ดวงจันทร์ของกาลิเลโอ

ดวงจันทร์ของกาลิเลโอ () คือดวงจันทร์บริวารทั้ง 4 ดวงของดาวพฤหัสบดีซึ่งถูกค้นพบโดยกาลิเลโอ กาลิเลอีช่วงเดือนมกราคม พ.ศ. 2153 ดวงจันทร์ทั้ง 4 ดวงเป็นดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีชื่อของดวงจันทร์ทั้ง 4 ได้รับการตั้งชื่อคนรักของซูสได้แก่ "ไอโอ" "ยูโรปา" "แกนิมิด"และ "คาลลิสโต" ดวงจันทร์ทั้ง 4 เป็นวัตถุที่มีมวลมากที่สุดในระบบสุริยะนอกเหนือจากดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ทั้งแปดดวง มันมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่าดาวเคราะห์แคระใดๆ ดวงจันทร์สามดวงด้านใน ได้แก่ ไอโอ ยูโรปา แกนิมิด มีการสั่นพ้องของวงโคจรที่ 1:2:4

ดวงจันทร์ทั้ง 4 ดวงถูกค้นพบในช่วงระหว่าง พ.ศ. 2152-2153 เมื่อกาลิเลโอได้ปรับปรุงกล้องโทรทรรศน์ซึ่งทำให้เขาสามารถสังเกตเห็นเทหฟากฟ้าได้ชัดเจนขึ้นกว่าที่ผ่านมา การค้นพบของกาลิเลโอแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของกล้องโทรทรรศน์ในฐานะของเครื่องมือสำหรับนักดาราศาสตร์ในการช่วยให้สามารถเห็นวัตถุในอวกาศที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า สิ่งสำคัญยิ่งกว่านั้นการค้นพบที่ไม่อาจโต้แย้งถึงการโคจรของดวงดาวหรือเทหฟากฟ้ารอบสิ่งอื่นๆนอกจากโลกนี้ได้สั่นคลอนอย่างรุนแรงต่อระบบโลกเป็นศูนย์กลางที่ได้รับการยอมรับในขณะนั้น ระบบโลกของปโตเลมีเชื่อว่าโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล ดาวดาวและวัตถุต่างๆโคจรรอบโลก

ในตอนแรกกาลิเลโอได้ตั้งชื่อสิ่งที่ค้นพบครั้งนี้ว่าดวงดาวของคอสิโม ("Cosimo's stars") สำหรับชื่อของดวงจันทร์ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันนั้นได้รับการตั้งชื่อโดยSimon Mariusซึ่งเป็นผู้ค้นพบดวงจันทร์ทั้งสี่นี้ในช่วงเวลาเดียวกันกับกาลิเลโอ ชื่อดวงจันทร์นี้ได้รับการแนะนำจากโยฮันเนส เคปเลอร์ซึ่งตีพิมพ์ใน "Mundus Jovialis" ใน พ.ศ. 2157

ผลจากการปรับปรุงกล้องโทรทรรศน์โดยกาลิเลโอ กาลิเลอี โดยการเพิ่มกำลังขยายขึ้นเป็น 20 เท่า เขาสามารถมองเห็นเทหฟากฟ้าได้ชัดเจนกว่าที่เคยเห็นโดยกล้องโทรทรรศน์เดิม ทำให้กาลิเลโอค้นพบดาวจันทร์ของกาลิเลโอได้ในช่วงราวเดือนธันวาคม พ.ศ. 2152 ถึง เดือนมกราคม พ.ศ. 2153

เมื่อวันที่ 7 มกราคม พ.ศ. 2153 กาลิเลโอได้เขียนจดหมายซึ่งกล่าวถึงดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีเป็นครั้งแรก ซึ่งในขณะนั้นเขามองเห็นเพียงสามดวงและเขาเชื่อว่าดวงจันทร์เหล่านั้นมีตำแหน่งที่อยู่คงที่ใกล้กับดาวพฤหัสบดี เขายังได้สังเกตวงโคจรของดวงจันทร์ทั้งสามในระหว่างวันที่ 8 มกราคม ถึง 2 มีนาคม พ.ศ. 2153 ในระหว่างที่เฝ้าสังเกตดวงจันทร์ทั้งสามอยู่นั้นเขาก็ได้ค้นพบดวงจันทร์ดวงที่สี่และจากการสังเกตเขาได้ค้นพบว่าดวงจันทร์ทั้งสี่ไม่ได้อยู่คงที่แต่มันได้โคจรไปรอบๆดาวพฤหัสบดี

การค้นพบของกาลิเลโอได้พิสูจน์ถึงความสำคัญของกล้องโทรทรรศน์ในฐานะเครื่องมือของนักดาราศาสตร์ว่ายังมีเทหวัตถุในอวกาศที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่ารอการค้นพบอยู่ที่สำคัญยิ่งกว่านั้นการค้นพบว่ามีเทห์ฟ้าที่โคจรรอบสิ่งอื่นนอกจากโลกได้สั่นคลอนอย่างรุนแรงต่อระบบโลกเป็นศูนย์กลางที่ยอมรับกันในขณะนั้นซึ่งเชื่อว่าโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาลและเทหฟากฟ้าอื่นๆทั้งหมดจะโคจรรอบโลก บทความของกาลิเลโอ "Sidereus Nuncius" ("Starry Messenger") ซึ่งประกาศถึงการเฝ้าสังเกตฟากฟ้าผ่านกล้องโทรทรรศน์ของเขานั้นไม่ได้กล่าวยอมรับทฤษฎีระบบดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางซึ่งเชื่อว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของจักรวาล แต่กาลิเลโอเองก็ยอมรับในทฤษฎีโคเปอร์นิคัส ผลจากการค้นพบครั้งนี้ กาลิเลโอสามารถพัฒนาวิธีการกำหนดลองจิจูดของตำแหน่งในวงโคจรของดวงจันทร์ของกาลิเลโอได้

นักดาราศาสตร์ชาวจีนXi Zezongได้อ้างว่ามีการค้นพบดาวสีแดงขนาดเล็กอยู่ใกล้กับดาวพฤหัสบดีในราว 362 ปีก่อนคริสตกาลโดยนักดาราศาสตร์ชาวจีนGan Deซึ่งคาดว่าจะเป็นแกนีมีดซึ่งเป็นเวลาราวสองพันปีก่อนการค้นพบของกาลิเลโอ

ใน พ.ศ. 2148 กาลิเลโอได้รับการว่าจ้างให้เป็นครูสอนคณิตศาสตร์ให้กับโคสิโม เดอ เมดีชี ใน พ.ศ. 2152 คอสิโมได้รับการแต่งตั้งเป็นดยุคคาสิโมที่สองแห่งทุสคานีกาลิเลโอได้รับการอุปถัมภ์จากลูกศิษย์ที่มั่งคั่งและครอบครัวที่ทรงอิทธิพลในการค้นพบดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี ในวันที่ 13 เดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2153 กาลิเลโอได้เขียนจดหมายถึงเลขานุการของดยุค ความว่า:

God graced me with being able, through such a singular sign, to reveal to my Lord my devotion and the desire I have that his glorious name live as equal among the stars, and since it is up to me, the first discoverer, to name these new planets, I wish, in imitation of the great sages who placed the most excellent heroes of that age among the stars, to inscribe these with the name of the Most Serene Grand Duke.

พระเจ้าทรงให้โอกาสฉันแสดงความจงรักภักดีต่อท่านและความปรารถนาของฉันที่ต้องการให้ชื่อของท่านอยู่เสมอดวงดาว ฉันในฐานะผู้ค้นพบคนแรกมีสิทธิ์ที่จะตั้งชื่อดวงดาวเหล่านี้ ฉันปรารถนาที่จะทำตามนักปราชญ์ผู้ยิ่งใหญ่ซึ่งตั้งชื่อวีรบุรุษที่ยอดเยี่ยมของยุคในหมู่ดวงดาว โดยการตั้งชื่อดาวเหล่านี้ตามดยุคผู้สูงศักดิ์

กาลิเลโอสอบถามว่าเขาควรจะตั้งชื่อดวงจันทร์นี้ว่า "ดาวคอสิโม" ตามชื่อของคอสิโมหรือควรจะตั้งชื่อว่า "ดาวเมดีซี" เพื่อเป็นเกียรติแก่พี่น้องทั้งสี่ของตระกูลเมดีซี เลขานุการกล่าวว่าชื่อหลังเหมาะสมที่สุด

ในวันที่ 12 มีนาคม พ.ศ. 2153 กาลิเลโอได้เขียนจดหมายอุทิศให้แก่ดยุคแห่งทุสคานีและได้ส่งสำเนาให้ดยุคในวันต่อมาโดยหวังว่าจะได้รับการสนับสนุนจากดยุคโดยเร็วที่สุด ในวันที่ 19 มีนาคม เขาได้ส่งกล้องโทรทรรศน์ของเขาที่ใช้ในการส่องดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีเป็นครั้งแรกให้แก่ดยุคพร้อมด้วยสำเนาอย่างถูกต้องของ "Sidereus Nuncius" ("The Starry Messenger") ซึ่งแสดงว่าเขาได้ปฏิบัติตามคำแนะนำของเลขานุการโดยการตั้งชื่อดวงจันทร์ทั้งสี่ดวงว่า Medician Stars กาลิเลโอเขียนอารัมภบทว่า:
Scarcely have the immortal graces of your soul begun to shine forth on earth than bright stars offer themselves in the heavens which, like tongues, will speak of and celebrate your most excellent virtues for all time. Behold, therefore, four stars reserved for your illustrious name ... which ... make their journeys and orbits with a marvelous speed around the star of Jupiter ... like children of the same family ... Indeed, it appears the Maker of the Stars himself, by clear arguments, admonished me to call these new planets by the illustrious name of Your Highness before all others.

เป็นที่น่ายินดีอย่างหามิได้ ดวงดาวทั้งสี่เป็นสิทธิของท่านในการตั้งชื่อซึ่งทำให้การเดินทางและการโคจรด้วยความเร็วอันน่าอัศจรรย์รอบดาวพฤหัสบดีคล้ายกับเด็กๆจากครอบครัวเดียวกัน อันที่จริงมันคล้ายกับว่าผู้สร้างดวงดาวเหล่านี้ได้ปรากฏตัวเพื่อเตือนสติให้ฉันเรียกดวงดาวเหล่านี้ตามชื่อของท่านดยุค

กาลิเลโอแรกเริ่มได้ตั้งชื่อดวงจันทร์ที่เขาค้นพบว่า ดวงดาวของคอสิโม ("Cosimo's stars") เพื่อเป็นเกียรติแก่โคสิโม เดอ เมดีชี  ต่อมากาลิเลโอได้เปลี่ยนชื่อเป็น Medicea Sidera ("the Medician stars") ตามคำแนะนำของคอสิโมเพื่อเป็นเกียรติแก่พี่น้องทั้งสี่คนของตระกูลเมดีซี (คอสิโม (Cosimo), ฟรานเชสโก (Francesco), คาร์โล (Carlo), และ ลอเรนโซ (Lorenzo)) การค้นพบถูกประกาศใน "Sidereus Nuncius" ("Starry Messenger") ตีพิมพ์ที่เมืองเวนิช (เวนิส) ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2153 ซึ่งเป็นเวลาน้อยกว่าสองเดือนหลังการสังเกตพบในครั้งแรก

ชื่ออื่นๆ ซึ่งถูกเสนอพร้อมกัน:

ส่วนชื่อที่มีโอกาสชนะมากกว่าถูกเสนอโดย Simon Marius ซึ่งเป็นผู้ค้นพบดวงจันทร์ทั้งสี่นี้ในช่วงเวลาเดียวกันกับกาลิเลโอ ชื่อดวงจันทร์นี้ได้รับการแนะนำจาก โยฮันเนส เคปเลอร์ เป็นชื่อตามเทพเจ้าที่เป็นคนรักของ ซูส (Zeus) ได้แก่ "ไอโอ (Io)" "ยูโรปา (Europa)" "แกนิมิด (Ganymede) "และ "คาลลิสโต (Callisto) "  ซึ่งตีพิมพ์ "Mundus Jovialis" ใน พ.ศ. 2157

กาลิเลโอปฏิเสธการใช้ชื่อที่มาริอุสตั้งโดยได้คิดค้นระบบการเรียกลำดับซึ่งยังคงถูกใช้มาจนถึงทุกวันนี้ควบคู่ไปกับการใช้ชื่อเรียกดวงจันทร์ ลำดับเลขเรียงจากด้านในออกสู่ด้านนอก ดังนั้น I, II, III และ IV สำหรับ ไอโอ (Io), ยูโรปา (Europa), แกนิมิด (Ganymede), และ คาลลิสโต (Callisto) ตามลำดับ กาลิเลโอใช้ระบบนี้ในสมุดบันทึกของเขาแต่ไม่ได้ตีพิมพ์เผยแพร่ ชื่อตามลำดับ (Jupiter "x") ถูกใช้มาจนถึงช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เมื่อมีการค้นพบดวงจันทร์ดวงอื่นซื่งอยู่ด้านใน จากนั้นชื่อตามที่มาริอุสตั้งจึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย

ในการจำลองเราคาดว่าดวงจันทร์ของกาลิเลโอได้ผ่านหลายยุคในช่วงเริ่มแรกของดาวพฤหัสบดี ดวงจันทร์ที่ก่อกำเนิดขึ้นอาจถูกดึงดูดเข้าหาดาวพฤหัสบดีและถูกทำลายลงเนื่องจากแรงดึงดูดของจานดาวเคราะห์ก่อนเกิด เมื่อมีดวงจันทร์ดวงใหม่กำเนิดขึ้นจากชิ้นส่วนที่เหลืออยู่ จนกระทั่งเกิดเป็นดวงจันทร์ดังเช่นในปัจจุบัน เศษชิ้นส่วนที่เหลืออยู่มีจำนวนน้อยลงจนไม่สามารถรบกวนวงโคจรของดวงจันทร์ได้ ไอโอ เป็นดวงจันทร์ที่ไม่มีน้ำ (anhydrous) ภายในน่าจะประกอบด้วยหินและโลหะ ยูโรปา (Europa) น่าจะมีน้ำและน้ำแข็งราว 8% โดยน้ำหนัก ส่วนที่เหลือคาดว่าจะเป็นหิน ข้อมูลของดวงจันทร์โดยเรียงลำดับตามระยะทางจากดาวพฤหัสบดี:

ไอโอ เป็นดวงจันทร์ที่อยู่ด้านในสุดของกลุ่มดวงจันทร์ของกาลิเลโอ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3,642 กิโลเมตร เป็นดวงจันทร์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเป็นอันดับที่สี่ในระบบสุริยะจักรวาล ได้รับชื่อตามไอโอนักบวชของฮีราซึ่งต่อมาได้เป็นคนรักของซูส แต่มันถูกเรียกด้วยชื่อง่ายๆว่า “จูปีเตอร์ 1” หรือ “ดวงจันทร์ดวงแรกของดาวพฤหัสบดี” จนถึงราวกลางศตวรรษที่ 20

ไอโอมีภูเขาไฟซึ่งยังไม่ดับอยู่มากกว่า 400 ลูก จึงทำให้ไอโอเป็นดาวที่มีการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยามากที่สุดในระบบสุริยะจักรวาล พื้นผิวของมันเป็นรอยด่างด้วยภูเขามากกว่า 100 ลูก บางลูกมีความสูงมากกว่ายอดเขาเอเวอร์เรสบนโลก (ยอดเขาเอเวอเรสต์) ส่วนประกอบหลักของไอโอเป็นหินซิลิกาห่อหุ้มแกนกลางซึ่งเป็นหินหลอมเหลวหรือไอออนซัลไฟด์ ซึ่งต่างจากดวงจันทร์ในระบบสุริยะชั้นนอกส่วนมากที่เป็นชั้นน้ำแข็งหนาห่อหุ้มแกนกลาง

ถึงแม้ว่าจะยังไม่ได้รับการพิสูจน์จากข้อมูลล่าสุดจากยานกาลิเลโอออร์บิตเตอร์ (Galileo orbiter) ชื้ให้เห็นว่าไอโออาจจะมีสนามแม่เหล็กของมันเอง ไอโอมีบรรยากาศที่เบาบางมากประกอบด้วยซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO) เป็นส่วนมาก หากมีการเก็บข้อมูลหรือตัวอย่างพื้นผิวโดยการส่งยานตรวจการณ์ (เช่นเดียวกับยานตรวจการณ์รูปร่างคล้ายรถถังของสภาพโซเวียต ขื่อ Venera landers) ลงจอดบนพื้นผิวของไอโอในอนาคต มันเป็นเรื่องที่ยากมากที่ยานเหล่านั้นจะสามารถอยู่รอดจากการแผ่รังสีและสนามแม่เหล็กซึ่งมีแหล่งกำเนิดจากดาวพฤหัสบดี

ยูโรปา ดวงจันทร์ลำดับที่สองของกลุ่มดวงจันทร์ของกาลิเลโอ อยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดีเป็นลำดับที่สองและมีขนาดเล็กที่สุดในกลุ่มดวงจันทร์ของกาลิเลโอ โดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3121.6 กิโลเมตร ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าดวงจันทร์ของโลกเราเพียงเล็กน้อย ชื่อ ยูโรปา (Europa) ตั้งตามยูโรปาเจ้าหญิงชาวฟินิเชียซึ่งต่อมาได้เป็นคนรักของซูสและราชินิแห่งครีตแต่ชื่อนี้ไม่ได้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายจนกระทั่งกลางศตวรรษที่ 20

ยูโรปาเป็นดาวที่ราบเรียบที่สุดในระบบสุริยะ ด้วยชั้นของน้ำซึ่งคาดการณ์ว่าจะหนาถึง 100 กิโลเมตรห่อหุ้มแกนกลางของดาว พื้นผิวที่ราบเรียบประกอบขึ้นจากชั้นของน้ำแข็งขณะที่ส่วนที่อยู่ใต้ชั้นน้ำแข็งนั้นในทางทฤษฎีน่าจะเป็นน้ำในรูปของเหลว ผิวที่ราบเรียบและมีอายุไม่มากนั้นสนับสนุนสมมุติฐานว่ามีมหาสมุทรอยู่ภายใต้พื้นผิวซึ่งอาจเป็นที่อาศัยของสิ่งมีชีวิตนอกโลก พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นจากแรงน้ำขึ้นน้ำลงช่วยทำให้น้ำอยู่ในสภาพของเหลวและเป็นแรงผลักดันให้เกิดกิจกรรมทางธรณีวิทยาบนดวงจันทร์ สิ่งมีชีวิตอาจสามารถอาศัยอยู่บนยูโรปาภายใต้มหาสมุทรที่ถูกปกคลุมด้วยน้ำแข็งซึ่งอาจคล้ายกับสิ่งมีชีวิตบนโลกที่อาศัยบนโลก เช่น ปล่องไฮโดรเทอร์มอล หรือ ทะเลสาบวอสตอกในทวีปแอนตาร์กติก สิ่งมีชีวิตที่อาศัยในมหาสมุทรอาจคล้ายกับจุลินทรีย์ที่อาศัยก้นทะเลบนโลก จนถึงขณะนี้ยังไม่มีหลักฐานที่บ่งชี้ว่ามีสิ่งมีชิวิตอยู่บนยูโรปา แต่จากความเป็นไปได้ที่มีน้ำในรูปของเหลวเป็นสิ่งเรียกร้องให้มีการส่งเครื่องมือตรวจวัดไปที่ยูโรปา

รอยขีดที่ปรากฏอย่างเด่นชัดทั่วไปบนดวงจันทร์คือลักษณะแอลบีโดซึ่งเป็นรอยลึกในภูมิประเทศ มีหลุมอุกกาบาตไม่มากนักบนยูโรปาเนื่องจากภูมิประเทศมีอายุน้อยและการเปลี่ยนแปลง บางทฤษฎีกล่าวว่าแรงดึงดูดของดาวพฤหัสบดีเป็นต้นเหตุของรอยเหล่านี้จากการที่ยูโรปาหันด้านหนึ่งเข้าหาดาวพฤหัสบดีตลอดเวลา รวมทั้งการปะทุของน้ำจากมหาสมุทรภายใต้เปลือกน้ำแข็งทำให้ผิวของดวงจันทร์แยกออกหรือแม้แต่น้ำพุไกเซอร์ (geyser) ก็เป็นสาเหตุของรอยขีดเหล่านี้ สีแดงน้ำตาลของรอยขีดเหล่านี้ ในทางทฤษฎีคาดว่าจะเกิดจากกำมะถัน แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถยืนยันได้แน่ชัดเนื่องจากยังไม่มีการส่งเครื่องมือตรวจวัดใดๆไปที่ยูโรปา องค์ประกอบของยูโรปาส่วนใหญ่เป็นหินซิลิกาและน่าจะมีแกนกลางเป็นเหล็กมันมีบรรยากาศที่เบาบางโดยประกอบด้วยออกซิเจนเป็นหลัก

แกนีมีด ดวงจันทร์ลำดับที่สามของกลุ่มดวงจันทร์ของกาลิเลโอ ได้ชื่อตามแกนีมีดเทพเจ้าของกรีกที่ทำหน้าที่ผู้ถวายพระสุทธารส (cupbearer) และเป็นคนรักของซูส แกนิมิเป็นดวงจันทร์ที่มีขนาดใหญ่ในระบบสุริยะ มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5262.4 กิโลเมตร มันจึงมีขนาดใหญ่กว่าดาวพุธ - แต่มีมวลเพียงครึ่งเดียว เนื่องจากแกนีมีดมีส่วนประกอบเป็นน้ำแข็งจำนวนมาก มันเป็นดาวบริวารเพียงดวงเดียวที่มีสนามแม่เหล็กแม็กนีโตสเฟียร์เป็นของตัวเองซึ่งน่าจะเกิดจากการพาความร้อนภายในแกนกลางที่เป็นเหล็กหลอมเหลว

องค์ประกอบหลักของแกนีมีดเป็นหินซิลิกาและน้ำในรูปของแข็งและมีมหาสมุทรน้ำเค็มซึ่งเชื่อว่าอยู่ลึกราว 200 กิโลเมตรใต้พื้นผิวของแกนีมีดโดยถูกประกบไว้ด้วยชั้นของน้ำแข็ง แกนกลางที่เป็นโลหะของแกนีมีดชี้ว่าในอดีตแกนีมีดอาจจะมีความร้อนสูงมากกว่าในปัจจุบัน พื้นผิวของดาวประกอบด้วยพื่นที่สองประเภท - พื้นผิวที่มีสีเข้มและมีอายุน้อยกว่ากับพื้นผิวซึ่งมีอายุมากกว่าและเต็มไปด้วยร่องและแนว แกนีมีดเต็มไปด้วยหลุมอุกกาบาตแต่ส่วนมากได้หายไปหรือสังเกตเห็นได้ยากเนื่องจากเปลือกน้ำแข็งที่ปกคลุมเหนือหลุมเหล่านั้น ดวงจันทร์มีบรรยากาศเบาบางประกอบด้วยออกซิเจนในรูป O, O, และอาจจะมี O (โอโซน) และยังมีอะตอมไฮโดรเจน

คาลลิสโต ดวงจันทร์ลำดับที่ 4 และเป็นดวงสุดท้ายของกลุ่มดวงจันทร์ของกาลิเลโอ มีขนาดใหญ่เป็นลำดับที่สองของกลุ่มดวงจันทร์ของกาลิเลโอ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4820.6 กิโลเมตร ซึ่งเป็นลำดับที่สามของดวงจันทร์ที่มีขนาดใหญ่ในระบบสุริยะ คาลลิสโตเป็นลูกสาวของกษัตริย์ลีคาโอนแห่งอาคาเดียและเป็นเพื่อนล่าสัตว์ของเทพธิดาอาร์ทิมิส คาลลิสโตไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการสั่นพ้องของวงโคจรของดวงจันทร์อีกสามดวงของกาลิเลโอดังนั้นจึงไม่ได้รับพลังงานความร้อนจากแรงน้ำขึ้นน้ำลง คาลลิสโตประกอบด้วยหินและน้ำแข็งในปริมาณที่เท่าๆกันซึ่งทำให้มันมีความหนาแน่นน้อยที่สุดในกลุ่มดวงจันทร์ของกาลิเลโอ คาลลิสโตเป็นดาวบริวารที่ถูกชนโดยอุกกาบาตอย่างหนักที่ใหญ่ที่สุดดาวหนึ่งในระบบสุริยะโดยมีแอ่งหลุมอุกกาบาตที่สำคัญคือแอ่งวัลฮัลลา มีความกว้างประมาณ 3000 กิโลเมตร

คาลิสโตมีชั้นบรรยากาศที่เบาบางอย่างมากซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ และโมเลกุลของออกซิเจน การตรวจสอบพบว่าคาลิสโตอาจมีมหาสมุทรที่มีน้ำในรูปของเหลวอยู่ใต้พื้นผิวดาวที่ระดับความลึกมากกว่า 100 กิโลเมตร การที่คาลลิโตน่าจะมีมหาสมุทรนั้นอาจหมายถึงว่าอาจมีหรือเคยมีสิ่งมีชีวิตบนคาลิสโต อย่างไรก็ดีความเป็นไปได้นั้นน้อยกว่าบนดวงจันทร์ที่อยู่ใกล้กันอย่างยูโรปา คาลลิสโตได้รับการพิจารณาว่าเป็นสถานที่ที่เหมาะสำหรับเป็นฐานที่อยู่ของมนุษย์สำหรับการสำรวจในอนาคตระบบดาวพฤหัสบดีเนื่องจากว่ามันอยู่ห่างไกลจากการแผ่รังสีอันรุนแรงของดาวพฤหัสบดีที่สุด

ความผันผวนวงโคจรของดวงจันทร์ชี้ให้เห็นว่าความหนาแน่นของดวงจันทร์จะลดลงตามระยะทางจากดาวพฤหัสบดีที่เพิ่มขึ้น คาลลิสโตซึ่งโคจรอยู่ด้านนอกสุดและมีความหนาแน่นน้อยที่สุดในบรรดาดวงจันทร์ทั้ง 4 ดวง โดยมีความหนาแน่นอยู่ระหว่างน้ำแข็งและหิน ในขณะที่ไอโอซึ่งโคจรอยู่ด้านในที่สุดและมีความหนาแน่นมากที่สุดในบรรดาดวงจันทร์ทั้ง 4 ดวง โดยมีความหนาแน่นอยู่ระหว่างหินและเหล็ก คาลลิสโตมีพื้นผิวเก่าแก่และมีร่องรอยการชนของอุกกาบาตอย่างหนักและพื้นผิวน้ำแข็งที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาและรูปแบบการหมุนของมันชี้ให้เห็นว่าคาลิสโตไม่มีแกนกลางที่เป็นหินหรือโลหะแต่เป็นส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันของหินและน้ำแข็งซึ่งอาจเป็นไปได้ที่จะเป็นโครงสร้างแรกเริ่มของดวงจันทร์ทั้งหมด ในทางตรงข้ามการหมุนของดวงจันทร์ด้านในทั้งสามชี้ให้เห็นความแตกต่างของส่วนประกอบภายในที่หนักกว่าและส่วนที่เบากว่าอยู่ด้านบน มันยังเปิดเผยการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญของพื้นผิว แกนิมิดเผยถึงการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาของผิวน้ำแข็งซึ่งเกิดจากชั้นที่อยู่ใต้ลงไปซึ่งบางส่วนละลายเป็นของเหลว ยูโรปาเผยถึงการเคลื่อนไหวของเปลือกน้ำแข็งที่มากกว่าและเกิดขึ้นเร็วๆนี้ซึ่งชี้ให้เห็นว่ายูโรปามีเปลือกน้ำแข็งที่บางกว่า สุดท้าย ไอโอดวงจันทร์ด้านในสุดมีผิวที่ปกคลุมด้วยกำมะถัน ภูเขาไฟซึ่งยังไม่ดับและไม่มีสัญญาณของน้ำแข็งบนพื้นผิว หลักฐานเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าดวงจันทร์ที่อยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดีมากขึ้นเท่าไรจะมีความร้อนภายในดวงจันทร์มากขึ้นเท่านั้น แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าดวงจันทร์ได้รับพลังงานความร้อนจากแรงน้ำขึ้นน้ำลงซึ่งเป็นผลมาจากสนามความโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดี โดยเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะทางจากดวงจันทร์ถึงดาวพฤหัสบดี ซึ่งเกิดกับดวงจันทร์ทั้งหมด ยกเว้น คาลลิสโต ปรากฏการณ์นี้จะหลอมละลายน้ำแข็งภายในและทำให้หินและเหล็กจมลงสู่ภายในของดวงจันทร์ส่วนน้ำจะปกคลุมพื้นผิว ในแกนิมิดเปลือกน้ำแข็งหนาและหนัก ส่วนยูโรปาซึ่งอุ่นกว่ามีเปลือกที่บางกว่าและแตกง่ายกว่า ส่วนไอโอซึ่งมีความร้อนสูงมากจนหินหลอมละลายและน้ำได้ระเหยออกสู่อวกาศไปเมื่อนานมาแล้ว

ดวงจันทร์ของกาลิเลโอทั้งสี่ดวงมีความสว่างเพียงพอที่จะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าจากโลกถ้าหากว่ามันอยู่ห่างจากดาวพฤหัสบดีมากเพียงพอ อย่างไรก็ดีมันสามารถมองเห็นได้โดยง่ายด้วยกล้องสองตาที่มีไม่ต้องมีกำลังขยายสูง ดวงจันทร์ทั้งสี่มีความส่องสว่างปรากฏระหว่าง 4.6 ถึง 5.6 เมื่อดาวพฤหัสบดีอยู่ที่ตำแหน่งตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ และมีความสว่างปรากฏต่ำกว่า 1 หน่วยเมื่อมันอยู่หลังดาวพฤหัสบดี ความยากที่สุดในการสังเกตดวงจันทร์ทั้งสี่จากโลกคือระยะห่างของมันกับดาวพฤหัสบดีเนื่องจากดวงจันทร์จะโดนบดบังโดยความสว่างของดาวพฤหัสบดี การแบ่งแยกเชิงมุมสูงสุดระหว่างดวงจันทร์กับดาวพฤหัสบดีอยู่ระหว่าง 2 และ 10 ลิปดา ซึ่งใกล้เคียงกับความขีดจำกัดของการมองเห็นของมนุษย์ แกนิมิดและคาลิสโตซึ่งมีการแบ่งแยกเชิงมุมสูงที่สุดเป็นเป้าหมายที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าง่ายที่สุด วิธีที่ง่ายที่สุดในการสังเกตพวกมันคือหาวัตถุบังดาวพฤหัสบดี เช่น กิ่งต้นไม้หรือเสาไฟฟ้าที่ตั้งฉากกับระนาบวงโคจรของดวงจันทร์กับดาวพฤหัสบดี