Vệ tinh Galileo

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Buớc tưới chuyển hướng Bước tới tìm kiếm
Ảnh dựng của bốn vệ tinh Galileo của Sao Mộc, trong một hình ảnh tổng hợp mô tả một phần của Sao Mộc và kích thước tương đối của chúng (các vị trí chỉ mang tính minh họa, không thực). Từ trên xuống dưới: Io, Europa, Ganymede, Callisto.
Hai góc nhìn hiếm hoi từ Kính viễn vọng không gian Hubble về ba vệ tinh Europa, Callisto và Io với bóng của chúng cùng lướt qua bề mặt Sao Mộc (24 tháng 1 năm 2015).

Vệ tinh Galileo (hay mặt trăng Galileo) là bốn mặt trăng lớn nhất của Sao Mộc - Io, Europa, GanymedeCallisto. Chúng được Galileo Galilei quan sát lần đầu tiên vào tháng 12 năm 1609 hoặc tháng 1 năm 1610 và được ông công nhận là vệ tinh của Sao Mộc vào tháng 3 năm 1610.[1] Chúng là những thiên thể đầu tiên được tìm thấy trên quỹ đạo của một hành tinh khác.

Chúng là một trong những thiên thể lớn nhất trong Hệ Mặt Trời ngoại trừ Mặt trời và tám hành tinh, có bán kính lớn hơn bất kỳ hành tinh lùn nào. Ganymede là mặt trăng lớn nhất trong Hệ Mặt trời thậm chí còn lớn hơn cả Sao Thủy, mặc dù khối lượng chỉ bằng một nửa. Ba mặt trăng nằm ở các vòng quỹ đạo bên trong là Io, Europa và Ganymede cộng hưởng quỹ đạo 4:2:1 với nhau. Do kích thước nhỏ hơn nhiều và do trọng lực mỗi mặt trăng quá yếu, tất cả các mặt trăng còn lại của Sao Mộc có hình dạng không đều thay vì hình dạng hình cầu.

Các vệ tinh Galileo được quan sát vào năm 1609 hoặc 1610 khi Galileo cải tiến kính viễn vọng của ông, cho phép ông quan sát các thiên thể rõ rệt hơn bao giờ hết.[2] Các quan sát của Galileo cho thấy tầm quan trọng của kính viễn vọng như một công cụ cho phép các nhà thiên văn học quan sát tốt hơn, qua việc chứng minh rằng có những thiên thể trong không gian không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Việc phát hiện các thiên thể quay quanh một thứ gì đó ngoài Trái đất đã giáng một đòn nghiêm trọng vào hệ thống Thuyết địa tâm, một lý thuyết từ trước đó có nội dung mọi thứ đều quay quanh Trái đất.

Galileo ban đầu đặt tên cho khám phá của mình là Cosmica Sidera ("ngôi sao của Cosimo"), nhưng những cái tên cuối cùng của chúng lại được Simon Marius chọn. Marius đã phát hiện ra các mặt trăng một cách độc lập cùng thời điểm với Galileo, ngày 8 tháng 1 năm 1610 và đặt cho các mặt trăng này tên hiện tại của chúng, bắt nguồn từ những người yêu thích Zeus được đề xuất bởi Johannes Kepler trong tác phẩm Mundus Jovialis của ông, xuất bản vào năm 1614.[3]

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Khám phá[sửa | sửa mã nguồn]

Galileo Galilei, người phát hiện ra bốn mặt trăng.

Với kết quả từ các cải tiến mà Galileo Galilei đã tạo ra cho kính viễn vọng của ông, khả năng phóng đại đã tăng 20 lần,[4] ông đã có thể nhìn thấy các thiên thể rõ rệt hơn bao giờ hết. Điều này cho phép ông quan sát vào tháng 12 năm 1609 hoặc tháng 1 năm 1610, các thiên thể được gọi là mặt trăng Galileo.[2][5]

Vào ngày 7 tháng 1 năm 1610, Galileo đã viết một bức thư chứa nội dung lần đầu tiên đề cập các mặt trăng của Sao Mộc. Vào thời điểm đó, ông chỉ nhìn thấy ba trong số chúng và ông tin rằng chúng là những ngôi sao cố định gần Sao Mộc. Ông tiếp tục quan sát các thiên cầu này từ ngày 8 tháng 1 đến ngày 2 tháng 3 năm 1610. Trong những lần quan sát này, ông đã phát hiện ra một thiên thể thứ tư, và quan sát thấy rằng cả bốn không phải là các ngôi sao cố định, mà là quay quanh Sao Mộc.[2]

Khám phá của Galileo đã chứng minh tầm quan trọng của kính viễn vọng như một công cụ cho các nhà thiên văn học, bằng cách chỉ ra rằng có những vật thể trong không gian được phát hiện cho đến lúc đó vẫn không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Quan trọng hơn, việc phát hiện các thiên thể quay quanh một thứ khác ngoài Trái đất đã giáng một đòn mạnh vào hệ thống thế giới Thuyết địa tâm, vốn đã được chấp nhận trước đó với quan điểm cho rằng Trái đất nằm ở trung tâm của vũ trụ và tất cả các thiên thể khác đều xoay quanh nó.[6] Sidereus Nuncius (Sứ giả Starry) của Galileo đã công bố các quan sát thiên thể qua kính viễn vọng của ông, không đề cập rõ ràng đến Thuyết nhật tâm của Copernicus, một lý thuyết đặt Mặt trời ở trung tâm của vũ trụ. Tuy nhiên, Galileo đã chấp nhận lý thuyết của Copernicus.[2]

Một nhà sử học thiên văn Trung Quốc là Xi Zezong đã tuyên bố về một "ngôi sao nhỏ màu đỏ" được quan sát gần Sao Mộc vào năm 362 trước Công nguyên bởi nhà thiên văn học Trung Quốc Gan De, có thể đó là Ganymede, trước phát hiện của Galile khoảng hai thiên niên kỷ.[7]

Phục vụ cho Medici[sửa | sửa mã nguồn]

Các ngôi sao Medicis trong Sidereus Nuncius (the 'starry messenger'), 1610. Các mặt trăng được vẽ trong các vị trí thay đổi.

Năm 1605, Galileo đã được thuê làm gia sư toán học cho đại công tước Cosimo de' Medici. Năm 1609, Cosimo trở thành Đại công tước Cosimo II của Toscana. Galileo đã tìm kiếm sự bảo trợ từ học trò cũ giàu có và gia đình quyền lực của mình, ông đã sử dụng khám phá các mặt trăng của Sao Mộc để có được điều đó.[2] Vào ngày 13 tháng 2 năm 1610, Galileo đã viết thư cho thư ký của Đại công tước:

"Chúa ban cho tôi khả năng, thông qua một dấu hiệu đơn độc nhằm tiết lộ cho Chúa tôi sự tận tâm của tôi và mong muốn tôi có được cái tên vinh quang của anh ấy sống ngang hàng giữa các vì sao, và điều đó tùy thuộc vào tôi, người phát hiện đầu tiên đặt tên cho những hành tinh mới này, tôi ước sẽ bắt chước các nhà hiền triết vĩ đại đã đặt tên những anh hùng xuất sắc nhất trong các thời đại trước đó cho các ngôi sao, để khắc ghi tên chúng bằng tên của Công tước vĩ đại nhất."[2]

Galileo hỏi liệu anh ta nên đặt tên cho các mặt trăng là "Ngôi sao Cosmian", sau Cosimo hay "Những ngôi sao Medician", điều này sẽ tôn vinh cả bốn anh em trong gia tộc Medici. Thư ký trả lời rằng tên sau sẽ là tốt nhất.[2]

Vào ngày 12 tháng 3 năm 1610, Galileo đã viết bức thư cống hiến của mình cho Công tước xứ Toscana, và ngày hôm sau đã gửi một bản sao cho Đại công tước, với hy vọng có được sự tài trợ của Đại công tước càng nhanh càng tốt. Vào ngày 19 tháng 3, ông gửi chiếc kính viễn vọng mà ông đã sử dụng để lần đầu tiên quan sát các mặt trăng của Sao Mộc cho Đại công tước, cùng với một bản sao chính thức của Sidereus Nuncius (The Starry Messenger), theo lời khuyên của thư ký, hoàn thành đặt tên cho bốn mặt trăng là Những ngôi sao Medician.[2] Trong phần giới thiệu cống hiến của mình, Galileo đã viết:

Hiếm khi có những ân sủng bất tử từ tâm hồn ngài, ân sủng đó đã bắt đầu tỏa sáng trên Trái đất sáng hơn những ngôi sao trên thiên đàng, giống như những chiếc lưỡi, chúng sẽ nói thay và tôn vinh lên những đức tính tuyệt vời nhất của ngài suốt mọi thời đại. Vì điều này, mà bốn ngôi sao dành riêng cho tên tuổi lừng lẫy của ngài ... cũng là ... thực hiện hành trình và quỹ đạo của chúng với tốc độ kỳ diệu xung quanh những ngôi sao của Sao Mộc ... giống như những đứa trẻ trong cùng một gia đình ... Đúng như vậy, sự xuất hiện đó như chính người đã làm nên những ngôi sao vậy, với những lý lẽ rõ ràng đã khuyên tôi gọi những hành tinh mới này bằng cái tên lừng lẫy của Hoàng thân trước tất cả mọi người.[2]

Tên gọi[sửa | sửa mã nguồn]

Một Jovilabe:[8] một cỗ máy để xác định quỹ đạo của các vệ tinh của Sao Mộc vào giữa thế kỷ 18.

Galileo ban đầu gọi khám phá của mình là Cosmica Sidera ("ngôi sao của Cosimo"), để vinh danh Cosimo II de' Medici (1590–1621).[9] Theo đề nghị của Cosimo, Galileo đã đổi tên thành Medicea Sidera ("các ngôi sao Medician "), vinh danh cả bốn anh em nhà Medici (Cosimo, Francesco, Carlo và Lorenzo). Phát hiện này đã được công bố trên Sidereus Nuncius ("Starry Messenger"), được xuất bản tại Venice vào tháng 3 năm 1610, chưa đầy hai tháng sau những quan sát đầu tiên.

Các tên khác đưa ra bao gồm:

Những cái tên cuối cùng đã được Simon Marius đặt, ông là người đã phát hiện ra các mặt trăng một cách độc lập cùng lúc với Galileo: ông đặt tên cho chúng bắt nguồn từ gợi ý của Johannes Kepler đặt theo tên những người yêu thích thần Zeus (tương đương với Sao Mộc của Hy Lạp) là: Io, Europa, GanymedeCallisto, ghi trong tác phẩm của ông Mundus Jovialis xuất bản vào năm 1614.[11]

Galileo kiên quyết từ chối sử dụng tên của Marius và phát minh ra tên đính kèm số vẫn được sử dụng cho đến ngày nay, song song với tên của mặt trăng mà nó được đặt. Các số được đánh dần từ Sao Mộc ra bên ngoài, lần lượt là I, II, III và IV cho Io, Europa, Ganymede và Callisto. Galileo đã sử dụng hệ thống này trong sổ ghi chép của mình nhưng chưa bao giờ xuất bản chúng. Các tên được đánh số (Sao Mộc x) đã được sử dụng cho đến giữa thế kỷ 20 khi các mặt trăng khác bên trong quỹ đạo Sao Mộc được phát hiện và tên của Marius trở nên được sử dụng rộng rãi.[11]

Xác định kinh độ[sửa | sửa mã nguồn]

Galileo đã phát triển một phương pháp xác định kinh độ dựa trên thời gian quay quanh quỹ đạo của các mặt trăng Galileo.[12] Thời gian thiên thực của các mặt trăng có thể được tính toán chính xác sớm và so sánh với các quan sát trên đất liền hoặc trên tàu để xác định thời gian và kinh độ tại địa điểm đó. Vấn đề chính của kỹ thuật là rất khó quan sát các mặt trăng Galileo qua kính viễn vọng trên một con tàu đang di chuyển; một vấn đề mà Galileo đã cố gắng giải quyết và ông đã phát minh ra celatone. Phương pháp này được CassiniPicard sử dụng để lập lại bản đồ nước Pháp.[13]

Nhóm vệ tinh[sửa | sửa mã nguồn]

Một số mô hình dự đoán rằng có thể đã có một vài thế hệ vệ tinh Galileo trong lịch sử thuở ban đầu của Sao Mộc. Mỗi thế hệ các vệ tinh được hình thành sẽ chuyển động xoắn ốc vào trong Sao Mộc và bị phá hủy, do tương tác thủy tĩnh với đĩa vệ tinh nguyên sinh của Sao Mộc các vệ tinh mới hình thành từ các mảnh vụn còn lại. Vào thời điểm thế hệ vệ tinh hiện tại hình thành, khí gas trong đĩa vệ tinh nguyên sinh đã mỏng đi đến mức nó không còn can thiệp chuyển động nhiều vào quỹ đạo của các vệ tinh.[14][15]

Các mô hình khác cho thấy các vệ tinh Galileo hình thành bên trong đĩa vệ tinh nguyên sinh, trong đó thời gian hình thành tương đương hoặc ngắn hơn thời gian di chuyển trên quỹ đạo.[16] Io là khan và có khả năng có một cấu trúc địa chất của đá và kim loại. Europa được cho là chứa 8% băng và nước trong toàn bộ khối lượng hiện tại của nó.[14] Những vệ tinh này, theo thứ tự tăng dần khoảng cách từ Sao Mộc:

Tên
Ảnh Cấu trúc bên trong
I E G C
Đường kính
(km)
Khối lượng
(kg)
Tỉ trọng
(g/cm³)
Bán trục lớn
(km)[17]
Chu kỳ quỹ đạo (Ngày)
[18](tương đối)
Độ nghiêng quỹ đạo
(°)[19]
Độ lệch tâm quỹ đạo
Io
Jupiter I
Io, moon of Jupiter, NASA.jpg PIA01129 Interior of Io.jpg 3660.0
×3637.4
×3630.6
8.93×1022 3.528 421,800 1.769

(1)
0.050 0.0041
Europa
Jupiter II
Europa-moon.jpg PIA01130 Interior of Europa.jpg 3121.6 4.8×1022 3.014 671,100 3.551

(2.0)
0.471 0.0094
Ganymede
Jupiter III
Ganymede, moon of Jupiter, NASA.jpg PIA00519 Interior of Ganymede.jpg 5268.2 1.48×1023 1.942 1,070,400 7.155

(4.0)
0.204 0.0011
Callisto
Jupiter IV
Callisto, moon of Jupiter, NASA.jpg PIA01478 Interior of Callisto.jpg 4820.6 1.08×1023 1.834 1,882,700 16.69

(9.4)
0.205 0.0074

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Drake, Stillman (1978). Galileo At Work. Chicago: University of Chicago Press. ISBN 0-226-16226-5.
  2. ^ a ă â b c d đ e ê Galilei, Galileo, Sidereus Nuncius. Translated and prefaced by Albert Van Helden. Chicago & London: University of Chicago Press 1989, 14–16
  3. ^ Pasachoff, Jay M. (2015). “Simon Marius's Mundus Iovialis: 400th Anniversary in Galileo's Shadow”. Journal for the History of Astronomy 46 (2): 218–234. Bibcode:2015AAS...22521505P. doi:10.1177/0021828615585493. 
  4. ^ Van Helden, Albert (tháng 3 năm 1974). “The Telescope in the Seventeenth Century”. Isis 65 (1): 38–58. JSTOR 228880. doi:10.1086/351216. 
  5. ^ Galilei, Galileo (1610). The Starry Messenger. Venice. ISBN 978-0-374-37191-3. On the seventh day of January in this present date 1610.... 
  6. ^ “Satellites of Jupiter”. The Galileo Project. Rice University. 1995. Bản gốc lưu trữ ngày 11 tháng 2 năm 2012. Truy cập ngày 9 tháng 8 năm 2007. 
  7. ^ Zezong, Xi, "The Discovery of Jupiter's Satellite Made by Gan De 2000 years Before Galileo", Chinese Physics 2 (3) (1982): 664–67.
  8. ^ “Jovilabe”. Museo Galileo. Bản gốc lưu trữ ngày 16 tháng 4 năm 2015. Truy cập ngày 15 tháng 4 năm 2015. 
  9. ^ Cosimo is the Italian form of the Greek name Cosmas itself deriving from cosmos (whence the neuter plural adjective cosmica). Sidera is the plural form of the Latin noun sidus "star, constellation".
  10. ^ Annuaire de l'Observatoire royal de Bruxelles. L'Académie royale des sciences, des lettres et des beaux-arts de Belgique. 1879. tr. 263. 
  11. ^ a ă Marazzini, C. (2005). “The names of the satellites of Jupiter: from Galileo to Simon Marius”. Lettere Italiana 57 (3): 391–407. 
  12. ^ Howse, Derek. Greenwich Time and the Discovery of the Longitude. Oxford: Oxford University Press, 1980, 12.
  13. ^ Howse, Derek (1997). Greenwich Time and the Longitude. Philip Wilson. tr. 26, 31. 
  14. ^ a ă Canup, Robin M.; Ward, William R. (30 tháng 12 năm 2008). Origin of Europa and the Galilean Satellites. University of Arizona Press. tr. 59. Bibcode:2009euro.book...59C. ISBN 978-0-8165-2844-8. arXiv:0812.4995. 
  15. ^ Chown, Marcus (7 tháng 3 năm 2009). “Cannibalistic Jupiter ate its early moons”. New Scientist. Bản gốc lưu trữ ngày 23 tháng 3 năm 2009. Truy cập ngày 18 tháng 3 năm 2009. 
  16. ^ d'Angelo, Gennaro; Podolak, Morris (2015). “Capture and Evolution of Planetesimals in Circumjovian Disks”. The Astrophysical Journal 806 (2): 203. Bibcode:2015ApJ...806..203D. arXiv:1504.04364. doi:10.1088/0004-637X/806/2/203. 
  17. ^ Tính toán bằng giá trị µ lấy từ IAU-MPC Satellites Ephemeris Service
  18. ^ Nguồn: JPL/NASA
  19. ^ Tính toán từ IAG Travaux 2001.

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]