vignette|Les quatre lunes galiléennes de Jupiter dans un montage permettant de comparer leur taille à celle de la planète. De haut en bas : Io, Europe, Ganymède et Callisto..|alt=À gauche, on observe une partie de Jupiter et de sa Grande Tache rouge. Les lunes sont juxtaposées à sa droite. Les satellites galiléens, ou lunes galiléennes, sont les quatre plus grands satellites naturels de Jupiter. Par ordre d'éloignement à la planète, il s'agit de Io, Europe, Ganymède et CallistoOn peut se souvenir de cet ordre avec la phrase suivante : Il Est Gros Comme Jupiter.. Ils sont observés pour la première fois par Galilée en grâce à l'amélioration de sa lunette astronomique et leur découverte est publiée dans en . Ils sont alors les premiers satellites naturels découverts en orbite autour d'une autre planète que la Terre, ceci remettant grandement en cause le modèle géocentrique défendu par de nombreux astronomes de l'époque et prouvant l'existence d'objets célestes invisibles à l'œil nu.
Ces satellites sont parmi les plus grands objets du Système solaire à l'exception du Soleil et des huit planètes, tous étant plus grands que les planètes naines. En particulier, Ganymède est la lune la plus grande et la plus massive du Système solaire, dépassant en taille la planète Mercure. Ce sont également les seules lunes de Jupiter suffisamment massives pour être sphériques. Par ailleurs, les trois lunes intérieures, Io, Europe et Ganymède, sont le seul exemple connu de résonance de Laplace dans le Système solaire : les trois corps sont en résonance orbitale 4:2:1.
Si Galilée les nomme initialement () en l'honneur de la maison de Médicis , les noms qui entrent dans la postérité sont ceux choisis par Simon Marius d'après une suggestion de Johannes Kepler. Ces dénominations correspondent à des personnages de la mythologie grecque, maîtresses et amants de Zeus (Jupiter dans la mythologie romaine), à savoir Io, une prêtresse d'Héra et fille d'Inachos ; Europe, fille d'Agénor ; Ganymède, échanson des dieux ; et Callisto, une nymphe d'Artémis.
Représentant la quasi-totalité (99,997 %) de la masse en orbite autour de Jupiter, elles restent les seules lunes connues de la planète pendant près de trois siècles, jusqu'à la découverte en 1892 de la cinquième plus grande, Amalthée, dont la taille est bien plus faible () et la masse aussi (environ de milliards de tonnes, moins qu’Europe, le plus petit des satellites galiléens).
Description des lunes Io
vignette|Io par Galileo en 1999..|alt=Cadrage sur la lune Io. Sa surface est jaune vers l'équateur et plus brune vers les pôles. Des taches rouges et des points noirs parsèment la surface.
Io est la lune galiléenne ayant l'orbite la plus proche de Jupiter, possédant un demi-grand axe de et une période de révolution d'environ . Par ailleurs, elle est la quatrième plus grande lune du Système solaire, par son diamètre moyen de , la plus dense d'entre elles et l'objet astronomique connu contenant la plus faible quantité d'eau....
Avec plus de actifs, Io est aussi l'objet le plus géologiquement actif du Système solaire... Cette activité géologique extrême est le résultat d'un réchauffement par effet de marée dû au frottement engendré à l'intérieur de la lune par ses interactions gravitationnelles avec Jupiter, conséquence de son orbite maintenue légèrement excentrique par sa résonance orbitale avec Europe et Ganymède.. Ces volcans produisent des panaches de soufre et de dioxyde de soufre qui s'élèvent à plusieurs centaines de kilomètres au-dessus de la surface puis recouvrent les vastes plaines de la lune d'une couche givrée de matériaux, la peignent dans diverses nuances de couleurs. Les matériaux produits par ce volcanisme constituent d'une part l'atmosphère mince et inégale de Io, et produisent d'autre part un grand tore de plasma autour de Jupiter du fait de leur interaction avec la magnétosphère de la planète....
Cette surface est également parsemée de plus de qui sont soulevées par des phénomènes tectoniques à la base de la croûte de silicate. Certains de ces sommets sont plus hauts que le mont Everest, malgré le fait que le rayon de Io soit plus petit que celui de la Terre et environ égal à celui de la Lune. Contrairement à la plupart des lunes du Système solaire externe, qui sont notamment composées de glace d'eau, Io est composée de roche de silicate entourant un noyau de fer fondu ou de pyrite...
Europe
thumb|Europe par Galileo en 1996..|alt=Cadrage sur Europe, la lune a une surface grise et brunâtre. Des lignes la parsèment, ainsi qu'un cratère entouré d'éjectas blancs. Europe est la seconde lune galiléenne par la distance avec Jupiter, possédant un demi-grand axe de , et la plus petite des quatre avec un diamètre de , ce qui fait d'elle la sixième plus grande lune du Système solaire, après la Lune..
Elle est principalement constituée de roche silicatée et d'une croûte de glace d'eau, ainsi que probablement d'un noyau de fer et de nickel. Elle possède une très mince atmosphère, composée principalement d'oxygène... Sa surface présente notamment des stries glaciaires et des fissures appelées lineae mais peu de cratères d'impact, faisant qu'elle est comparée aux régions polaires terrestres..
Elle possède la surface la plus lisse de tous les objets célestes connus du Système solaire... Cette surface jeune et sans relief associée à la présence d'un champ magnétique induit conduit à l'hypothèse que, malgré une température de surface maximale de , elle posséderait un océan d'eau souterrain, d'une profondeur de l'ordre de , milieu favorable à une éventuelle vie extraterrestre. Le modèle prédominant suggère que le réchauffement par effet de marée dû à son orbite légèrement excentrique permet à l'océan de rester liquide et entraînerait un mouvement de glace similaire à la tectonique des plaques, la première activité de ce type constatée sur un autre objet que la Terre.. Du sel observé sur certaines caractéristiques géologiques suggère que l'océan interagit avec la croûte, fournissant également une source d'indices pour déterminer si Europe pourrait être habitable..
En outre, le télescope spatial Hubble détecte régulièrement l'émission de panaches de vapeur d'eau similaires à ceux observés sur Encelade, une lune de Saturne, qui seraient causés par des geysers en éruption...
Ganymède
alt=Cadrage sur Ganymède. Sa surface est grise foncée, avec une grande tache noire au nord et une grande tache blanche vers le sud.|vignette|Ganymède par Juno en 2021. Ganymède, la troisième lune galiléenne par la distance avec Jupiter avec un demi-grand axe de , est le plus grand et le plus massif satellite naturel du Système solaire, avec respectivement un diamètre moyen de et une masse de ..
C'est un corps totalement différencié, avec un noyau riche en fer et une croûte de glace flottant sur un manteau de glace plus chaud. La glace de surface serait située sur un océan subglaciaire salé situé à de profondeur et qui pourrait contenir plus d'eau que tous les océans de la Terre réunis... Deux grands types de terrains couvrent sa surface : environ un tiers de régions sombres, criblées de cratères d'impact et âgées de quatre milliards d'années ; et, pour les deux tiers restants, des régions plus claires, un peu plus jeunes et présentant de larges rainures. La cause de cette perturbation géologique n'est pas bien connue, mais est probablement le résultat d'une activité tectonique provoquée par un réchauffement par effet de marée et d'une modification du volume de la lune au cours de son histoire. La lune possède de nombreux cratères d'impact mais beaucoup ont disparu ou sont à peine visibles car recouverts par la glace se formant au-dessus, alors appelés palimpseste..
C'est le seul satellite du Système solaire connu pour posséder une magnétosphère, probablement créée par effet dynamo avec une convection à l'intérieur du cœur ferreux liquide.. Sa faible magnétosphère est comprise à l'intérieur du champ magnétique beaucoup plus important de Jupiter et connectée à lui par des lignes de champ ouvertes. Le satellite possède une fine atmosphère contenant notamment du dioxygène ()...
Callisto
thumb|Callisto par Galileo en 1997.|alt=Cadrage sur Callisto. Elle a une surface noire très sombre, avec des taches très brillantes la parsemant. Callisto est la lune galiléenne la plus éloignée de Jupiter avec un demi-grand axe de ainsi que la deuxième par la taille avec un rayon moyen de .. Parmi les lunes galiléennes, elle est la moins dense de toutes et la seule à ne pas être en résonance orbitale. Elle est composée approximativement de roche et de glace à parts égales et, en raison de l'absence d'échauffement dû aux forces de marée, ne serait que partiellement différenciée.. Callisto pourrait posséder un océan d'eau liquide à plus de sous la surface. Ce dernier serait susceptible d'accueillir la vie extraterrestre, bien que cela soit considéré comme moins probable que pour Europe...
La surface de Callisto est très cratérisée , extrêmement vieille et ne montre pas de trace d'activité tectonique, présentant notamment un bassin de de large nommé Valhalla datant probablement de la formation de la croûte du satellite. De plus, elle est moins affectée par la magnétosphère de Jupiter que les autres satellites internes car elle est plus éloignée de la planète, impliquant qu'elle ait été considérée comme le corps le plus adapté à l'installation d'une base humaine pour l'exploration du système jovien.. La lune est entourée par une atmosphère très ténue composée notamment de dioxyde de carbone et probablement d'oxygène moléculaire, ainsi que par une ionosphère...
Tableau de synthèse Ce tableau est formé à partir des données fournies par la NASA dans son Jovian Satellite Fact Sheet. La taille des images est à l'échelle respective des lunes.
+Io Jupiter IEurope Jupiter IIGanymède Jupiter IIICallisto Jupiter IVPhotographie (par Galileo)121x121px104px171x171px160x160pxModèle de l'intérieur121px104px175px160pxRayon moyen(km)Masse(kg)Densité(g/cm3)Demi-grand axe(km)Période orbitale(jours terrestres)Période orbitale(relativement à Io)Inclinaison de l'axe(degrés)Excentricité orbitale
Comparaisons Structures
Les aperçus rapportés par les sondes ont révélé la diversité inattendue des satellites de Jupiter et Saturne. Au début des années 2000, bien que le rôle de certains paramètres fait consensus, cette alimente plusieurs théories. Plus encore que leurs caractéristiques géologiques individuelles, l'explication de la composition très différente de chaque lune reste un sujet de recherche dynamique..
+ Radiations joviennes Lune rem/jour. Io 3600 Europe 540Ganymède 8 Callisto 0.01
L'observation des fluctuations des orbites des satellites galiléens indique que leur densité moyenne diminue avec la distance de Jupiter. Callisto, la plus extérieure et la moins dense des quatre lunes, a ainsi une densité intermédiaire entre la glace et la roche alors que Io, la lune la plus intérieure et la plus dense, a une densité intermédiaire entre la roche et le fer. Aussi, Callisto montre une surface de glace très ancienne, fortement cratérisée et non altérée. Sa densité est également répartie, ce qui suggère qu'elle n'a pas de noyau rocheux ou métallique mais qu'elle est constituée d'un mélange homogène de roche et de glace. Cela pourrait être la structure originale de toutes les lunes.