마우스의 개 동료로 플루토를 만들었는데, 디즈니 애니메이터 벤 샤프스틴은 왜 그런 이름이 붙여졌는지 확언하지 못했다.
1941년에 글렌 T. 시보그는 우라늄 (천왕성), 넵투늄 (해왕성) 등 새롭게 발견된 행성의 이름을 원소의 이름에 붙이던 관습에 따라 명왕성 다음으로 만들어진 새 원소에 플루토늄이라는 이름을 붙였다.