ガニメデ (衛星)
ガニメデは固有の磁気モーメントの他に、誘導された双極子磁場も持っている。この磁場の存在はガニメデ周辺での木星磁場の変動と関係している。誘導された磁気モーメントは、惑星磁場の変動する部分の方向に沿って、木星の方向もしくは木星の反対方向を向く。この誘導された磁場は、ガニメデの固有磁場よりも一桁弱い。磁気赤道における誘導磁場の強度はおよそ 60 nT であり、周辺の木星磁場の半分程度である。ガニメデに誘導される磁場はカリストやエウロパに見られるものと似ており、ガニメデも高い電気伝導率を持った水の地下海を持っていることを示唆している。
ガニメデは完全に分化していて金属核を持っていることから、ガニメデの固有磁場もおそらくは地球の磁場と同じメカニズムで生み出されている。すなわち、天体内部での導電性物質の移動の結果として磁場が発生しているというものである。ガニメデ周辺で検出されている磁場は、もし磁場がダイナモや磁気対流によって生成されているとすると、核での組成対流によって引き起こされていると思われる。
鉄の核が存在するにも関わらず、特に類似した天体が磁気圏を持っていないことを考えると、ガニメデの磁気圏には謎が残されている。ある研究では、サイズが小さいことを考えると、核は流体運動が起きている場所まで十分に冷えてしまっているはずであり、従って磁場を維持することが出来ないことを示唆している。一つの説明は、ガニメデの表層を破壊した原因として提案されているものと同じ軌道共鳴によって、磁場も維持することが出来たというものである。この仮説では、過去の共鳴によってガニメデの軌道離心率が上昇してマントルでの潮汐加熱も上昇し、これによって核からの熱流が抑えられ、核を流体に保ち対流が継続したとされている。別の仮説は、現在の磁場はマントルのケイ酸塩岩石の残留磁化によるというというものである。これは、過去に衛星がより活発なダイナモ機構による磁場を持っていた場合に可能である。
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集積して形成されたと考えられている。ガニメデの集積はおそらくは 10,000 年程度の時間がかかったと考えられ、カリストに対して推定されている 100,000 年程度という時間よりもずっと短い。木星の周りにあった円盤は、ガリレオ衛星が形成された段階では比較的ガスが枯渇していた (gas-starved) 可能性があり、これによりカリストの形成に必要な長い集積時間が実現されたと考えられる。対照的にガニメデは円盤の密度が大きい木星に近い領域で形成されたため、形成タイムスケールは短くなったと考えられる。この比較的短い集積時間のため集積時の熱があまり外部に逃げず、氷を融解させ分化を起こし、岩石と氷の分離が起きた。岩石は中心部へと沈降し、核を形成する。この点においてガニメデはカリストとは異なり、カリストはゆっくりとした集積の過程で集積熱を失ったために氷が溶けることが出来ず、分化を起こさなかったと考えられる。この形成仮説は、なぜガニメデとカリストは質量と組成が似ているにも関わらず異なる形態の天体になったのかを説明することができる。別の理論では、潮汐変形に基づいたガニメデでのより大きな内部加熱によって違いを説明し、また別の理論では後期重爆撃期の間の天体衝突による衝撃によって違いが生まれたとしている。後者の場合、理論モデルではガニメデでは分化は熱暴走的な過程で発生したが、カリストではそうではなかったことを示唆している。
形成後のガニメデの核は集積と分化の最中に蓄積された熱の大部分を保持し、それをゆっくりと氷マントルへ解放した。その後、マントルは対流によって熱を表面へ輸送した。岩石に含まれていた放射性物質の崩壊によって核はさらに暖められ、分化はさらに進んだ。結果として、内側には鉄と硫化鉄の核、ケイ酸塩岩石のマントルが形成された。こうしてガニメデは完全に分化した天体になった。ガニメデと比べると、分化していないカリストの放射性崩壊による加熱は氷の多い内部での対流を引き起こし、それによって効率的に冷却したため大規模な氷の溶融と急速な分化が妨げられた。カリスト内部での対流運動は氷と岩石を部分的に分離するにとどまった。現在では、ガニメデはゆっくりと冷え続けている。核とケイ酸塩マントルから解放される熱によって内部海が存在することができ、一方で鉄と硫化鉄の液体の核のゆっくりとした冷却は対流をおこして磁場の生成を支えている。現在のガニメデからの熱流量は、カリストからのものよりも高いと考えられる。
木星をフライバイしたり周回したりした複数の探査機によってガニメデの接近観測が行われた。1970年代には4回のフライバイが行われ、その後1990年代から2000年代にかけても複数の探査機が近くを通過した。
1973年にパイオニア10号、1974年にはパイオニア11号が木星に接近し、衛星についての情報が地球に送られてきた。この観測では物理的特性のより明確な測定を行ったり、表面の 400 km 程度の地形を分解したりすることが出来た。パイオニア10号のガニメデへの接近距離は 446,250 km であった。
その後、1979年にボイジャー1号とボイジャー2号がガニメデを通過した。この時の観測でガニメデの正確な大きさが測定され、それまで大きいと思われていた土星の衛星タイタンよりもガニメデのほうが大きいことを明らかにした。この時の観測では溝の多い地形も発見されている。
1995年にはガリレオが木星を周回する軌道に入り、1996年から2000年の間にガニメデに6回近接フライバイを行って観測した。これらのフライバイは G1、G2、G7、G8、G28とG29と呼ばれている。G2 では最も近いフライバイが行われ、この時はガニメデ表面から 264 km の距離にまで接近した。1996年のG1フライバイの際にガニメデの磁場が発見され、2001年には地下海の発見が公表された。ガリレオは多数の分光画像を送信し、そのデータからガニメデの表面に氷以外のいくつかの物質が発見された。最も新しいガニメデの近接観測は冥王星へ向かう最中のニュー・ホライズンズによって行われ、2007年の木星フライバイの際にエウロパとガニメデの地形図作成と組成マッピングを行った。
2021年6月8日、木星探査機ジュノーが1038km以内へ接近しフライバイ探査を行った。
Europa Jupiter System Mission はNASAとESAの共同ミッションとして2020年の打ち上げが計画されていた探査ミッションであり、ガニメデを含む多くの木星の衛星を探査する計画とされた。2009年2月に ESA と NASA は EJSM の計画の優先度をタイタン・サターン・システム・ミッションより上に位置づけた。EJSM は NASA が主導するエウロパ周回機の Jupiter Europa Orbiter と、ESA が主導するガニメデ周回機の Jupiter Ganymede Orbiter からなり、日本のJAXAが主導する Jupiter Magnetospheric Orbiter (木星磁気圏オービター) が加わる可能性もあった。ESA が担当する部分は ESA の他の計画と資金的に競合していた。しかし2012年5月2日に ESA の主導する部分は JUICE と名前が変更されて独立し、ESA の Cosmic Vision 科学プログラムにおいて採用され、アリアン5ロケットによる2022年の打ち上げ枠を得ることとなった。JUICE はガニメデを周回する軌道に入り、またそれ以前にはカリストとエウロパを複数回フライバイして探査することが計画されている。
ロシア宇宙科学研究所は現在、宇宙生物学を主眼においた「ガニメデ・ランダー」のミッション評価を行っている。ガニメデ・ランダーは JUICE との提携ミッションになるとされている。もしこの計画が採択された場合2024年の打ち上げが予定されているが、このスケジュールは JUICE に合わせて改定される可能性がある。
ジュノーの探査機を元にしたガニメデ周回機が、アメリカ合衆国の Planetary Science Decadal Survey の中で2010年に提案された。搭載する可能性のある機器は、中分解能のカメラ、フラックスゲート磁力計、可視光/近赤外の画像分光計、レーザー高度計、低/高エネルギープラズマパッケージ、イオンと中性粒子の質量分析計、紫外線画像分光計、電波とプラズマ波センサー、狭角カメラ、地下レーダーである。
その他に、計画されていたが中止になったミッションとして、Jupiter Icy Moons Orbiter がある。これもガニメデを周回する軌道に入ることが予定されていた探査ミッションである。この計画では探査機の動力源として、(原子力電池ではなく) 小型の原子炉を搭載し、推進にはイオンエンジンを用いることが予定されていた。そして過去の探査よりも遥かに詳細にガニメデを探査するとされていた。しかし2005年に予算が削除され、計画は中止となっている。その他の過去の計画には、Grandeur of Ganymede というものもあった。