Callisto (vệ tinh)

| adjectives = Callistoan v.v. (xem trong bài)
| image = Callisto - July 8 1979 (38926064465).jpg
| caption = Ảnh màu thật của Callisto được chụp bởi tàu vũ trụ Voyager 2
| bgcolour = a0ffa0
| discovery = yes
| discoverer = Galileo Galilei
| surface_area = 7,30 km² (0,143 Trái Đất)
| volume = 5,9 km³ (0,0541 Trái Đất)
| mass = 1,075&nbsp;938&nbsp;±&nbsp;0,000&nbsp;137 kg (0.018 Trái Đất)
| temperatures=yes
| temp_name1 = K Trong hệ Mặt Trời, Callisto là vệ tinh lớn thứ ba, sau Ganymede cũng của Sao Mộc và vệ tinh Titan của Sao Thổ. Callisto cũng là vật thể lớn thứ 12 trong Hệ Mặt Trời về đường kính. Vệ tinh được Galileo Galilei phát hiện vào năm 1610. Tuy kích thước bằng 99% Sao Thủy nhưng do có khối lượng riêng nhỏ, khối lượng của Callisto chỉ bằng 1/3 so với Sao Thủy. Trong số 4 vệ tinh lớn của Sao Mộc mà Galilei đã phát hiện từ thế kỉ 17, Callisto có khoảng cách với Sao Mộc xa nhất, trung bình 1.880.000&nbsp;km. Callisto cũng không tạo ra với 3 vệ tinh lớn còn lại hệ quỹ đạo cộng hưởng (1 chu kì quanh Sao Mộc của Ganymede bằng 2 lần chu kì của Europa và bằng 4 lần của Io). Dưới sức hút cực lớn của một "hành tinh khí khổng lồ" (gas giant) như Sao Mộc, một mặt của Callisto luôn luôn hướng về phía Sao Mộc, giống như Mặt Trăng luôn chỉ quay một mặt về phía Trái Đất. Do ở xa nhất trong 4 vệ tinh lớn, tác động của lực hấp dẫn và từ trường của Sao Mộc lên Callisto là yếu nhất. Với những vệ tinh gần hơn, sức hút của Sao Mộc làm biến dạng chúng, khiến các lớp của những vệ tinh này ma sát sinh ra năng lượng. Ví dụ điển hình là Io, vệ tinh lớn nằm gần Sao Mộc nhất, dưới tác động của những năng lượng ngoại sinh này, đã hình thành các núi lửa vẫn đang hoạt động.

Callisto có cấu tạo một nửa là đất đá và nửa còn lại là băng, khối lượng riêng xấp xỉ 1,83 g/cm³. Theo những quan sát quang phổ, bề mặt của Callisto được cấu tạo từ băng nước, C02, silicates và các hợp chất hữu cơ. Tàu thám hiểm Galileo khi nghiên cứu Sao Mộc và các vệ tinh của nó đã chỉ ra rằng, rất có thể ở phía dưới lớp bề mặt băng đá 1.000&nbsp;km là một đại dương.

Bề mặt của Callisto có rất nhiều những hố thiên thạch và được hình thành ngay trong giai đoạn đầu. Không hề thấy dấu vết về những hoạt động địa chất của Callisto gần đây, không có động đất hay núi lửa cũng như sự chuyển dịch của các địa tầng. Địa hình của Callisto chủ yếu là các chuỗi hố thiên thạch nhiều hình dáng, những vết đứt gãy địa tầng, những rặng núi và sa thạch. Chúng có thể là kết quả của những quá trình thay đổi địa chất cùng với tác động của nhiều vụ va chạm thiên thạch đã xảy ra trong quá khứ. Hiện tại chưa xác định được tuổi của những biến đổi này. các nguyên tử oxy, và một tầng điện ly khá dày. Ngày nay, người ta cho rằng Callisto được hình thành từ sự tích tụ rất chậm chạp các vật chất trong vành đai của Sao Mộc vào buổi đầu của hệ Mặt Trời. Tốc độ hình thành thấp và thiếu đi năng lượng sinh ra do ma sát giữa các lớp vật chất (do cách xa Sao Mộc), Callisto không bị phân lớp một cách hoàn toàn mà chỉ bị phân lớp một phần (nếu một thiên thể bị phân lớp hoàn toàn, lớp vật chất phía trong sẽ đặc hơn và tạo thành lõi thiên thể). Chính sự phân lớp một phần đó có thể đã tạo ra cho Callisto một lõi đá nhỏ và một lớp nước dày từ 100 đến 150&nbsp;km dưới lớp bề mặt.

Với sự tồn tại của một đại dương, mặc dù ở sâu dưới lớp bề mặt, Callisto có thể có sự sống. Khả năng tồn tại sự sống của Callisto không nhiều bằng khả năng của Europa. Một số tàu thám hiểm đã nghiên cứu vệ tinh này, từ Pioneer 10 và Pioneer 11 tới Galileo và Cassini. Trong tương quan với Sao Mộc và các vệ tinh của nó, Callisto có thể là nơi thích hợp nhất cho những chuyến thám hiểm và khai phá trong tương lai của con người.

Phát hiện và tên gọi

Galileo phát hiện ra Callisto cùng với 3 vệ tinh Ganymede, Io và Europa gần như đồng thời trong tháng 1 năm 1610. Ông đã gửi những đề nghị của mình cho Johannes Kepler. Thế nhưng trong nhiều thế kỉ, người ta không thích gọi tên những vệ tinh như vậy, chỉ đơn giản là Jupiter IV theo cách gọi lúc ban đầu của Galileo (có nghĩa là vệ tinh thứ tư của Sao Mộc). Mãi đến giữa thế kỉ 20, cách gọi tên theo các vị thần như đề nghị ban đầu của Simon Marius mới trở nên phổ biến.

Callisto là một nhân vật trong thần thoại Hy Lạp, một trong nhiều người tình của Zeus (Sao Mộc được đặt tên là Jupiter, chính là Zeus theo thần thoại Hy Lạp). Là con gái của Lycaon, vua xứ Arcadia, Callisto là một nữ thần theo hầu nữ thần săn bắn Artemis. Giống như những nữ thần khác phụ tá cho Artemis, Callisto thề giữ trọn trinh tiết. Thế nhưng Zeus đã hóa thân thành Artemis để lừa Callisto và sau đó, quan hệ với nàng (đây là một ví dụ về quan hệ cùng giới trong thần thoại Hy Lạp). Callisto do không giữ được lời thề, đã bị biến thành một con gấu. Con của Callisto và Zeus chính là Arcas, sau này do không biết gấu chính là mẹ mình, đã bắn Callisto. Zeus sau đó đã biến cả hai mẹ con thành hai chòm sao Đại Hùng và Tiểu Hùng.

Quỹ đạo

Callisto là vệ tinh nằm ở ngoài cùng trong số 4 vệ tinh lớn (gọi là vệ tinh Galileo) của Sao Mộc. Bán kính quỹ đạo trung bình là khoảng 1.880.000&nbsp;km, gấp 26,3 lần bán kính Sao Mộc.

Giống như các vệ tinh thông thường khác, Callisto bị khóa lại bởi lực hấp dẫn của Sao Mộc khiến cho nó luôn chỉ quay một mặt về phía Sao Mộc.

Sự tách biệt về mặt động lực học của Callisto trong hệ khiến cho nó không bị ảnh hưởng nhiều bởi lực hấp dẫn của Sao Mộc và có cấu tạo bên trong khá đặc biệt. Thêm vào đó, khoảng cách xa khiến cho những dòng điện tích cực mạnh từ từ trường Sao Mộc không bắn phá Callisto dữ dội như các vệ tinh gần Sao Mộc hơn (năng lượng bắn phá chỉ nhỏ bằng 1/300 lần của Europa). Do đó tác động của những bắn phá này trên bề mặt của Callisto là không mấy đáng kể. SO2, amonia và các hợp chất hữu cơ. trong khi nửa sáng hơn, có nhiều CO2. Cụ thể, khi xem xét từ trường thay đổi của Sao Mộc tác động lên Callisto, người ta nhận thấy Callisto giống như một vật dẫn hình cầu hoàn hảo, tức là từ trường không thể xuyên vào bên trong của nó. Khả năng có thể xảy ra là Callisto có một lớp chất lỏng dẫn điện dày ít nhất là 10&nbsp;km. Điều này được thể hiện thông qua đại lượng mômen quán tính. trong thời kì này với dày đặc những hố thiên thạch. Nếu như có một thiên thạch mới đâm vào Callisto, chắc chắn nó sẽ xóa đi dấu vết của một hố thiên thạch cũ nào đó. Nhìn trên diện rộng, địa hình của Callisto rất đơn giản và khá bằng phẳng. Nó không hề có những dãy núi lớn, núi lửa hay những địa hình kiến tạo mà chỉ có những hố thiên thạch, những miệng thiên thạch đồng tâm cùng với những vết đứt gãy, sườn dốc và những vùng khoáng kết.

Những hố thiên thạch của Callisto có đủ mọi kích thước, từ cỡ nhỏ khoảng 0,1&nbsp;km (là giới hạn phân giải của ảnh chụp vệ tinh) cho tới trên 100&nbsp;km (không tính những miệng hố thiên thạch đa vành). Miệng hố lớn thứ 2 là Asgard có đường kính 1.600&nbsp;km. phiên âm là/ˌkælɨˈstoʊən/, hoặc là Callistan. Những rung động này có tính hướng tâm (hướng về tâm va chạm) đã tạo nên những dấu vết địa hình rõ rệt có dạng vành đồng tâm. Một kiểu cấu trúc khác rất đáng chú ý là những chuỗi hố thiên thạch nắm trên đường thẳng, ví dụ như dãy Gomul. Chúng có thể là kết quả của một thiên thể hay sao chổi nào đó khi bay ngang qua Sao Mộc đã bị lực hấp dẫn của nó xé ra thành nhiều mảnh, trước khi đâm vào Callisto. Một khả năng khác là một sao chổi đã đâm vào Callisto với góc rất nhỏ và tạo nên một vệt dài trên bề mặt nó. Vùng dày đặc hố thiên thạch của Callisto có thể đã hình thành cách đây 4,5 tỉ năm, ngay từ những thời điểm ban đầu hình thành hệ Mặt Trời. Những cấu trúc đa vành và các hố thiên thạch khác được ước đoán từ 1 tới 4 tỉ năm. Bên cạnh đó Hubble còn phát hiện được một số khu vực tập trung oxy trên bề mặt Callisto.

Sự hình thành

Như phần trên đã đề cập, cấu tạo của Callisto không được phân tầng hoàn toàn mà chỉ được phân tầng một phần (suy ra từ mômen quán tính của vệ tinh) cho thấy trong lịch sử hình thành, Callisto chưa bao giờ đủ nóng để làm tan chảy băng của nó. Sự đối lưu trong thiên thể băng là một quá trình chậm với tốc độ chuyển dịch chỉ cỡ khoảng 1&nbsp;cm/năm. Tuy nhiên, khi xem xét trong thời gian hình thành hàng tỉ năm thì đây vẫn là một quá trình đủ sức làm nguội thiên thể. Phần phía trong của Callisto cũng hình thành những lớp đối lưu khác nhau do tinh thể băng dưới những áp suất khác nhau có những trạng thái khác nhau (với Callisto là từ băng trạng thái I gần bề mặt đến băng trạng thái VII ở tâm vệ tinh).

Từ những suy luận như vậy, người ta cho rằng trong số 4 vệ tinh lớn của Sao Mộc, Europa là vệ tinh có khả năng tồn tại sự sống lớn nhất.

Những dự án khám phá Callisto

Các tàu thám hiểm Sao Mộc Pioneer 10 và Pioneer 11 của những năm 70 thế kỉ trước chỉ cung cấp rất ít thông tin về Callisto so với những điều đã biết về vệ tinh này trước đó từ những đài quan sát mặt đất.

Trong tương lai, một dự án mang tên Europa Jupiter System Mission (EJSM, dự án nghiên cứu Sao Mộc và các vệ tinh, chủ yếu là Europa) liên kết giữa 2 trung tâm khoa học vũ trụ NASA và ESA có thể được thực hiện vào năm 2020. Vào tháng 2 năm 2009, 2 trung tâm này đã xác định đây là mục tiêu quan trọng có mức ưu tiên cao hơn dự án Titan Saturn System Mission (dự án khám phá vệ tinh Titan của Sao Thổ). Mặc dù vậy, đóng góp của phía ESA vẫn đang bị đặt dấu hỏi do vấn đề tài chính. Dự án này có thể gồm một vệ tinh bay quanh Sao Mộc của ESA, một vệ tinh bay quanh Europa của NASA và một vệ tinh nghiên cứu từ trường Sao Mộc của JAXA.

Tiềm năng định cư

Từ năm 2003, NASA đã thực hiện một chương trình nghiên cứu mang tên HOPE (Human Outer Planets Exploration, tạm dịch: Con người thám hiểm những hành tinh khác) Ưu điểm của việc đặt một trạm dừng chân như vậy ở Callisto là do bức xạ từ Sao Mộc tại Callisto là tương đối thấp, và do cấu tạo địa chất ổn định của vệ tinh này. Bên cạnh đó, việc xây dựng một căn cứ tại Callisto cũng giúp con người có cơ sở để tiếp tục khám phá vệ tinh Europa, cũng như có thể lợi dụng lực hấp dẫn từ Sao Mộc để tăng tốc cho các tàu vũ trụ hướng xa hơn ra bên ngoài hệ Mặt Trời.

Chú thích

Viễn điểm được tính toán dựa vào bán trục lớn a và tâm sai e: a(1+e).
Cận điểm được tính toán dựa vào bán trục lớn a và tâm sai e: a(1-e).
Diện tích bề mặt được tính dựa trên bán kính r: 4\pi r^2.
Thể tích v được tính dựa trên bán kính r: 4\pi r^3/3.
Gia tốc bề mặt được tính toán dựa trên khối lượng m, hằng số hấp dẫn G và bán kính r: Gm/r^2.
Vận tốc vũ trụ cấp 1 được tính toán dựa trên khối lượng m, hằng số hấp dẫn G và bán kính r: \sqrt{\frac{2Gm}{r}}.
Bán cầu "dẫn" là bán cầu hướng về phía di chuyển của vệ tinh, còn bán cầu "theo" là bán cầu hướng ngược lại.
Mô men quán tính vô hướng ở đây được tính bằng I/(mr²), trong đó I là mô men quán tính, m là khối lượng và r là bán kính lớn nhất. Giá trị này luôn bằng 0.4 nếu vật là hình cầu đồng nhất, và bé hơn 0.4 nếu vật có mật độ tăng dần khi đi vào tâm.
Mật độ bề mặt và áp suất được tính toán dựa trên những số liệu được thông báo tại Hall, 1998, giả định rằng độ cao tỉ lệ (độ cao so với mặt đất mà kể từ đó mật độ không khí thay đổi theo một thừa số dạng e mũ) là 20&nbsp;km và nhiệt độ là 120 K.
Cộng hưởng dạng Laplace tương tự như cộng hưởng Laplace xảy ra đối với các vệ tinh Galile nhưng có một điểm khác biệt: vĩ độ giao nhau của Io–Europa và Europa–Ganymede thay đổi có tỉ lệ là một phân số chứ không được xác định duy nhất như ở cộng hưởng Laplace

Tham khảo

Xem thêm

Sao Thổ
Đại dương
Mặt Trăng
Hệ Mặt Trời

Liên kết ngoài

Thông tin về Callisto trên trang của NASA ()