Callisto – maan van Jupiter

Callisto - maan van Jupiter
Callisto met in het midden het inslagbekken Valhalla. Het centrale lichte gedeelte is ongeveer 600 kilometer in doorsnede. De concentrische ringen strekken zich tot 3000 kilometer uit. De foto is gemaakt door een van de Voyager-ruimtesondes (Credit: NASA)

Jupiter heeft 67 bevestigde manen en heeft er daarmee het meeste van alle planeten in ons zonnestelsel. De grootste zijn de manen Io, Europa, Ganymedes en Callisto. Deze manen zijn bekend als de Galileïsche manen. Ze worden zo vernoemd naar hun ontdekker Galileo Galileo. Het zijn grote manen waarvan er groter zijn dan de planeet Mercurius en ze behoren tot de weinige plekken in ons zonnestelsel waar vermoedelijk vloeibaar water voorkomt en misschien zelfs wel leven.

Galileo is de buitenste van de vier grote manen. Men vermoedt dat de maan een grote ondergrondse oceaan van vloeibaar water heeft. De maan bevindt zich ook ver genoeg weg van de zeer schadelijke magnetosfeer van Jupiter met zijn voor leven dodelijke straling. Callisto is bij uitstek geschikt voor verdere verkenning.

Ontdekking en naamgeving

Callisto werd in 1610, samen met Io, Europa en Ganymedes ontdekt door de Italiaanse astronoom Galileo Galilei. Hij gebruikte daarvoor een zelfontworpen telescoop. Net zoals de andere manen is Callisto vernoemd naar één van de geliefden van de Griekse oppergoed Zeus. Callisto was een nimf en tevens dochter van Koning Lycaon. Ze maakte deel uit van het gevolg van Artemis, de godin van de jacht. Callisto werd zwanger van Zeus en werd daarom door Artemis verbannen. Zeus veranderde Callisto in een beer om haar te beschermen tegen zijn vrouw Hera. later werd Callisto samen met haar zoon door Zeus aan de sterrenhemel geplaatst waar wij ze nu kennen als Ursa major – de Grote Beer en Ursa Minor – de Kleine Beer.

De naam Callisto werd door de Duitse astronoom Simon Marius voorgesteld echter Galileo weigerde om deze naam te gebruiken en in plaats daarvan noemde hij de manen Jupiter I t/m Jupiter IV, al naar gelang hun afstand tot de planeet. Callisto is van de vier grote manen het verst verwijderd van Jupiter en werd dus Jupiter IV genoemd. Deze naamgeving bleef tot in de 20-ste eeuw gebruikt waarna langzaamaan de naamgeving van Marius werd overgenomen.

Grootte, massa en baan

Callisto heeft een gemiddelde straal van 2410,3 ± 1,5 kilometer en een massa van 1,0759 * 1023 kilogram hetgeen overeenkomt met 0,378 * de grootte van de Aarde en 0,018 * de massa van de Aarde. Na Ganymedes is Callisto de grootste maan van Jupiter en in ons zonnestelsel is ze de op drie na grootste maan. Callisto is slechts een beetje kleiner dan de planeet Mercurius maar is als gevolg van zijn samenstelling van ijs en gesteente wel veel lichter; ongeveer 1/3-de van de massa van Mercurius.

Callisto draait op een gemiddelde afstand van 1.882.700 kilometer om Jupiter heen. De excentriciteit van de baan bedraagt slechts 0,0074. In het periapsis is de maan 1.869.000 kilometer van de planeet verwijderd en in het apoapsis bedraagt de afstand tot Jupiter 1.897.000 kilometer. Callisto is niet in een resonantie met een van de andere Galileïsche manen.

De rotatie van Callisto is synchroon met zijn baan. Dit betekent dat de maan net zo veel tijd nodig heeft om eenmaal om zijn as te draaien en eenmaal om Jupiter heen te draaien: 16,689 dagen. De baan is licht excentrisch met een kleine inclinatie ten opzichte van het evenaarsvlak van Jupiter. Excentriciteit en inclinatie zijn aan verandering onderhevig als gevolg van invloeden van de zwaartekracht van de Zon en Jupiter.

Doordat Callisto ver is verwijderd van Jupiter is de maan nooit blootgesteld aan getijdenkrachten en dat is van invloed geweest op de interne structuur en de evolutie van de maan. Door de grotere afstand tot Jupiter hebben geladen deeltjes uit de magnetosfeer van Jupiter ook veel minder invloed op Callisto.

Samenstelling en oppervlaktekenmerken

Callisto
De sterk bekraterde maan Callisto

De gemiddelde dichtheid van Callisto bedraagt 1,83 gram/cm3.Dit suggereert dat de maan bestaan uit ongeveer gelijke delen gesteente en waterijs waarin zich nog wat vluchtige bevroren gassen bevinden zoals ammoniak. De maan bestaat vermoedelijk voor 49-55% uit ijs. Het gesteente bestaat voornamelijk uit chondrieten, silicaten en ijzeroxide.

De samenstelling van het oppervlak komt grotendeels overeen met de algehele samenstelling van de maan die voor ongeveer 25-50% uit waterijs bestaat. Met behulp van hoge resolutie spectroscopie in het nabije infrarood en ultraviolet is de aanwezigheid van een aantal niet-ijsachtige materialen aangetoond zoals magnesium, ijzerhoudende gehydrateerde silicaten,koolstofdioxide,zwaveldioxide en mogelijk ook ammoniak en verschillende organische componenten.

Inwendige opbouw van de maan Callisto
Inwendige opbouw van de maan Callisto

Onder het oppervlak bevindt zich een ijsachtige lithosfeer van 80-150 meter dik. Hieronder zou zich een zoute oceaan bevinden van 50-200 kilometer die vloeibaar wordt gehouden door de aanwezigheid van radioactieve elementen en mogelijk ook ammoniak. Het bewijs voor deze ondergrondse oceaan wordt geleverd door het magneetveld van Jupiter dat niet door het oppervlak van Callisto heen komt. Dit doet er op dat er een vloeistof met een hoog geleiden vermogen aanwezig moet zijn op een diepte van ten minste 10 kilometer. Echter als dit water ammoniak bevat, en dat is zeer aannemelijk, dan kan deze laag wel eens 250-300 kilometer dik zijn.

Onder deze hypothetische oceaan ligt een laag van samengeperst gesteente en ijs. Deze laag bevat met het toenemen van de diepte meer gesteente. De kern van Callisto heeft een doorsnede van maximaal 600 kilometer en bestaat voornamelijk uit silicaten. Deze kern heeft een dichtheid van 3,1 – 3,6 gram/cm3.

Spectroscopische gegevens laten daarnaast zien dat het oppervlak van de maan op een kleine schaal erg verschillend is. Er komen plekken voor met zuiver waterijs die afgewisseld worden door plekken bestaande uit een mengeling van ijs en gesteente en grote donkere gebieden die uit niet-ijsachtig materiaal bestaan.

Vergeleken met de andere Galileïsche manen is het oppervlak van Callisto redelijk donker. Het albedo bedraagt ongeveer 20%. Een ander verschil is het a-symmetrische uiterlijk. Bij de andere Galileïsche manen is het naar Jupiter toe gekeerde deel lichter dan het van de planeet afgerichte gedeelte. Bij Callisto is dit net andersom.

Een ander opvallend kenmerk van Callisto is het oude en zwaar bekraterde uiterlijk. Callisto heeft het zwaarst bekraterde oppervlak in het zonnestelsel. Het oppervlak is letterlijk bezaaid met kraters waarbij nieuwe kraters zich in oude hebben gevormd. Deze inslagkraters zijn de enige grote structuren die op de maan zichtbaar zijn. Er zijn geen bergen, vulkanen of andere tektonische structuren zichtbaar.

De kraters variëren in grootte van 0,1 tot meer dan 100 kilometer. De ringstructuren zijn daarbij niet meegeteld. Kleine kraters met een diameter kleiner dan 5 kilometer hebben een eenvoudige komvorm en gladde vloeren maar kraters met een diameter van 5 – 40 kilometer hebben vaak een centrale piek.

Grotere inslagstructuren met een diameter tussen 25 en 100 kilometer hebben vaak een centrale verzakking in plaats van een piek. Kraters met diameters boven de 60 kilometer hebben vaak een centrale koepel die wellicht is ontstaan als gevolg van een tektonische reactie kort na de inslag.

De grootste inslagstructuren op Callisto zijn grote bassins die uit meerdere ringen bestaan. Ze zijn vermoedelijk ontstaan na een grote inslag doordat zacht ondergronds materiaal breekt en gaat bewegen. De grootste bassins dragen de namen Valhalla en Asgard die een doorsnede hebben van 600 respectievelijk 1600 kilometer en waarvan de ringstructuren zich nog verder uitstrekken.

Berekeningen laten zien dat de kraters op Callisto erg oud zijn. De oudste kraters zijn kort na het ontstaan van het zonnestelsel en de maan gevormd en zijn dus ongeveer 4,5 miljard jaar oud. De ringvormige bassins en nieuwere inslagkraters zijn tussen de 1 en 4 miljard jaar oud.

Atmosfeer

Callisto heeft een hele ijle atmosfeer die voornamelijk uit koolstofdioxide bestaat. De druk aan de oppervlakte bedraagt 0,75 micro Pascal met een deeltjes dichtheid van 4*10 cm3. Omdat een dergelijke ijle atmosfeer in ongeveer 4 dagen helemaal in de ruimte zou verdwijnen met er een verversingsmechanisme zijn. Mogelijk gaat het om hele langzame sublimatie van koolstofdioxide ijs dat afkomstig is uit de ijskorst van Callisto.

Ofschoon nog niet rechtstreeks gedetecteerd neemt men aan dat er ook moleculair zuurstof in de atmosfeer voorkomt in concentraties van 10 tot 100 keer meer dan de koolstofdioxide. Bewijs hiervoor wordt gezocht in de hoge elektronen dichtheid van de ionosfeer die niet verklaart kan worden door de foto ionisatie van koolstofdioxide alleen. Men heeft daarnaast al gecondenseerde zuurstof gedetecteerd aan het oppervlak van Callisto. Deze zuurstof zit gevangen in de ijsachtige korst.

Bewoonbaarheid

Net zoals de manen Europa en Ganymedes en de manen Enceladus, Mimas, Dione en Titan van Saturnus leidt de mogelijke aanwezigheid van een ondergrondse oceaan tot speculaties over de mogelijkheden voor leven. Zeker als de ondergrondse oceaan uit zout water bestaat want dit is een geschikte leefomgeving voor halofiele bacteriën (halofiele bacteriën hebben zich helemaal aangepast aan het leven in zeer hoge zoutconcentraties).

Het moet wel gezegd worden dat de noodzakelijke condities voor buitenaards microbiologisch leven op Europa en Ganymedes beter zijn. Callisto heeft dan wel een geschikte chemische samenstelling maar mist vermoedelijk de noodzakelijke warmte. Europa blijft wat dit betreft nog steeds de meest geschikte man van Jupiter.

Verkenning

De ruimtesondes Pioneer 10 en 11 waren de eerste twee verkenners die een scheervlucht hebben gemaakt langs Callisto. Deze scheervluchten vonden plaats in 1973 en 1974. Ze hebben destijds echter niet veel meer kennis opgeleverd dan we al hadden over Callisto. In 1979 vlogen de Voyager 1 en 2 rakelings langs de maan en deze scheervluchten leverden wel een schat aan nieuwe informatie op. De Voyagers brachten meer dan de helft van het oppervlak in kaart en de bepaalden heel precies de massa, vorm, grootte en temperatuur van de maan.

Tussen 1994 en 2003 bevond de Galileo-sonde zich in het Jupitersysteem. Galileo maakte een volledige kaart van het oppervlak van Callisto met een resolutie tot 15 meter. In 2000 maakte ook de Cassini, op zijn weg naar Saturnus, kennis met Callisto. De Cassini maakte met ongekende precisie infrarood opnames van de Galileïsche manen.

In februari – maart 2007 maakte de New Horizons gebruik van de zwaartekracht van Jupiter om zijn reis naar Pluto te versnellen. Tijdens de passage werden er nieuwe opnames en spectra gemaakt van Callisto.

De volgende missie die naar Jupiter en zijn manen staat gepland is de JUICE-missie van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA (Jupiter Icy Moon Explorer). JUICE zou in 2022 gelanceerd moeten worden. JUICE gaat voornamelijk de manen Europa en Ganymedes onderzoeken maar er staan ook scheervluchten langs Callisto op het programma.

Kolonisatie

Als het op een mogelijke kolonisatie aankomt dan heeft Callisto voordelen boven de andere manen. Er is, net zoals op Europa en en Ganymedes, meer dan voldoende water aanwezig maar Callisto heeft het grote voordeel dat de grote afstand tot Jupiter leidt tot veel lagere stralingsniveaus.

In 2003 werd er door de NASA een conceptuele studie uitgevoerd met de naam HOPE (Human Outer Planets Exploration) met als onderwerp de menselijke verkenning van ons zonnestelsel. Callisto was daarin, naast Europa, een van de doelen. De studie stelde een mogelijke basis voor aan de oppervlakte van Callisto van waaruit een een ondergrondse basis op Europa kon worden opgezet en onderhouden. De basis op Callisto zou gebruikt kunnen worden voor de winning van water om er raket brandstof van te maken voor de verdere verkenning van het zonnestelsel.

De voordelen van een basis op Callisto waren een relatief lage straling en de geologische stabiliteit. Een basis op Callisto zou kunnen dienen om van daaruit de andere Galileïsche manen te verkennen en als basis om verder het zonnestelsel in te reizen.

Een ruimteschip dat mensen naar Callisto zou moeten kunnen brengen zou omstreeks 2040 operationeel kunnen zijn.

Callisto is wellicht niet het mees geschikte doel om naar buitenaards leven te zoeken het is wel vermoedelijk de meest geschikte maan voor menselijk leven en de maan kan zeker gebruikt worden als een soort van stopplaats om van daaruit de buitenste delen van ons zonnestelsel te verkennen.

Callisto in cijfers

Callisto in cijfers
Ontdekt doorGalileo Galilei
Datum ontdekking7 januari 1610
Gemiddelde afstand tot Jupiter1.882.700 km
Periapsis (dichtste nadering tot Jupiter)1.868.768 km
Apoapsis (grootste afstand tot Jupiter)1.896.632 km
Jaar16,6890184 Aardse dagen
Omtrek baan11.829.191,03 km
Gemiddelde baansnelheid29.531,6 km/u
Baan excentriciteit0,0074
Equatoriale inclinatie t.o.v. de baan0,192°
Gemiddelde straal2410,3 km
Omtrek aan de evenaar15.144,4 km
Volume58.654.577.603 km3
Massa107.593.737.963.819.000.000.000 kg
Dichtheid1,834 g/cm3
Oppervlakte73.004.909,27 km2
Zwaartekracht aan de oppervlakte1,236 m/s2
Ontsnappingssnelheid8787 km/u
Lengte van de dag16,6890184 Aardse dagen

Eerste publicatie: 8 november 2015
Laatste keer bewerkt op: 15 oktober 2017