Quan sát bốn vệ tinh lớn của Sao Mộc

Phát hiện của Galileo

Tháng 1 năm 1610, Galileo Galilei hướng kính tự chế tới Sao Mộc và thấy ba rồi bốn điểm sáng nhỏ. Vị trí của chúng đổi: lúc một bên, lúc bên kia, có lúc thiếu một điểm. Ông nhận ra chúng quay quanh Sao Mộc và công bố trong Sidereus Nuncius cùng năm.

Gần thời đó, Simon Marius cũng quan sát các vệ tinh. Các tên hiện dùng gắn với ông và gợi ý của Johannes Kepler. Phát hiện chứng minh không phải mọi vật thể đều quay quanh Trái Đất, tạo một luận cứ quan trọng cho mô hình nhật tâm.

Ngày nay Sao Mộc có nhiều vệ tinh khác được biết, nhưng bốn vệ tinh lớn này nổi bật với thiết bị nghiệp dư vì kích thước và độ sáng. Tên chung Galilei ghi nhận lịch sử quan sát bằng kính đầu tiên ấy.

Bốn nhịp quỹ đạo

• Io: khoảng 1,77 ngày một vòng, độ sáng cỡ 5,0 mag; hoạt động núi lửa đặc biệt mạnh nhờ nhiệt thủy triều.
• Europa: khoảng 3,55 ngày, cỡ 5,3 mag; có bằng chứng khoa học mạnh về đại dương lỏng dưới lớp băng.
• Ganymede: khoảng 7,15 ngày, cỡ 4,6 mag; đường kính khoảng 5.268 km, lớn hơn Sao Thủy và là vệ tinh lớn nhất Hệ Mặt Trời.
• Callisto: khoảng 16,69 ngày, cỡ 5,7 mag; ở ngoài cùng trong bốn vệ tinh này.

Io, Europa và Ganymede ở cộng hưởng gần 1:2:4: trong một vòng Ganymede, Europa đi hai và Io bốn vòng. Quan hệ cộng hưởng ràng buộc một số cách thẳng hàng, nhưng không có nghĩa ba vệ tinh không bao giờ cùng ở một phía hành tinh. Callisto không thuộc cộng hưởng đó; đường đi xa có những năm vượt trên hoặc dưới đĩa Sao Mộc thay vì bị che.

Io chạy nhanh nên một giờ có thể đủ thấy thay đổi. Các độ sáng trên là quy mô tham khảo; khoảng cách, vị trí và ánh Sao Mộc quyết định khả năng tách từng chấm.

Quan sát bằng ống nhòm và kính thiên văn

Các vệ tinh đủ sáng để gần ngưỡng mắt thường nếu đứng riêng, nhưng ánh Sao Mộc lấn át. Ống nhòm 7–10 lần đặt trên chân máy hoặc tựa chắc lên tường giúp thấy chúng. Chỉ rung tay nhẹ cũng làm mất các điểm nhỏ. Thường thấy hai đến bốn; điểm thiếu có thể nằm trước, sau hành tinh, trong bóng hoặc quá gần một vệ tinh khác.

Các quỹ đạo gần mặt phẳng xích đạo Sao Mộc và ta nhìn gần theo cạnh. Trục hành tinh chỉ nghiêng khoảng 3° so với pháp tuyến quỹ đạo, nên các chấm thường gần một đường. Kính lớn có thể phân giải đĩa vệ tinh và gợi khác biệt màu, như Io hơi vàng, Callisto tối xám hơn.

Các tháng quanh xung đối, lặp khoảng 13 tháng, thuận lợi vì Sao Mộc sáng và hiện lâu trong đêm. Nó qua kinh tuyến trên quanh nửa đêm Mặt Trời thực. Với Hà Nội và Hạ Long, hãy xem độ cao và hướng thực tế; không mặc định đỉnh đường đi ở phía nam.

Sao Mộc tự quay gần mười giờ, nhanh nhất trong các hành tinh. Khí quyển quay vi sai nên dùng System I cho vùng xích đạo và System II cho các đới khác, gồm vùng Vết Đỏ Lớn. Muốn dự đoán lúc vết nằm giữa đĩa, cần cả kinh tuyến trung tâm System II và kinh độ cập nhật của chính vết. Chỉ một số kinh tuyến không tạo thành dự báo tự động đầy đủ.

Che khuất, đi vào bóng và các lần đi qua

Che khuất xảy ra khi vệ tinh ra sau đĩa Sao Mộc. Đi vào bóng làm nó tối dù có thể còn cạnh hành tinh, do vào vùng bóng Sao Mộc. Đi qua trước đĩa đặt vệ tinh lên nền mây sáng, đôi khi khó nhận ra. Bóng đi qua tạo chấm đen nhỏ trên các dải mây, thường ấn tượng hơn qua kính nhỏ.

Khoảng mỗi sáu năm có những mùa hình học gần mặt phẳng xích đạo thuận lợi để các vệ tinh che hoặc làm tối lẫn nhau. Mỗi hiện tượng cần vị trí và thiết bị phù hợp, không phải tối nào cũng có.

Năm 1676, Ole Rømer nhận ra các lần Io vào bóng đến sớm hay muộn theo khoảng cách Trái Đất–Sao Mộc. Đó là dấu vết của vận tốc ánh sáng hữu hạn: thời gian ánh sáng đi tới Trái Đất thay đổi hơn một phần tư giờ qua năm. Nó không phải Io đột ngột đổi nhịp quỹ đạo.