Ganymed (auch Jupiter III) ist der dritte und größte der vier Galileischen Monde des Gasplaneten Jupiter. Er ist mit einem Durchmesser von 5262 km der größte Mond des Sonnensystems und hat – ebenso wie der zweitgrößte (Saturnmond Titan) – einen etwas größeren Durchmesser als der (allerdings massereichere) Planet Merkur.
Ganymed gehört zum Typ der Eismonde und besitzt einen Kern aus Eisen. Er verfügt über eine sehr dünne Atmosphäre und ist der einzige Trabant mit einem ausgeprägten Magnetfeld.
Entdeckung und Benennung Ganymed wurde im Jahre 1610 von dem italienischen Gelehrten Galileo Galilei mit Hilfe eines relativ einfachen Fernrohrs entdeckt. Weil er alle vier großen Monde (Io, Europa, Ganymed und Kallisto) entdeckt hat, werden diese daher auch als die Galileischen Monde bezeichnet.
Benannt wurde der Mond nach dem Jüngling Ganymed, einem Mundschenk der Götter und Geliebten des Zeus aus der griechischen Mythologie. Er ist der einzige Jupitermond, der nach einer männlichen Figur benannt ist. Obwohl der Name Ganymed bereits kurz nach seiner Entdeckung von Simon Marius vorgeschlagen worden war, konnte er sich über lange Zeit nicht durchsetzen. Erst in der Mitte des 20. Jahrhunderts kam er wieder in Gebrauch. Vorher wurden die Galileischen Monde üblicherweise mit römischen Ziffern bezeichnet und Ganymed war Jupiter III.
Ganymed ist kein offizielles oder allgemein verwendetes astronomisches Symbol zugeordnet (wie auch sonst keinem Trabanten im Sonnensystem außer dem Erdmond).
Umlaufbahn und Rotation mini|links|Resonante Umlaufperioden der drei inneren Galileischen Monde
Ganymed umkreist Jupiter in einem mittleren Abstand von 1.070.400 km in 7 Tagen, 3 Stunden und 42,6 Minuten. Er befindet sich damit in Resonanz mit seinen beiden inneren Nachbarn Europa (1:2) und Io (1:4), ein Effekt, der zu den verhältnismäßig großen Exzentrizitäten der Bahnen dieser Monde beiträgt. Er hat große Bedeutung für die Gezeitenreibung im Inneren dieser Monde und ist damit eine Erklärung für den Vulkanismus auf Io. Ganymeds Bahn hat eine Exzentrizität von 0,0015 und ist nur 0,21° gegenüber Jupiters Äquatorebene geneigt.
Ganymed rotiert in 7 Tagen, 3 Stunden und 42,6 Minuten um die eigene Achse und weist damit, wie der Erdmond und die übrigen inneren Jupitermonde, eine gebundene Rotation auf. Wegen seiner im Vergleich zum Erdmond geringen Bahnexzentrizität und der sehr kleinen Achsneigung sind Librationseffekte gering. Die maximale Libration der Länge, die proportional zur Exzentrizität ist, beträgt nur etwa 10′ (beim Erdmond etwa 7°). Die durch diese Taumelbewegung bewirkten Gezeiteneffekte, die bei Io als Hauptursache für den starken Vulkanismus gelten, sind daher (auch wegen des wesentlich größeren Abstandes) viel geringer.
Physikalische Eigenschaften Ganymed hat einen mittleren Durchmesser von 5262 km und ist damit der größte Mond im Sonnensystem. Er ist etwas größer als der Saturnmond Titan (5150 km) und sogar größer als der Planet Merkur (4878 km), wobei er allerdings mit seiner geringen Dichte von 1,94 g/cm3 nur 45 % von Merkurs Masse aufweist.
Ganymed erscheint mit einer scheinbaren Helligkeit von bis zu 4,6 mag zu Oppositionszeiten so hell, dass er freiäugig (d. h. mit bloßem Auge) sichtbar wäre, wenn er nicht vom nahen Jupiter überstrahlt würde.
Oberfläche mini|hochkant|Helle und dunkle Regionen auf Ganymeds Oberfläche. Am unteren Bildrand ist ein relativ frischer Impaktkrater sichtbar, bei dem helles Material aus dem Untergrund strahlenförmig ausgeschleudert wurde.
Ganymeds Oberfläche, die aus hunderten von Kilometern dickem Wassereis besteht, kann in zwei unterschiedliche Gebiete unterteilt werden: eine geologisch sehr alte, dunkle Region mit einer großen Anzahl an Einschlagkratern und eine etwas jüngere, hellere Region mit geringerer Kraterdichte, aber mit ausgeprägten Gräben und Verwerfungen. Die beiden Regionen sind auf tektonische Aktivitäten zurückzuführen.
Ganymeds Oberfläche besteht aus zwei kontinentalen Platten, die sich unabhängig voneinander bewegen, wobei an ihren Randzonen flache Gebirgszüge aufgeworfen werden können. Darüber hinaus sind Gebiete sichtbar, durch die sogenannte wässrige Lava geflossen sein könnte, deren Ursprung auf vergangenen Kryovulkanismus zurückzuführen ist. Hinsichtlich der Tektonik ähnelt Ganymed dem Planeten Erde, obwohl die Aktivitäten auf Ganymed zum Erliegen gekommen sind. Die dunklen Regionen ähneln der Oberfläche von Kallisto; ein ähnliches System von Gräben und Verwerfungen existiert auf dem Saturnmond Enceladus und den Uranusmonden Miranda und Ariel.
Beide Regionen weisen viele Einschlagskrater auf; ihre Anzahl und Verteilung ergeben für Ganymeds Oberfläche ein Alter von 3 bis 3,5 Milliarden Jahren, vergleichbar dem Erdmond. Dabei überlagern die Krater die Gräben oder werden von diesen durchbrochen, was darauf schließen lässt, dass die Gräben ebenfalls geologisch alt sind. Daneben gibt es auch Einschläge jüngeren Datums, bei denen Material aus dem Untergrund in Form von Strahlensystemen ausgeworfen wurde. Anders als auf dem Erdmond oder dem Merkur sind die meisten Krater relativ flach und weisen keine Ringwälle oder Zentralberge auf. Offensichtlich hat die Eiskruste über geologische Zeiträume nachgegeben und diese Strukturen eingeebnet. Sehr alte Krater sind nur noch als dunkle Reliefs zu erkennen. Der mit Abstand größte benannte Krater namens Epigeus hat einen Durchmesser von 343 km und befindet sich auf dem Zentralmeridian der von Jupiter abgewandten Hemisphäre, zwischen den dunklen Regionen Galileo Regio und Marius Regio.
Die größte zusammenhängende Struktur auf Ganymed ist die dunkle Ebene Galileo Regio. Sie bedeckt mit 3.200 km Durchmesser ein Drittel der jupiterabgewandten Hemisphäre und kann bisweilen von der Erde in Großteleskopen gesehen werden. Die Ebene ist äußerst kraterreich und von hellen Streifen durchzogen; wahrscheinlich stellt sie die älteste Oberfläche des Mondes dar. Weiter sind auf Ganymed ausgedehnte konzentrische Erhebungen sichtbar, die das Überbleibsel eines gewaltigen Impaktereignisses aus der Frühzeit des Mondes sind.
Eine in der Planetengeologie ungewöhnliche Struktur ist der Tiamat Sulcus, ein fast 2.000 km langes Band gefurchten Geländes nahe dem Äquator zwischen Marius Regio und Melotte Regio, das durch eine Verwerfung unterbrochen wird. Nördlich davon hat der Sulcus 14 parallele Furchen, südlich hingegen 20, was durch Bruchtektonik unterschiedlicher Zeiträume erklärt werden kann.
Ganymeds Albedo beträgt 0,44, das heißt 44 % des einfallenden Sonnenlichts werden von der Oberfläche reflektiert. Im Vergleich zu den Monden Io und Europa ist seine Oberfläche relativ dunkel. Die Oberflächentemperatur beträgt im Durchschnitt etwa −160 °C.
Innerer Aufbau mini|Modell von Ganymeds innerem Aufbau (2014) mit mehreren Ozeanen und Eisformen (englische Beschriftung)
Die Auswertung der Daten der Raumsonde Galileo wies darauf hin, dass es sich bei Ganymed um einen differenzierten Körper mit Schalenaufbau handelt. Ein relativ kleiner Kern aus Eisen oder Eisensulfid ist von einem Mantel aus silikatischem Gestein umgeben. Darüber befindet sich ein leicht salzhaltiger Ozean, der mehr Wasser als alle Ozeane der Erde zusammen enthalten könnte. Die äußerste Schicht ist eine harte Wassereiskruste.
Nach einem neuen Modell bilden sich im unteren Bereich der Eiskruste Kristalle einer dichteren Eisform. Die enthaltenen Salze werden frei und sinken nach unten, wo sie mit Wasser einen unteren salzhaltigeren Ozeanteil bilden. Der schwimmt auf einer weiteren Schicht aus einer noch dichteren Eisform, und eine solche Schichtung von flüssigem Wasser und Eis könnte sich mehrmals wiederholen. Von der äußersten Eisoberfläche bis zum steinigen „Ozeangrund“ sind es etwa 800 km Tiefe.
Ferner zeigte die Bahnbewegung der Raumsonde Galileo kleine Anomalien im Schwerefeld, die entweder auf einen ungleichmäßigen Gesteinsmantel hinweisen oder von größeren Mengen an im Eismantel eingeschlossenem Gestein zeugen. Vielleicht werden sie auch von Gesteinstrümmern in oberflächennahen Eisschichten verursacht.
Der metallische Kern ist ein Anzeichen dafür, dass Ganymed in der Frühzeit seiner Entstehung im Innern höhere Temperaturen aufwies, als man bislang angenommen hatte. Tatsächlich scheint Ganymed ähnlich aufgebaut zu sein wie Io, nur dass er zusätzlich von Wasser und Eis umgeben ist.
Atmosphäre Erste Anzeichen der Existenz einer Atmosphäre um den Jupitermond wurden bereits im Jahr 1972 bei der Bedeckung des Sterns SAO 186800 durch Ganymed gefunden. Der Druck in der extrem dünnen Atmosphäre wurde damals mit größer als 10−6 bar angegeben. Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop ergaben 1997 Hinweise auf eine extrem dünne Atmosphäre aus Sauerstoff. Es wird angenommen, dass der Sauerstoff durch die Einwirkung der Sonnenstrahlung auf die Eiskruste entsteht, wobei das Wassereis in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird. Der flüchtigere Wasserstoff entweicht in den Weltraum, der massereichere Sauerstoff wird durch Ganymeds Gravitation festgehalten.
Magnetfeld mini|links|Modell des Magnetfeldes von Ganymed als Überlagerung des Jupiterfeldes und des eigenen Dipolfeldes während des Vorbeiflugs G1 der Raumsonde Galileo
Im Rahmen der beiden ersten Vorbeiflüge der Raumsonde Galileo am Mond Ganymed im Juni 1996 (G1) in einer Höhe von 838 km und im September 1996 (G2) in einer Höhe von nur 264 km konnte nachgewiesen werden, dass Ganymed über ein eigenes magnetisches Dipolfeld verfügt. Neben der Erde und dem Merkur ist Ganymed damit der einzige feste planetare Körper im Sonnensystem mit nennenswertem eigenen Dipolfeld, insbesondere der einzige Mond. Spekulationen über ein ebensolches Feld des Jupitermondes Io haben sich hingegen nicht bestätigt.
Das Magnetfeld kann in einer ersten Näherung als einfache Überlagerung eines Dipolfeldes mit dem Feld des Jupiters im Vakuum angenommen werden. Das Jupiterfeld kann dabei in einer Umgebung des Mondes von etwa 10 Ganymedradien als konstant angesehen werden, wobei die Stärke dieses homogenen Feldes etwa 120 nT beträgt. Die Ausrichtung des Magnetfeldes kann allerdings während des Umlaufes um Jupiter variieren. Das Modell passt zu den Daten des Vorbeiflugs G1, wenn eine äquatoriale Feldstärke des Dipolfeldes von 750 nT angenommen wird (dargestellt in nebenstehendem Bild). Die Feldstärke ist zwar viel geringer als die des Erdmagnetfeldes (äquatorial 30.000 nT), aber größer als die des Planeten Merkur (äquatorial 450 nT). Die Richtung des magnetischen Dipols weicht etwa 10° von der Rotationsachse ab und zeigt im Ganymed-zentrierten Koordinatensystem in die Richtung des 220. Längengrades (der Nullmeridian zeigt dabei wegen der gebundenen Rotation immer zum Jupiter).
Die Struktur des Magnetfeldes ist etwas verschieden von den planetaren Magnetfeldern der Erde oder der Gasplaneten. Das umgebende Magnetfeld des Jupiters ist so stark, dass es auf der Oberfläche des Ganymeds nur eine relativ kleine Zone am Äquator gibt, wo die Magnetfeldlinien vom Mond wieder auf den Mond zurücklaufen. In den relativ großen polaren Regionen verlaufen die Feldlinien hingegen zum Jupiter oder kommen dorther. Die grüne Linie im Bild „Modell des Magnetfeldes...“ – die Separatrix – trennt Gebiete, in denen die Feldlinien von Ganymed zu Ganymed, Ganymed zu Jupiter und von Jupiter zu Jupiter laufen.