簡介

木衛(wèi)三（蓋尼米得，Ganymede，Γανυμ?δη?）是圍繞木星運轉(zhuǎn)的一顆衛(wèi)星，公轉(zhuǎn)周期約為7天。按距離木星從近到遠排序，在木星的所有衛(wèi)星中排第七，在伽利略衛(wèi)星中排第三。它與木衛(wèi)二及木衛(wèi)一保持著1:2:4的軌道共振關系。

木衛(wèi)三是太陽系中最大的衛(wèi)星。直徑大于水星，質(zhì)量約為水星的一半，木衛(wèi)三主要由硅酸鹽巖石和冰體構(gòu)成，星體分層明顯，擁有一個富鐵的、流動性的內(nèi)核。體積大于水星，是太陽系中已知的唯一擁有磁圈的衛(wèi)星。木衛(wèi)三最先并非伽利略所發(fā)現(xiàn)。在公元前400年到公元前360年之間（最有可能的是在公元前364年夏天）依據(jù)《唐開元占經(jīng)》引錄甘德論及木星時所說的話：“若有小赤星附于其側(cè)”，著名天文學史家席澤宗先生指出：甘德在公元前4世紀中葉就觀測到了木星的最后的衛(wèi)星木衛(wèi)二。而對于木星的衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)，近代是在17世紀初望遠鏡發(fā)明之后，由意大利大科學家伽利略（Galilei）于1610年用它觀測木星時才發(fā)現(xiàn)的。甘德早伽利略近兩千年，而且在沒有望遠鏡的條件，僅憑肉眼就發(fā)現(xiàn)了木星的衛(wèi)星，這真是一個奇跡。而后，天文學家西門·馬里烏斯以希臘神話中宙斯的愛人伽倪墨得斯為之命名。旅行者號航天器精確地測量了該衛(wèi)星的大小，伽利略號探測器則發(fā)現(xiàn)了它地下海洋和磁場。

2015年3月12日，美國國家航空航天局宣布，太陽系最大衛(wèi)星木衛(wèi)三的冰蓋下有一片咸水海洋，液態(tài)水含量超過地球。

星體命名

在公元前400年到公元前360年之間（最有可能的是在公元前364年夏天），中國戰(zhàn)國時期的甘德就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)三，比伽利略早了2000多年。

1610年1月11日，伽利略·伽利萊觀測到三顆靠近木星的星體；第二天晚上，他注意到這三顆星體發(fā)生了位移接著他又發(fā)現(xiàn)了第四顆星體，即后來的木衛(wèi)三。至1610年1月15日晚，伽利略確定這些星體是圍繞木星運行的。他聲稱有權(quán)為這些衛(wèi)星命名，并曾考慮過“科斯米安衛(wèi)星”（Cosmian Stars）的名字，但最終將之命名為“美第奇衛(wèi)星”(Medicean Stars)。

法國天文學家尼古拉斯·克勞迪·法布里·德·佩瑞斯特建議為美第奇衛(wèi)星家族的各顆衛(wèi)星分別命名，但是其建議未被采納。原本宣稱其最初發(fā)現(xiàn)伽利略衛(wèi)星的西門·馬里烏斯曾試圖將這幾顆衛(wèi)星命名為“朱庇特的薩圖爾努斯”（Saturn of Jupiter）、“朱庇特的朱庇特”（Jupiter of Jupiter，即指木衛(wèi)三）、“朱庇特的維納斯”（Venus of Jupiter）和“朱庇特的墨丘利”（Mercury of Jupiter）但也從未被采用后來有建議以希臘神話中神的斟酒者、宙斯的愛人蓋尼米得為之命名。這種命名法在相當長的時期內(nèi)并沒有被普遍接受，直至20世紀中期才得到普遍使用在早期的天文學文獻中，該衛(wèi)星均以羅馬數(shù)字作為指代（該體系由伽利略提出）即被稱為木衛(wèi)三（Jupiter III ）或“朱庇特的第三顆衛(wèi)星”（third satellite of Jupiter）。后來隨著土星的衛(wèi)星群的發(fā)現(xiàn)，基于開普勒和馬里烏斯建議的命名系統(tǒng)開始被用于指稱木星的衛(wèi)星。木衛(wèi)三是伽利略衛(wèi)星中唯一一顆以男性人物名字命名的。

星體數(shù)據(jù)

軌道參數(shù)：

所屬行星：木星

平均半徑：1,070,400km（0.007155 AU）

離心率：0.003

近拱點：1,069,200km（0.007147 AU）

遠拱點：1,071,600km（0.007163 AU）

公轉(zhuǎn)周期：6天（0.012599年）

公轉(zhuǎn)速度：平均10.880km/s

軌道傾角：2.21（黃道夾角）0.20（木星赤道夾角）

物理性質(zhì)：

平均半徑：2,631.2km（地球的0.413倍）

表面積：87.000,000平方千米（地球的0.12倍）

體積：7.6×101?（地球的0.0705倍））

質(zhì)量：1.4819×1023（地球的0.025倍）

平均密度：4g/cm

表面引力：1.428m/s

逃逸速度：3km/s

自轉(zhuǎn)周期：7天

轉(zhuǎn)軸傾角：0-0.33

反照率：0.43±0.02

表面溫度：最高122K 平均99K 最低：22k

視星等∶5（oppositition）

大氣壓：極小

大氣成份：氧氣，原子氧，臭氧

結(jié)構(gòu)特征

木衛(wèi)三是太陽系中已知的唯一一顆擁有磁圈的衛(wèi)星，其磁圈可能是由富鐵的流動內(nèi)核的對流運動所產(chǎn)生的。其中的少量磁圈與木星的更為龐大的磁場相交迭，從而產(chǎn)生了向外擴散的場線。木衛(wèi)三擁有一層稀薄的含氧大氣層其中含有原子氧，氧氣和臭氧，同時原子氫也是大氣的構(gòu)成成分之一而木衛(wèi)三上是否擁有電離層還尚未確定。木衛(wèi)三主要由硅酸鹽巖石和冰體構(gòu)成星體分層明顯，擁有一個富鐵的、流動性的內(nèi)核。科學家推測在木衛(wèi)三表面之下200千米處存在一個被夾在兩層冰體之間的咸水海洋。木衛(wèi)三表面存在兩種主要地形：其中較暗的地區(qū)約占星體總面積的三分之一其間密布著撞擊坑，地質(zhì)年齡估計有40億年之久；其余地區(qū)較為明亮縱橫交錯著大量的槽溝和山脊，其地質(zhì)年齡較前者稍小。明亮地區(qū)的破碎地質(zhì)構(gòu)造的產(chǎn)生原因至今仍是一個謎，有可能是潮汐熱所導致的構(gòu)造活動造成的。

木衛(wèi)三是太陽系中已知的唯一擁有磁圈的衛(wèi)星。它擁有一層稀薄的含氧大氣層，其中含有原子氧，氧氣和臭氧。而木衛(wèi)三上是否擁有電離層還尚未確定。

星體構(gòu)成

木衛(wèi)三內(nèi)部結(jié)構(gòu)木衛(wèi)三的平均密度為1.936g/cm3，表明它是由近乎等量的巖石和水構(gòu)成的，后者主要以冰體形式存在冰體的質(zhì)量占衛(wèi)星總質(zhì)量的46-50%，

比之木衛(wèi)四稍低。此外可能還存在某些不穩(wěn)定的冰體，如氨的冰體。木衛(wèi)三巖石的確切構(gòu)成還不為人知，但是很可能接近于L型或LL型普通球粒隕石，這兩類隕石較之H球粒隕石，所含的全鐵和金屬鐵較少，而鐵氧化物較多在木衛(wèi)三上，以質(zhì)量計，鐵和硅的豐度比為1.05-1.27，而在太陽中，則為1.8。

木衛(wèi)三表面的反照率約為0.43。冰體水廣泛存在于其表面，比重達到50-90%，高出整體比重許多。利用近紅外光譜學，科學家們在1.04、1.25、1.5、2.0和3.0微米波長段發(fā)現(xiàn)了強烈的冰體水的吸附帶。明亮地帶的槽溝構(gòu)造可能含有較多的冰體，故顯得較為明亮。除了水外，對伽利略號和地基觀測站拍攝的高分辨率近紅外光譜和紫外線光譜結(jié)果的分析也顯示了其他物質(zhì)的存在，包括二氧化碳、二氧化硫，也可能還包括氰、硫酸氫鹽和多種有機化合物。此外伽利略號還在木衛(wèi)三表面發(fā)現(xiàn)了硫酸鎂、硫酸鈉等物質(zhì)這些鹽類物質(zhì)可能來自于地表之下的海洋

木衛(wèi)三的表面是不對稱的：其同軌道方向的一面要亮于逆軌道方向的一面。這種狀況類似于木衛(wèi)二，而和木衛(wèi)四的狀況正好相反。此外，木衛(wèi)三同軌道方向一面似乎富含二氧化硫。而二氧化碳在兩個半球的分布則相對均勻盡管在極地地區(qū)并未觀測到它的存在。木衛(wèi)三上的撞擊坑（除了一個之外）并不富含二氧化碳，這點也與木衛(wèi)四不同。木衛(wèi)三的二氧化碳可能在過去的一段時期已經(jīng)被消耗殆盡了。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

木衛(wèi)三的地層結(jié)構(gòu)已經(jīng)充分分化，它含有一個由硫化亞鐵和鐵構(gòu)成的內(nèi)核、由硅酸鹽構(gòu)成的內(nèi)層地涵和由冰體構(gòu)成的外層地涵。這種結(jié)構(gòu)得到了由伽利略號在數(shù)次飛掠中所測定的木衛(wèi)三本身較低的無量綱轉(zhuǎn)動慣量——數(shù)值為0.3105± 0.0028——的支持事實上木衛(wèi)三是太陽系中轉(zhuǎn)動慣量最小的固態(tài)天體。伽利略號探測到的木衛(wèi)三本身固有的磁場則與其富鐵的、流動的內(nèi)核有關。擁有高電導率的液態(tài)鐵的對流是產(chǎn)生磁場的最合理模式。

木衛(wèi)三內(nèi)部不同層次的厚度取決于硅酸鹽的構(gòu)成成分（其中部分為橄欖石和輝石）以及內(nèi)核中硫元素的數(shù)量。最可能的情況是其內(nèi)核半徑達到700-900千米，外層冰質(zhì)地涵厚度達800-1000千米，其余部分則為硅酸鹽質(zhì)地涵。內(nèi)核的密度達到了5.5–6g/cm3，硅酸鹽質(zhì)地涵的密度為3.4–3.6g/cm3。與地球內(nèi)核結(jié)構(gòu)類似，某些產(chǎn)生磁場的模型要求在鐵-硫化亞鐵液態(tài)內(nèi)核之中還存在著一個純鐵構(gòu)成的固態(tài)內(nèi)核。若是這種類型的內(nèi)核，則其半徑最大可能為500千米。木衛(wèi)三內(nèi)核的溫度可能高達1500-1700K，壓力高達100千巴（100億帕）。

木衛(wèi)三據(jù)探測含有太陽系最多的液態(tài)水。哈勃望遠鏡通過分析木衛(wèi)三的極光光譜，估算出其海洋深達400千米。還有科學家懷疑，這可能只是木衛(wèi)三海洋的一小部分，木衛(wèi)三可能擁有三個海洋，三個海洋層層疊加，每層都有400千米的深度，并由高壓冰層分隔開，最下面的一層海洋可能直接接觸到木衛(wèi)三的巖石內(nèi)核。所以木衛(wèi)三的海洋深度可能超過1000公里，蘊含著超過150億立方千米的巨大水體，含水量是地球水量的30倍以上。

表面特征

木衛(wèi)三的表面主要存在兩種類型的地形：一種是非常古老的、密布撞擊坑的暗區(qū)，另一種是較之前者稍微年輕（但是地質(zhì)年齡依舊十分古老）、遍布大量槽溝和山脊的明區(qū)。暗區(qū)的面積約占球體總面積的三分之一，其間含有粘土和有機物質(zhì)，這可能是由撞擊木衛(wèi)三的隕石帶來的。

而產(chǎn)生槽溝地形的加熱機制則仍然是行星科學中的一大難題?，F(xiàn)今的觀點認為槽溝地形從本質(zhì)上說主要是由構(gòu)造活動形成的；而如果冰火山在其中起了作用的話那也只是次要的作用。為了引起這種構(gòu)造活動，木衛(wèi)三的巖石圈必須被施加足夠強大的壓力，而造成這種壓力的力量可能與過去曾經(jīng)發(fā)生的潮汐熱作用有關——這種作用可能在木衛(wèi)三處于不穩(wěn)定的軌道共振狀態(tài)時發(fā)生引力潮汐對冰體的撓曲作用會加熱星體內(nèi)部，給巖石圈施加壓力，并進一步導致裂縫、地壘和地塹的形成，這些地形取代了占木衛(wèi)三表面積70%的古老暗區(qū)。槽溝地形的形成可能還與早期內(nèi)核的形成過程及其后星體內(nèi)部的潮汐熱作用有關，它們引起的冰體的相變和熱脹冷縮作用可能導致木衛(wèi)三發(fā)生了微度膨脹，幅度為1-6%。隨著星體的進一步發(fā)育，熱水噴流被從內(nèi)核擠壓至星體表面，導致巖石圈的構(gòu)造變形。星體內(nèi)部的放射性衰變產(chǎn)生的熱能是最可能的熱源，木衛(wèi)三地下海洋的形成可能就有賴于它。通過研究模型人們發(fā)現(xiàn)，如果過去木衛(wèi)三的軌道離心率值較現(xiàn)今高很多（事實上也可能如此），那么潮汐熱能就可能取放射性衰變熱源而代之，成為木衛(wèi)三最主要的熱源。

在兩種地形中均可見到，但是在暗區(qū)中分布的更為密集：這一區(qū)域遭遇過大規(guī)模的隕石轟擊，因而撞擊坑的分布呈飽和狀態(tài)。較為明亮的槽溝地形區(qū)分布的撞擊坑則較少，在這里由于構(gòu)造變形而發(fā)育起來的地形成為了主要地質(zhì)特征。撞擊坑的密度表明暗區(qū)的地質(zhì)年齡達到了40億年，接近于月球上的高地地形的地質(zhì)年齡；而槽溝地形則稍微年輕一些（但是無法確定其確切年齡）。和月球類似，在35-40億年之前，木衛(wèi)三經(jīng)歷過一個隕石猛烈轟擊的時期如果這種情況屬實，那么這個時期在太陽系內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生了大規(guī)模的轟擊事件，而這個時期之后轟擊率又大為降低在亮區(qū)中，既有撞擊坑覆蓋于槽溝之上的情況，也有槽溝切割撞擊坑的情況，這說明其中的部分槽溝地質(zhì)年齡也十分古老。木衛(wèi)三上也存在相對年輕的撞擊坑，其向外發(fā)散的輻射線還清晰可見。木衛(wèi)三的撞擊坑深度不及月球和水星上的，這可能是由于木衛(wèi)三的冰質(zhì)地層質(zhì)地薄弱，會發(fā)生位移，從而能夠轉(zhuǎn)移一部分的撞擊力量許多地質(zhì)年代久遠的撞擊坑的坑體結(jié)構(gòu)已經(jīng)消失不見，只留下一種被稱為變余結(jié)構(gòu)（英語：palimpsest）的殘跡

木衛(wèi)三的顯著特征包括一個被稱為伽利略區(qū)的較暗平原，這個區(qū)域內(nèi)的槽溝呈同心環(huán)分布，可能是在一個地質(zhì)活動時期內(nèi)形成的。另外一個顯著特征則是木衛(wèi)三的兩個極冠，其構(gòu)成成分可能是霜體。這層霜體延伸至緯度為40°的地區(qū)。旅行者號首次發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)三的極冠。目前有兩種解釋極冠形成的理論，一種認為是高緯度的冰體擴散所致，另一種認為是外空間的等離子態(tài)冰體轟擊所產(chǎn)生的。伽利略號的觀測結(jié)果更傾向于后一種理論。

大氣層和電離層

1972年，一支在印度尼西亞的波斯查天文臺工作的印度、英國和美國天文學家聯(lián)合團隊宣稱他們在一次掩星現(xiàn)象中探測到了木衛(wèi)三的大氣，當時木星正從一顆恒星之前通過。他們估計其大氣壓約為1微巴（0.1帕）。1979年旅行者1號在飛掠過木星之時，借助當時的一次掩星現(xiàn)象進行了類似的觀測，但是得到了不同的結(jié)果。旅行者1號的掩星觀測法使用短于200納米波長的遠紫外線光譜進行觀測，這比之1972年的可見光譜觀測法，在測定氣體存在與否方面要精確得多。旅行者1號的觀測數(shù)據(jù)表明木衛(wèi)三上并不存在大氣，其表面的微粒數(shù)量密度最高只有1.5 × 10?cm3，對應的壓力小于2.5 × 10?微巴。后一個數(shù)據(jù)較之1972年的數(shù)據(jù)要小了5個數(shù)量級，說明早期的估計太過于樂觀了，

木衛(wèi)三表面的假色溫度圖不過1995年哈勃空間望遠鏡發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)三上存在稀薄的、以氧為主要成分的大氣，這點類似于木衛(wèi)二的大氣。哈勃望遠鏡在130.4納米到135.6納米段的遠紫外線光譜區(qū)探測到了原子氧的大氣光。這種大氣光是分子氧遭受電子轟擊而離解時所發(fā)出的，這表明木衛(wèi)三上存在著以O?分子為主的中性大氣。其表面微粒數(shù)量密度在 1.2-7 × 10?cm3范圍之間，相應的表面壓力為0.2-1.2 × 10?微巴。這些數(shù)值在旅行者號1981年探測的數(shù)值上限之內(nèi)。這種微量級的氧氣濃度不足以維持生命存在；其來源可能是木衛(wèi)三表面的冰體在輻射作用下分解為氫氣和氧氣的過程，其中氫氣由于其原子量較低，很快就逃逸出木衛(wèi)三了。木衛(wèi)三上觀測到的大氣光并不像木衛(wèi)二上的同類現(xiàn)象一般在空間分布上呈現(xiàn)均一性。哈勃望遠鏡在木衛(wèi)三的南北半球發(fā)現(xiàn)了數(shù)個亮點，其中兩個都處于緯度50°地區(qū)——即木衛(wèi)三磁圈的擴散場線和聚集場線的交界處。同時也有人認為亮點可能是等離子體在下落過程中切割擴散場線所形成的極光。

中性大氣層的存在著木衛(wèi)三上也應該存在電離層，因為氧分子是在遭受來自磁圈和太陽遠紫外輻射的高能電子轟擊之后而電離的。但是和大氣層一樣，木衛(wèi)三電離層的性質(zhì)也引發(fā)了爭議。伽利略號的部分觀測發(fā)現(xiàn)在木衛(wèi)三表面的電子密度較高，表明其存在電離層，但是其他觀測則毫無所獲。通過各種觀測所測定的木衛(wèi)三表面的電子密度處于400-2,500 cm3范圍之間。及至2008年，木衛(wèi)三電離層的各項參數(shù)仍未被精確確定。

證明木衛(wèi)三含氧大氣存在的另一種方法是對藏于木衛(wèi)三表層冰體中的氣體進行測量。1996年，科學家們公布了針對臭氧的測量結(jié)果。1997年，光譜分析揭示了分子氧的二聚體（或雙原子分子）吸收功能，即當氧分子處于濃相狀態(tài)時，就會出現(xiàn)這種吸收功能，而如果分子氧藏于冰體之中，則吸收功能最佳。二聚體的吸收光譜位置更多的取決于緯度和經(jīng)度，而非表面的反照率——隨著緯度的提高，吸收光譜的位置就會上移。而相反的，隨著緯度的提高臭氧的吸收光譜則會下移。實驗室的模擬試驗表明，在木衛(wèi)三上表面溫度高于100K的地區(qū)，O?并不會聚合在一起，而是擴散至冰體中。

當在木衛(wèi)二上發(fā)現(xiàn)了鈉元素之后，科學家們便開始在木衛(wèi)三的大氣中尋找這種物質(zhì)，但是到了1997年都一無所獲。據(jù)估計，鈉在木衛(wèi)三上的豐度比木衛(wèi)二小13倍，這可能是因為其表面原本就缺乏該物質(zhì)或磁圈將這類高能原子擋開了。木衛(wèi)三大氣層中存在的另一種微量成分是原子氫，在距該衛(wèi)星表面3000千米的太空即已能觀測到氫原子的存在。其在星體表面的數(shù)量密度約為1.5 × 10?cm3。

磁層

1995年至2000年間，伽利略號共6次近距離飛掠過木衛(wèi)三，發(fā)現(xiàn)該衛(wèi)星有一個獨立于木星磁場之外的、長期存在的、其本身所固有的磁矩，其大小估計為1.3 × 1013T·m3，比水星的磁矩大三倍。其磁偶極子與木衛(wèi)三自轉(zhuǎn)軸的交角為176°，這意味著其磁極正對著木星磁場。磁層的北磁極位于軌道平面之下。由這個長期磁矩創(chuàng)造的偶極磁場在木衛(wèi)三赤道地區(qū)的強度為719±2納特斯拉，超過了此處的木星磁場強度——后者為120納特斯拉。木衛(wèi)三赤道地區(qū)的磁場正對著木星磁場，這使其場線有可能重新聚合。而其南北極地區(qū)的磁場強度則是赤道地區(qū)的兩倍為1440納特斯拉，

長期存在的磁矩在木衛(wèi)三四周劃出一個空間，形成了一個嵌入木星磁場的小型磁層。木衛(wèi)三是太陽系中已知的唯一一顆擁有磁層的衛(wèi)星。其磁層直徑達4-5RG (RG=2,631.2千米)。在木衛(wèi)三上緯度低于30°的地區(qū)，其磁層的場線是閉合的，在這個區(qū)域，帶電粒子（如電子和離子）均被捕獲，進而形成輻射帶。磁層中所含的主要離子為單個的離子化的氧原子——O ——這點與木衛(wèi)三含氧大氣層的特征相吻合。而在緯度高于30°的極冠地區(qū)場線則向外擴散，連接著木衛(wèi)三和木星的電離層。在這些地區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了高能（高達數(shù)十甚至數(shù)百千伏）的電子和離子，可能由此而形成了木衛(wèi)三極地地區(qū)的極光現(xiàn)象。另外，在極地地區(qū)不斷下落的重離子則發(fā)生了濺射運動最終使木衛(wèi)三表面的冰體變暗。

木衛(wèi)三磁層和木星磁場的相互影響與太陽風和地球磁場的相互作用在很多方面十分類似。如繞木星旋轉(zhuǎn)的等離子體對木衛(wèi)三逆軌道方向磁層的轟擊就非常像太陽風對地球磁場的轟擊。主要的不同之處是等離子體流的速度——在地球上為超音速，而在木衛(wèi)三上為亞音速。由于其等離子體流速度為亞音速，所以在木衛(wèi)三逆軌道方向一面的磁場并未形成弓形激波。除了其本身固有的磁層外，木衛(wèi)三還擁有一個感應產(chǎn)生的偶極磁場，其存在與木衛(wèi)三附近木星磁場強度的變化有關。該感應磁場隨著木衛(wèi)三本身固有磁層方向的變化，交替呈放射狀面向木星或背向木星該磁場的強度較之木衛(wèi)三本身之磁場弱了一個數(shù)量級——前者磁赤道地區(qū)的場強為60納特斯拉，只及木星此處場強的一半。木衛(wèi)三的感應磁場和木衛(wèi)四的以及木衛(wèi)二的感應磁場十分相似，這表明該衛(wèi)星可能也擁有一個高電導率的地下海洋。由于木衛(wèi)三的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)是徹底的分化型，且擁有一顆金屬內(nèi)核，所以其本身固有的磁層的產(chǎn)生方式可能與地球磁場的產(chǎn)生方式類似：即是內(nèi)核物質(zhì)運動的結(jié)果。如果磁場是基于發(fā)電機原理的產(chǎn)物那么木衛(wèi)三的磁層就可能是由其內(nèi)核的成分對流運動所造成的。

盡管已知木衛(wèi)三擁有一個鐵質(zhì)內(nèi)核，但是其磁層仍然顯得很神秘，特別是為何其他與之大小相同的衛(wèi)星都不擁有磁層。一些研究認為在木衛(wèi)三這種相對較小的體積下，其內(nèi)核應該早已被充分冷卻以致內(nèi)核的流動和磁場的產(chǎn)生都無以為繼。一種解釋聲稱能夠引起星體表面構(gòu)造變形的軌道共振也能夠起到維持磁層的作用：即木衛(wèi)三的軌道離心率和潮汐熱作用由于某些軌道共振作用而出現(xiàn)增益，同時其地幔也起到了絕緣內(nèi)核，阻止其冷卻的作用另一種解釋認為是地幔中的硅酸鹽巖石中殘留的磁性造成了這種磁層。如果該衛(wèi)星在過去曾經(jīng)擁有基于發(fā)電機原理產(chǎn)生的強大磁場，那么該理論就很有可能行得通。

星體歷史

木衛(wèi)三可能由木星次星云——即在木星形成之后環(huán)繞于其四周的、由氣體和塵埃組成的圓盤——的吸積作用所產(chǎn)生木衛(wèi)三的吸積過程持續(xù)了大約1萬年，相較暗的尼克爾森區(qū)和較亮的哈帕吉亞槽溝之間可謂涇渭分明。

較于木衛(wèi)四的10萬年短得多。當伽利略衛(wèi)星開始形成之際，木星次星云中所含的氣體成分已經(jīng)相對較少；這導致了木衛(wèi)四較長的吸積時間。相反，由于木衛(wèi)三是緊接木星之后形成的，這時的次星云還比較濃密，所以其吸積作用所耗時間較短。相對較短的形成時間使得吸積過程中產(chǎn)生的熱量較少逃逸，這些未逃逸的熱量導致了冰體的融化和木衛(wèi)三內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分化：即巖石和冰體相互分開，巖石沉入星體中心形成內(nèi)核。在這方面，木衛(wèi)三與木衛(wèi)四不同，后者由于其較長的形成時間而導致吸積熱逃逸殆盡，從而無法在初期融化冰體以及分化內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這一假說揭示了為何質(zhì)量和構(gòu)成物質(zhì)如此接近的兩顆衛(wèi)星看起來卻如此得不同。

在其形成之后，木衛(wèi)三的內(nèi)核還保存了大部分在吸積過程和分化過程中形成的熱量，它只是緩慢的將少量熱量釋放至冰質(zhì)地幔層中，就如同熱電池的運作一般。接著，地幔又通過對流作用將熱量傳導至星體表面。不久巖石中蘊含的放射性元素開始衰變，產(chǎn)生的熱量進一步加熱了內(nèi)核，從而加劇了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分化，最終形成了一個鐵-硫化亞鐵內(nèi)核和一個硅酸鹽地幔。至此，木衛(wèi)三內(nèi)部結(jié)構(gòu)徹底分化。與之相比較，未經(jīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分化的木衛(wèi)四所產(chǎn)生的放射性熱能只能導致其冰質(zhì)內(nèi)部的對流，這種對流有效地冷卻了星體，并阻止了大規(guī)模的冰體融化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的快速分化，同時其最多只能引起冰體與巖石的部分分化?，F(xiàn)今，木衛(wèi)三的冷卻過程仍十分緩慢。從起內(nèi)核和硅酸鹽地幔所釋放出的熱量使得木衛(wèi)三上的地下海洋得以存在，同時只是緩慢冷卻的流動的鐵-硫化亞鐵內(nèi)核仍在推動星體內(nèi)的熱對流，并維持著磁圈的存在。木衛(wèi)三的對外熱通量很可能高于木衛(wèi)四。

運行特點

軌道距離

木衛(wèi)三的軌道距離木星107萬400千米，是伽利略衛(wèi)星中距離木星第三近的，其公轉(zhuǎn)周期為7天3小時。和大部分已知的木星衛(wèi)星一樣，木衛(wèi)三也為木星所鎖定，永遠都以同一面面向木星，木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三三者之間的拉普拉斯共振狀態(tài)。它的軌道離心率很小，軌道傾角也很小，接近于木星赤道，同時在數(shù)百年的周期里，軌道的離心率和傾角還會以周期函數(shù)的形式受到太陽和木星引力攝動的影響。變化范圍分別為0.0009-0.0022和0.05-0.32°這種軌道的變化使得其轉(zhuǎn)軸傾角在0-0.33°之間變化。

木衛(wèi)三和木衛(wèi)二、木衛(wèi)一保持著軌道共振關系：即木衛(wèi)三每公轉(zhuǎn)一周，木衛(wèi)二即公轉(zhuǎn)兩周、木衛(wèi)一公轉(zhuǎn)四周當木衛(wèi)二位于近拱點、木衛(wèi)一位于遠拱點時，兩者之間會出現(xiàn)上合現(xiàn)象；而當木衛(wèi)二位于近拱點時，它和木衛(wèi)三

之間也會出現(xiàn)上合現(xiàn)象。木衛(wèi)一和木衛(wèi)二，木衛(wèi)三的上合位置會以相同速率移動，遂三者之間有可能出現(xiàn)三星合現(xiàn)象。這種復雜的軌道共振被稱為拉普拉斯共振?，F(xiàn)今的拉普拉斯共振并無法將木衛(wèi)三的軌道離心率提升到一個更高的值。

離心率

0.0013的離心率值可能是早期殘留下來的——當時軌道離心率的提升是有可能的。但是木衛(wèi)三的軌道離心率仍然讓人困惑：如果在現(xiàn)階段其離心率值無法提升，則必然得表明在其內(nèi)部的潮汐耗散作用下，它的離心率值正在逐漸損耗。這意味著離心率值的最后一次損耗就發(fā)生在數(shù)億年之前。由于現(xiàn)今木衛(wèi)三軌道的離心率相對較低——平均只有0.0015，所以現(xiàn)今木衛(wèi)三的潮汐熱也應該相應的十分微弱。但是在過去，木衛(wèi)三可能已經(jīng)經(jīng)歷過了一種或多種類拉普拉斯共振，從而使得其軌道離心率能達到0.01-0.02的高值。

這可能在木衛(wèi)三內(nèi)部引起了顯著的潮汐熱效應；而這種多階段的內(nèi)部加熱最終造成了現(xiàn)今木衛(wèi)三表面的槽溝地形人們還無法確切知曉木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三之間的拉普拉斯共振是如何形成的?，F(xiàn)今存在兩種假說：一種認為這種狀態(tài)在太陽系形成之初即已存在；另一種認為這種狀態(tài)是在太陽系形成之后才發(fā)展出來的。一種可能的形成過程如下：首先是由于木星的潮汐效應，致使木衛(wèi)一的軌道向外推移，直至某一點與木衛(wèi)二發(fā)生2:1的軌道共振；之后其軌道繼續(xù)向外推移，同時將部分的旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)移給木衛(wèi)二，從而也引起了后者的軌道向外推移；這個過程持續(xù)進行直到木衛(wèi)二到達某一點與木衛(wèi)三形成2:1的軌道共振。最終三者之間的兩對上合現(xiàn)象的位置移動速率保持一致形成拉普拉斯共振。

探測歷史

第一批是先驅(qū)者10號和先驅(qū)者11號，兩者傳回的關于木衛(wèi)三的信息較少。之后旅行者1號和旅行者2號于1979年飛掠過木衛(wèi)三。它們精確測定了它的大小，最終證明它的體積要大于土衛(wèi)六，后者曾被認為大于前者。此外，這兩艘飛船還發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)三上的槽溝地形。

1995年，伽利略號進入環(huán)木星軌道。在1996年至2000年間，它共6次近距離飛掠過木衛(wèi)三。這6次飛掠被命名為G1，G2，G7，G8，G28，G29。在最接近的一次飛掠——G2——中，伽利略號距離木衛(wèi)三表面僅264千米。在1996年的G1飛掠中，它發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)三的磁場。后來又發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)三的地下海洋，并于2001年對外公布。伽利略號傳回了大量的光譜圖像，并在木衛(wèi)三表面發(fā)現(xiàn)了數(shù)種非冰化合物。前往近距離探測木衛(wèi)三的探測器是新視野號，它于2007年在前往冥王星的途中飛掠過了木衛(wèi)三，并在加速過程中拍攝了木衛(wèi)三的地形圖和構(gòu)成圖。

2009年2月，美國航空航天局和歐洲空間局確認該計劃將優(yōu)先于“土衛(wèi)六-土星計劃”得以實施。木衛(wèi)二-木星計劃”包括美國航空航天局主持的“木星-木衛(wèi)二軌道飛行器”和歐洲空間局主持的“木星-木衛(wèi)三軌道飛行器”，可能還包括日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)主持的“木星磁場探測器”。 已被取消的環(huán)木衛(wèi)三軌道探測計劃是木星冰月軌道器。原計劃使用核裂變反應堆作為其動力來源，這將使其能夠?qū)δ拘l(wèi)三進行詳細勘查。但是由于預算裁剪，該計劃于2005年被取消。另外還有一個被取消的計劃被稱為“宏偉的木衛(wèi)三”（The Grandeur of Ganymede）。

冰下海洋

2015年03月12日，美國國家航空航天局(NASA)宣布，美國宇航局哈勃太空望遠鏡近日觀測到木衛(wèi)三磁場產(chǎn)生的極光現(xiàn)象，并測量出木衛(wèi)三冰層下方存在具有一定鹽度的咸水海洋。

根據(jù)測算，這片地下海洋深度約為10萬米，相當于地球上最深海洋的10倍多。它存在于150千米厚、主要由冰層組成的地表下。

對木星影響

木星最大的衛(wèi)星----木衛(wèi)三也是它擁有的唯一一顆有強磁場的衛(wèi)星?？茖W家利用哈勃太空望遠鏡獲得的數(shù)千張圖片，發(fā)現(xiàn)在木星極區(qū)看到的非常壯觀的極光，是在木衛(wèi)三的磁氣圈產(chǎn)生的引力影響下形成的，

木衛(wèi)三和非?；钴S的木衛(wèi)一在圍繞木星運行時，會與這顆行星的等離子體相互作用，在木星極區(qū)產(chǎn)生明亮的斑點這些亮斑被稱作“極光足印(auroral footprints)”。然而，直到現(xiàn)在也沒有人知道木衛(wèi)三的足跡到底有多大以及為什么木衛(wèi)三會導致木星極區(qū)產(chǎn)生美麗壯觀的極光。

研究人員通過分析哈勃太空望遠鏡拍攝的圖片，測量出木衛(wèi)三腳印的確切大小他們認為這些斑點的面積太大根本不是衛(wèi)星在這顆行星上的投影，而且它的直徑跟木衛(wèi)三的保護性磁場的直徑非常相符?？茖W家還測量了木衛(wèi)一極光足印的大小及形狀這是由木衛(wèi)一上活躍的火山噴發(fā)出來的帶電粒子造成的比利時列日大學(University of Liege)的天體物理學家丹尼斯·格倫頓特(Denis Grodent)說：“這些極光結(jié)構(gòu)中的每一個都在告訴我們一個正在進行中的故事——在遙遠的木星上正進行著大規(guī)模能量傳輸。通過分析這些極光的確切位置，以及木衛(wèi)一和木衛(wèi)三圍繞木星運行時，它們的形狀及亮度發(fā)生的改變，我們已經(jīng)制作出迄今為止最為詳細的模擬圖模仿木星與這些衛(wèi)星之間的電磁作用?！备駛愵D特在德國舉行的歐洲行星科學大會上詳細介紹了這項研究結(jié)果，

格倫頓特和他的科研組除了把木衛(wèi)三的極光足印與它的磁場結(jié)合在一起外還意外在這顆衛(wèi)星極光的亮度方面發(fā)現(xiàn)周期性變化，這些變化發(fā)生在三個不同時刻。研究人員認為，每次變化都反映了木星的等離子體與木衛(wèi)三的磁場之間發(fā)生了相互作用，但是至今他們也不清楚是什么引起這種相互作用的。

完整地圖

研究負責人、約翰-霍普金斯大學應用物理實驗室的韋斯-帕特森表示：“通過繪制木衛(wèi)三表面圖，我們可更準確地解答這顆真正獨一無二衛(wèi)星的形成和演變等科學問題。”

這張地圖由美國地質(zhì)調(diào)查局公布，從技術上闡述了木衛(wèi)三表面各種各樣的地質(zhì)特征，是第一張完整的冰冷的外行星衛(wèi)星地圖。帕特森、柯林斯和同事們用美國宇航局旅行者和伽利略太空探測器捕捉到的圖像制作出這張地圖。

從1610年1月木衛(wèi)三被發(fā)現(xiàn)以來，它就成為反復觀測的焦點?？茖W家用地球望遠鏡第一次觀測木衛(wèi)三，然后用飛近探測和環(huán)繞木星飛行的航天器進行觀測。這些研究發(fā)現(xiàn)了一個復雜的冰冷世界。它的表面以兩個主要地形類型間的鮮明對比為特征。這兩種地形是又黑又冷的多隕石坑地區(qū)和更亮更年輕(但依然十分古老)的地區(qū)，后者以大量溝槽和山脊為特征。

木衛(wèi)三直徑3280英里(約合5262公里)，比行星水星和矮行星冥王星都大。它還是已知太陽系中唯一一顆擁有自己磁層的衛(wèi)星。這張地圖詳細闡述了木衛(wèi)三形成和在太陽系大部分歷史中演變的地質(zhì)特征。這些地質(zhì)特征記錄下木衛(wèi)三內(nèi)部演變、木衛(wèi)三動力學和其他伽利略衛(wèi)星間相互作用以及撞擊木衛(wèi)三表面小天體演變的證據(jù)。

這張新地圖是研究人員比較其他冰冷衛(wèi)星地質(zhì)特征的重要工具，因為在其他冰冷衛(wèi)星上發(fā)現(xiàn)的任何特征類型都和木衛(wèi)三某個地方的特征相似。木衛(wèi)三表面是地球所有陸地面積的一半以上。這顆衛(wèi)星為科學家提供各種各樣的觀測地點?？铝炙拐f：“木衛(wèi)三表現(xiàn)出古老和最近形成的地質(zhì)特征。除了地質(zhì)多樣性，它還增加了歷史多樣性?！?/p>

發(fā)現(xiàn)意義

伽利略發(fā)現(xiàn)其他行星也有衛(wèi)星，證實了地球不是宇宙中唯一有衛(wèi)星的行星，還證明了尼古拉·哥白尼的“日心說”是正確的。

使用簡單的望遠鏡，依靠單獨研究，伽利略讓人們很好地認識了太陽系、星系和浩瀚的宇宙。他制作的望遠鏡使人們觀察到以前難以觀察到的太空景象，加深了人們對宇宙的理解。