Каллисто ( / kəˈlɪ s t oʊ / , kə- LIST - oh ) , или Юпитер IV , — второй по величине спутник Юпитера , после Ганимеда . В Солнечной системе это третий по величине спутник после Ганимеда и крупнейшего спутника Сатурна Титана , а по размеру он равен самой маленькой планете Меркурий , хотя по массе он составляет лишь около трети. Каллисто диаметром4821 км , что примерно на треть больше земной Луны , и вращается вокруг Юпитера в среднем на расстоянии1 883 000 км , что примерно в шесть раз дальше, чем Луна, вращающаяся вокруг Земли. Это самый дальний из четырех больших галилеевых спутников Юпитера, [3] которые были открыты в 1610 году с помощью одного из первых телескопов и видимы с Земли в обычный бинокль .
Поверхность Каллисто — самый старый и наиболее густо кратерированный объект Солнечной системы. [10] Его поверхность полностью покрыта ударными кратерами. [11] На нем нет никаких признаков подземных процессов, таких как тектоника плит или вулканизм , а также нет никаких признаков того, что геологическая активность в целом когда-либо происходила, и считается, что она развивалась преимущественно под влиянием ударов . [12] Выдающиеся особенности поверхности включают в себя многокольцевые структуры , ударные кратеры различной формы , а также цепочки кратеров ( катены ) и связанные с ними уступы , хребты и отложения. [12] В небольших масштабах поверхность разнообразна и состоит из маленьких блестящих инеевых отложений на кончиках возвышенностей, окруженных низменным гладким покровом темного материала. [6] Считается, что это является результатом деградации мелких форм рельефа , вызванной сублимацией , что подтверждается общим дефицитом небольших ударных кратеров и наличием многочисленных небольших выступов, которые считаются их остатками. [13] Абсолютный возраст форм рельефа неизвестен. Каллисто состоит примерно из равного количества камня и льда плотностью около1,83 г/см 3 , самая низкая плотность и поверхностная гравитация среди главных спутников Юпитера. Соединения, обнаруженные спектроскопически на поверхности, включают водяной лед , [14] углекислый газ , силикаты и органические соединения . Исследования космического корабля «Галилео» показали, что Каллисто может иметь небольшое силикатное ядро и, возможно, подповерхностный океан жидкой воды [14] на глубинах, превышающих100 км . [15] [16]
Он не находится в орбитальном резонансе , как три других спутника Галилея — Ио , Европа и Ганимед , — и поэтому не нагревается заметно приливно-отливно . [17] Вращение Каллисто приливно привязано к ее орбите вокруг Юпитера, так что она всегда смотрит в одном и том же направлении, из-за чего кажется, что Юпитер висит прямо над головой над своей ближней стороной. На него меньше влияет магнитосфера Юпитера, чем на другие внутренние спутники , из-за его более удаленной орбиты, расположенной сразу за главным радиационным поясом Юпитера. [18] [19] Каллисто окружена чрезвычайно тонкой атмосферой , состоящей из углекислого газа [8] и, вероятно, молекулярного кислорода , [9] , а также довольно интенсивной ионосферой . [20] Считается, что Каллисто образовалась в результате медленной аккреции из диска газа и пыли, окружавшего Юпитер после его образования. [21] Постепенное увеличение Каллисто и отсутствие приливного нагрева означали, что для быстрой дифференциации не хватало тепла . Медленная конвекция в недрах Каллисто, начавшаяся вскоре после образования, привела к частичной дифференциации и, возможно, к образованию подземного океана на глубине 100–150 км и небольшого скалистого ядра . [22]
Вероятное наличие океана внутри Каллисто оставляет возможность существования там жизни . Однако считается, что условия здесь менее благоприятны, чем на соседней Европе . [23] Каллисто изучали различные космические зонды, от «Пионеров-10» и «Пионеров-11» до «Галилея » и «Кассини» . Из-за низкого уровня радиации Каллисто долгое время считалась наиболее подходящей для будущих пилотируемых миссий по изучению системы Юпитера. [24]
Каллисто была открыта независимо Симоном Мариусом и Галилео Галилеем в 1610 году вместе с тремя другими большими спутниками Юпитера — Ганимедом , Ио и Европой . [1]
Каллисто, как и все спутники Юпитера, названа в честь одного из многочисленных любовников или других сексуальных партнеров Зевса в греческой мифологии . Каллисто была нимфой (или, по некоторым источникам, дочерью Ликаона ), которая была связана с богиней охоты Артемидой . [25] Название было предложено Симоном Мариусом вскоре после открытия Каллисто. [26] Мариус приписал это предложение Иоганну Кеплеру . [25]
Поэты много порицают Юпитера за его нерегулярную любовь. Особо упоминаются три девушки, за которыми Юпитер тайно и успешно ухаживал. Ио, дочь реки Инах, Каллисто Ликаона, Европа Агенора. Затем был Ганимед, прекрасный сын царя Троса, которого Юпитер, приняв облик орла, перенес на своей спине на небо, как сказочно рассказывают поэты... Думаю, поэтому, что я не сделал бы ничего плохого, если бы Первую я называю Ио, Вторую Европу, Третью, из-за величия света, Ганимедом, Четвертую Каллисто... [27] [28]
Однако названия галилеевых спутников на значительное время вошли в немилость и не стали широко использоваться до середины 20 века. В большей части более ранней астрономической литературы Каллисто упоминается по римскому цифровому обозначению, системе, введенной Галилеем, как Юпитер IV или как «четвертый спутник Юпитера». [29]
Не существует устоявшейся английской прилагательной формы имени. Прилагательной формой греческого Καλλιστῴ Kallistōi является Καλλιστῴος Kallistōi-os , от которого можно ожидать латинского Callistōius и английского *Callistóian (с 5 слогами), параллельного Sapphóian (4 слога) для Sapphō i [30] и Letóian для Lētō i . [31] Однако нижний индекс йоты часто опускается в таких греческих именах (ср. Иноан [32] от Īnō i [33] и Аргоан [34] от Арго i [35] ), и действительно встречается аналогичная форма Каллистоан . [36] [37] [38] У Вергилия вторая косая основа появляется на латыни: Callistōn-, [39] , но соответствующий Callistonian редко появлялся в английском языке. [40] Можно также увидеть специальные формы, такие как Callistan , [13] Callistian [41] и Callistean . [42] [43]
Каллисто — самый дальний из четырех галилеевых спутников Юпитера. Он вращается на расстоянии примерно 1 880 000 км (в 26,3 раза больше радиуса самого Юпитера, составляющего 71 492 км). [3] Это значительно больше, чем радиус орбиты следующего галилеева спутника Ганимеда — 1 070 000 км. В результате своей относительно удаленной орбиты Каллисто не участвует в резонансе среднего движения , в котором замкнуты три внутренних галилеевых спутника, и, вероятно, никогда не участвовала. [17] Ожидается, что Каллисто будет захвачена резонансом примерно через 1,5 миллиарда лет, завершив цепочку 1:2:4:8. [44]
Как и большинство других обычных планетных спутников, вращение Каллисто синхронизировано с его орбитой. [4] Продолжительность суток Каллисто, одновременно с периодом ее обращения , составляет около 16,7 земных суток. Его орбита очень слегка эксцентрична и наклонена к экватору Юпитера , причем эксцентриситет и наклонение квазипериодически меняются из-за солнечных и планетарных гравитационных возмущений в масштабе столетий. Диапазоны изменения составляют 0,0072–0,0076 и 0,20–0,60° соответственно. [17] Эти орбитальные изменения приводят к тому, что осевой наклон (угол между осями вращения и орбиты) варьируется от 0,4 до 1,6 °. [45]
Динамическая изоляция Каллисто означает, что она никогда не подвергалась заметному приливному нагреву , что имеет важные последствия для ее внутренней структуры и эволюции . [46] Его расстояние от Юпитера также означает, что поток заряженных частиц из магнитосферы Юпитера на его поверхности относительно невелик — примерно в 300 раз ниже, чем, например, на Европе . Следовательно, в отличие от других спутников Галилея, облучение заряженными частицами оказало относительно незначительное влияние на поверхность Каллисто. [18] Уровень радиации на поверхности Каллисто эквивалентен дозе около 0,01 бэр (0,1 мЗв ) в день, что чуть более чем в десять раз превышает средний фоновый уровень радиации Земли, [47] [48] , но меньше, чем на Нижней Земле . Орбита или Марс .
Средняя плотность Каллисто, 1,83 г/см 3 , [4] предполагает состав примерно равных частей каменистого материала и водяного льда с некоторыми дополнительными летучими льдами, такими как аммиак . [15] Массовая доля льдов составляет 49–55%. [15] [22] Точный состав горной породы Каллисто неизвестен, но, вероятно, близок к составу обычных хондритов типа L/LL , [15] которые характеризуются меньшим количеством общего железа , меньшим количеством металлического железа и большим количеством оксида железа. чем H хондриты . Весовое соотношение железа и кремния в Каллисто составляет 0,9–1,3, тогда как солнечное соотношение составляет около 1:8. [15]
Поверхность Каллисто имеет альбедо около 20%. [6] Считается, что состав его поверхности во многом аналогичен его составу в целом. Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне выявила наличие полос поглощения водяного льда на длинах волн 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 и 3,0 микрометра. [6] Водяной лед, кажется, повсеместно распространен на поверхности Каллисто, его массовая доля составляет 25–50%. [16] Анализ спектров высокого разрешения, ближнего инфракрасного и УФ- диапазона , полученных с космического корабля «Галилео» и с земли, выявил различные неледяные материалы: магний- и железосодержащие гидратированные силикаты , [6] углекислый газ , [50] ] диоксид серы , [51] и, возможно, аммиак и различные органические соединения . [16] [6] Спектральные данные показывают, что поверхность Каллисто чрезвычайно неоднородна в небольших масштабах. Небольшие яркие участки чистого водяного льда перемежаются с участками каменно-ледовой смеси и протяженными темными участками из неледяного материала. [6] [12]
Поверхность Каллистоа асимметрична: переднее полушарие [g] темнее заднего. Это отличается от других спутников Галилея , где верно обратное. [6] Заднее полушарие [g] Каллисто, по-видимому, обогащено углекислым газом , тогда как ведущее полушарие содержит больше диоксида серы . [52] Многие свежие ударные кратеры, такие как Лофн, также демонстрируют обогащение углекислым газом. [52] В целом химический состав поверхности, особенно в темных областях, может быть близок к тому, который наблюдается на астероидах D-типа , [12] поверхности которых состоят из углеродистого материала.
Потрепанная поверхность Каллисто лежит на вершине холодной, жесткой и ледяной литосферы толщиной от 80 до 150 км. [15] [22] Под земной корой может лежать соленый океан глубиной 150–200 км , [15] [22] на что указывают исследования магнитных полей вокруг Юпитера и его спутников. [53] [54] Было обнаружено, что Каллисто реагирует на изменяющееся фоновое магнитное поле Юпитера как идеально проводящая сфера; то есть поле не может проникнуть внутрь Каллисто, что позволяет предположить наличие внутри него слоя высокопроводящей жидкости толщиной не менее 10 км. [54] Существование океана более вероятно, если вода содержит небольшое количество аммиака или другого антифриза , до 5% по весу. [22] В этом случае толщина слоя вода+лед может достигать 250–300 км. [15] За исключением океана, ледяная литосфера может быть несколько толще, примерно до 300 км.
Под литосферой и предполагаемым океаном внутренняя часть Каллисто не кажется ни полностью однородной, ни особенно изменчивой. Данные орбитального аппарата «Галилео» [4] (особенно безразмерный момент инерции [ч] —0,3549 ± 0,0042 — определенный при близких пролетах) позволяют предположить, что, если Каллисто находится в гидростатическом равновесии , ее внутренняя часть состоит из сжатых пород и льдов с количеством горная порода увеличивается с глубиной за счет частичного оседания ее составляющих. [15] [55] Другими словами, Каллисто может быть дифференцирована лишь частично . Плотность и момент инерции равновесной Каллисто совместимы с существованием небольшого силикатного ядра в центре Каллисто. Радиус любого такого ядра не может превышать 600 км, а плотность может находиться в пределах от 3,1 до 3,6 г/см 3 . [4] [15] В этом случае внутренняя часть Каллисто будет резко контрастировать с внутренней частью Ганимеда , которая кажется полностью дифференцированной. [16] [56]
Однако повторный анализ данных Галилео в 2011 году показывает, что Каллисто не находится в гидростатическом равновесии. [57] В этом случае данные гравитации могут более согласовываться с более тщательно дифференцированной Каллисто с ядром из гидратированного силиката. [58]
Древняя поверхность Каллисто — одна из наиболее густо покрытая кратерами в Солнечной системе. [59] Фактически плотность кратеров близка к насыщению: любой новый кратер будет стремиться стереть старый. Крупномасштабная геология относительно проста; на Каллисто нет больших гор, вулканов или других эндогенных тектонических объектов. [60] Ударные кратеры и многокольцевые структуры вместе с соответствующими разломами , уступами и отложениями — единственные крупные образования, которые можно найти на поверхности. [12] [60]
Поверхность Каллисто можно разделить на несколько геологически различных частей: кратерные равнины, светлые равнины, яркие и темные гладкие равнины, а также различные подразделения, связанные с определенными многокольцевыми структурами и ударными кратерами. [12] [60] Кратерные равнины составляют большую часть площади поверхности и представляют собой древнюю литосферу, смесь льда и скалистого материала. Светлые равнины включают в себя яркие ударные кратеры, такие как Берр и Лофн , а также стертые остатки старых крупных кратеров, называемых палимпсестами , [i] центральные части многокольцевых структур и отдельные участки на кратерных равнинах. [12] Эти светлые равнины считаются ледяными отложениями. Яркие, гладкие равнины составляют небольшую часть поверхности Каллисто и встречаются в зонах хребтов и впадин формаций Валгаллы и Асгарда , а также в виде изолированных пятен на кратерированных равнинах. Считалось, что они связаны с эндогенной деятельностью, но изображения Галилео с высоким разрешением показали, что яркие, гладкие равнины коррелируют с сильно раздробленной и бугристой местностью и не показывают никаких признаков обновления поверхности. [12] Изображения Галилео также выявили небольшие, темные, гладкие области с общим покрытием менее 10 000 км 2 , которые, по-видимому, охватывают [j] окружающую местность. Возможно, это криовулканические отложения. [12] И светлые, и различные гладкие равнины несколько моложе и менее кратерированы, чем фоновые кратерированные равнины. [12] [61]
Видимые диаметры ударных кратеров варьируются от 0,1 км (предел, определяемый разрешением изображения ) до более 100 км, не считая многокольцевых структур. [12] Небольшие кратеры диаметром менее 5 км имеют простую чашеобразную или плоскую форму. Эти 5–40 км в поперечнике обычно имеют центральную вершину. Более крупные ударные образования диаметром от 25 до 100 км имеют центральные ямы вместо вершин, как, например, кратер Тиндр . [12] Крупнейшие кратеры диаметром более 60 км могут иметь центральные купола, которые, как полагают, образовались в результате центрального тектонического поднятия после удара; [12] примеры включают кратеры До и Хар . Небольшое количество очень крупных (более 100 км в диаметре) и ярких ударных кратеров демонстрирует аномальную геометрию купола. Они необычно мелкие и могут быть переходной формой рельефа к многокольцевым структурам, как в случае с ударным элементом Лофн . [12] Кратеры Каллисто обычно мельче, чем на Луне .
Самыми крупными ударными образованиями на поверхности Каллисто являются многокольцевые бассейны. [12] [60] Два огромны. Валгалла — самая крупная из них, с яркой центральной областью диаметром 600 км и кольцами, простирающимися на 1800 км от центра (см. рисунок). [62] Второй по величине — Асгард , диаметром около 1600 км. [62] Многокольцевые структуры, вероятно, возникли в результате послеударного концентрического разлома литосферы, лежащей на слое мягкого или жидкого материала, возможно, океана. [36] Катены — например, Гомульская катена — представляют собой длинные цепочки ударных кратеров, выстроенных прямыми линиями по поверхности. Вероятно, они были созданы объектами, которые были разрушены приливом, когда они проходили близко к Юпитеру перед столкновением с Каллисто, или в результате очень наклонных ударов. [12] Историческим примером разрушения была комета Шумейкера-Леви 9 .
Как упоминалось выше, на поверхности Каллисто обнаружены небольшие участки чистого водяного льда с альбедо до 80%, окруженные гораздо более темным материалом. [6] Изображения Галилео с высоким разрешением показали, что яркие пятна преимущественно расположены на возвышенных поверхностях: краях кратеров , уступах , хребтах и выступах. [6] Вероятно, это тонкие отложения водяного инея . Темный материал обычно залегает в низинах, окружающих его и покрывающих яркие детали, и кажется гладким. Он часто образует пятна диаметром до 5 км в дне кратеров и в межкратерных впадинах. [6]
В субкилометровом масштабе поверхность Каллисто более деградировала, чем поверхности других ледяных галилеевых спутников . [6] Обычно наблюдается дефицит небольших ударных кратеров диаметром менее 1 км по сравнению, например, с темными равнинами на Ганимеде . [12] Вместо маленьких кратеров почти вездесущие поверхности представляют собой небольшие выступы и ямки. [6] Считается, что выступы представляют собой остатки краев кратера, разрушенных пока еще неясным процессом. [13] Наиболее вероятным процессом-кандидатом является медленная сублимация льда, которая обеспечивается температурой до 165 К , достигаемой в подсолнечной точке. [6] Такая сублимация воды или других летучих веществ из грязного льда, являющегося коренной породой, приводит к его разложению. Неледяные остатки образуют лавины обломков , сходящие со склонов стенок кратера. [13] Такие лавины часто наблюдаются вблизи и внутри ударных кратеров и называются «фартуками обломков». [6] [12] [13] Иногда стены кратеров прорезаны извилистыми долообразными разрезами, называемыми «оврагами», которые напоминают некоторые особенности марсианской поверхности. [6] В гипотезе сублимации льда низколежащий темный материал интерпретируется как покров преимущественно неледяных обломков, который возник из деградированных краев кратеров и покрыл преимущественно ледяную основу.
Относительный возраст различных единиц поверхности Каллисто можно определить по плотности ударных кратеров на них. Чем старше поверхность, тем плотнее население кратеров. [63] Абсолютное датирование не проводилось, но, исходя из теоретических соображений, считается, что кратерным равнинам около 4,5 миллиардов лет, и они датируются почти моментом формирования Солнечной системы . Возраст многокольцевых структур и ударных кратеров зависит от выбранной фоновой скорости образования кратеров и, по оценкам разных авторов, варьируется от 1 до 4 миллиардов лет. [12] [59]
Каллисто имеет очень разреженную атмосферу, состоящую из углекислого газа . [8] Он был обнаружен картографическим спектрометром ближнего инфракрасного диапазона Галилео (NIMS) по его особенности поглощения вблизи длины волны 4,2 микрометра . Поверхностное давление оценивается в 7,5 пикобар ( 0,75 мкПа ), а плотность частиц 4 × 10 8 см -3 . Поскольку такая тонкая атмосфера будет потеряна всего примерно за четыре года (см. Побег из атмосферы ) , ее необходимо постоянно пополнять, возможно, за счет медленной сублимации льда из углекислого газа из ледяной коры Каллисто, [8] что было бы совместимо с сублимацией-деградацией. Гипотеза образования выступов на поверхности.
Ионосфера Каллисто была впервые обнаружена во время пролетов Галилея ; В [20] его высокая электронная плотность 7–17 × 10 4 см −3 не может быть объяснена только фотоионизацией атмосферного углекислого газа . Следовательно, есть подозрение, что в атмосфере Каллисто на самом деле преобладает молекулярный кислород (в количествах в 10–100 раз больше, чем CO) .
2). [9] Однако кислород в атмосфере Каллисто еще не был обнаружен напрямую. Наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл (HST) установили верхний предел его возможной концентрации в атмосфере, основанный на отсутствии обнаружения, который все еще совместим с ионосферными измерениями. [64] В то же время HST смог обнаружить конденсированный кислород, захваченный на поверхности Каллисто. [65]
Атомарный водород также был обнаружен в атмосфере Каллисто посредством недавнего анализа данных космического телескопа Хаббла 2001 года. [66] Спектральные изображения, сделанные 15 и 24 декабря 2001 года, были повторно исследованы и выявили слабый сигнал рассеянного света, указывающий на водородную корону. Наблюдаемая яркость рассеянного солнечного света в водородной короне Каллисто примерно в два раза больше, когда наблюдается ведущее полушарие. Причиной этой асимметрии может быть разное содержание водорода как в ведущем, так и в ведомом полушарии. Однако эта разница в яркости водородной короны Каллисто в полушариях, вероятно, возникает из-за затухания сигнала в геокороне Земли , которое сильнее, когда наблюдается ведомое полушарие. [67]
Атмосфера Каллисто была смоделирована, чтобы лучше понять влияние столкновительных молекулярных взаимодействий. [68] Исследователи использовали кинетический метод для моделирования столкновений между составными элементами атмосферы Каллисто (диоксид углерода, молекулярный кислород и молекулярный водород). При моделировании учитывалась термическая десорбция этих соединений под воздействием солнечного света и связанные с этим изменения температуры на поверхности. Моделирование показало, что плотность атмосферы Каллисто можно объяснить захватом водорода более тяжелыми газами, углекислым газом и кислородом. Модель показывает, как кинетические взаимодействия между молекулами влияют на атмосферу, хотя она имеет ограничения с точки зрения рассматриваемых переменных. Смоделированные плотности коррелируют с ожидаемыми порогами экспериментального обнаружения. [69] [70]
Частичная дифференциация Каллисто (выведенная, например, из измерений момента инерции) означает, что она никогда не нагревалась настолько, чтобы растопить ее ледяной компонент. [22] Поэтому наиболее благоприятной моделью его формирования является медленная аккреция в субнебуле Юпитера низкой плотности — диске газа и пыли, существовавшем вокруг Юпитера после его образования. [21] Такая продолжительная стадия аккреции позволит охлаждению в значительной степени поспевать за накоплением тепла, вызванным ударами, радиоактивным распадом и сжатием, тем самым предотвращая плавление и быструю дифференциацию. [21] Допустимые сроки формирования Каллисто лежат в диапазоне 0,1–10 миллионов лет. [21]
Дальнейшая эволюция Каллисто после аккреции определялась балансом радиоактивного нагрева , охлаждения за счет теплопроводности вблизи поверхности и твердотельной или субсолидусной конвекции внутри. [46] Детали субсолидусной конвекции во льду являются основным источником неопределенности в моделях всех ледяных лун . Известно, что он развивается при температуре, достаточно близкой к температуре плавления , из-за температурной зависимости вязкости льда . [71] Субсолидусная конвекция в ледяных телах — это медленный процесс с движением льда порядка 1 сантиметра в год, но на самом деле это очень эффективный механизм охлаждения в длительных временных масштабах. [71] Считается, что это происходит в так называемом режиме застойной крышки, когда жесткий, холодный внешний слой Каллисто проводит тепло без конвекции, тогда как лед под ним конвектирует в субсолидусном режиме. [22] [71] Для Каллисто внешний проводящий слой соответствует холодной и твердой литосфере толщиной около 100 км. Его наличие могло бы объяснить отсутствие каких-либо признаков эндогенной активности на поверхности Каллистоаны. [71] [72] Конвекция во внутренних частях Каллисто может быть многослойной, поскольку под высоким давлением, обнаруженным там, водяной лед существует в различных кристаллических фазах, начиная со льда I на поверхности и заканчивая льдом VII в центре. [46] Раннее начало субсолидусной конвекции во внутренних районах Каллисто могло предотвратить крупномасштабное таяние льда и любую последующую дифференциацию , которая в противном случае сформировала бы большое скалистое ядро и ледяную мантию . Однако из-за процесса конвекции очень медленное и частичное разделение и дифференциация горных пород и льдов внутри Каллисто продолжалось в течение миллиардов лет и, возможно, продолжается по сей день. [72]
Современное понимание эволюции Каллисто допускает существование слоя или «океана» жидкой воды внутри нее. Это связано с аномальным поведением температуры плавления фазы льда I, которая снижается с давлением , достигая температуры 251 К при 2070 бар (207 МПа ). [22] Во всех реалистичных моделях Каллисто температура в слое глубиной от 100 до 200 км очень близка к этой аномальной температуре плавления или немного превышает ее. [46] [71] [72] Наличие даже небольшого количества аммиака — около 1–2% по весу — почти гарантирует существование жидкости, поскольку аммиак еще больше снизит температуру плавления. [22]
Хотя Каллисто по своим общим свойствам очень похожа на Ганимед , ее геологическая история , очевидно, была гораздо проще . Поверхность, по-видимому, сформировалась в основном под воздействием ударов и других экзогенных сил. [12] В отличие от соседнего Ганимеда с его рифленой местностью, здесь мало свидетельств тектонической активности. [16] Объяснения, которые были предложены для контрастов во внутреннем нагреве и последующей дифференциации и геологической активности между Каллисто и Ганимедом, включают различия в условиях формирования, [73] больший приливный нагрев, испытываемый Ганимедом, [74] и более многочисленные и энергичные удары, которым мог подвергнуться Ганимед во время поздней тяжелой бомбардировки . [75] [76] [77] Относительно простая геологическая история Каллисто предоставляет ученым-планетологам ориентир для сравнения с другими, более активными и сложными мирами. [16]
Предполагается, что в подземном океане Каллисто может существовать жизнь. Подобно Европе и Ганимеду , а также спутникам Сатурна Энцеладу , Дионе и Титану и спутнику Нептуна Тритону , [ 78 ] возможный подземный океан может состоять из соленой воды .
Вполне возможно, что галофилы могут процветать в океане. [79] Как и в случае с Европой и Ганимедом , возникла идея, что в соленом океане под поверхностью Каллисто могут существовать пригодные для жизни условия и даже внеземная микробная жизнь . [23] Однако условия окружающей среды, необходимые для жизни, на Каллисто менее благоприятны, чем на Европе. Основные причины — отсутствие контакта со скалистым материалом и меньший тепловой поток из недр Каллисто. [23] Океан Каллисто нагревается только за счет радиоактивного распада, тогда как океан Европы также нагревается за счет энергии приливов, поскольку она намного ближе к Юпитеру. [79] Считается, что из всех спутников Юпитера Европа имеет наибольшие шансы на поддержку микробной жизни . [23] [80]
Встречи «Пионера-10» и «Пионера-11» с Юпитером в начале 1970-х годов принесли мало новой информации о Каллисто по сравнению с тем, что уже было известно из наземных наблюдений. [6] Настоящий прорыв произошел позже, когда в 1979 году пролетели «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Они сфотографировали более половины поверхности Каллистоаны с разрешением 1–2 км и точно измерили ее температуру, массу и форму. [6] Второй раунд исследований длился с 1994 по 2003 год, когда космический корабль Галилео восемь раз сталкивался с Каллисто, а последний пролет во время орбиты C30 в 2001 году прошёл на расстоянии 138 км от поверхности. Орбитальный аппарат Галилео завершил глобальную съемку поверхности и предоставил ряд изображений с разрешением до 15 метров отдельных участков Каллисто. [12] В 2000 году космический корабль Кассини , направлявшийся к Сатурну , получил высококачественные инфракрасные спектры галилеевых спутников, включая Каллисто. [50] В феврале-марте 2007 года зонд «Новые горизонты» , направлявшийся к Плутону, получил новые изображения и спектры Каллисто. [81]
В ближайшее время Каллисто посетят три космических корабля.
Исследователь ледяных лун Юпитера (JUICE) Европейского космического агентства , запущенный 14 апреля 2023 года, в период с 2031 по 2034 год совершит 21 близкий облет Каллисто. [82] [83]
Europa Clipper НАСА , запуск которого запланирован на октябрь 2024 года, начиная с 2030 года проведет девять близких облетов Каллисто. [84]
Китайский CNSA Tianwen-4 планируется запустить к Юпитеру примерно в 2030 году, а затем выйти на орбиту Каллисто. [85] [86] [87]
Миссия Europa Jupiter System Mission (EJSM) , которую ранее предлагалось запустить в 2020 году, представляла собой совместное предложение НАСА и ЕКА по исследованию спутников Юпитера . В феврале 2009 года было объявлено, что ЕКА/НАСА отдало этой миссии приоритет перед миссией системы Титан-Сатурн . [88] В то время вклад ЕКА все еще сталкивался с конкуренцией за финансирование со стороны других проектов ЕКА. [89] EJSM состоял из орбитального аппарата «Юпитер-Европа» под руководством НАСА , орбитального аппарата «Юпитер-Ганимед» под руководством ЕКА и, возможно, магнитосферного орбитального аппарата «Юпитер» под руководством JAXA .
В 2003 году НАСА провело концептуальное исследование под названием «Исследование человеком внешних планет» (НАДЕЖДА), касающееся будущего исследования человеком внешней части Солнечной системы . Целью, выбранной для детального рассмотрения, была Каллисто. [24] [91]
В исследовании предлагалась возможная наземная база на Каллисто, которая будет производить ракетное топливо для дальнейшего исследования Солнечной системы. [90] Преимущества базы на Каллисто включают низкую радиацию (из-за удаленности от Юпитера) и геологическую стабильность. Такая база могла бы способствовать удаленному исследованию Европы или стать идеальным местом для путевой станции системы Юпитера, обслуживающей космические корабли, направляющиеся дальше во внешнюю Солнечную систему, используя гравитационную помощь от близкого пролета Юпитера после отлета Каллисто. [24]
В декабре 2003 года НАСА сообщило, что пилотируемая миссия на Каллисто может стать возможной в 2040-х годах. [92]