木衛(wèi)四（Callisto或Jupiter Ⅳ），又名卡里斯托或卡利斯托，是最早被觀測(cè)到的木星衛(wèi)星之一，與木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三一起被稱為美第奇星或伽利略衛(wèi)星。木衛(wèi)四是環(huán)繞木星的衛(wèi)星群中第二大衛(wèi)星，也是太陽(yáng)系中的第三大衛(wèi)星，僅次于木衛(wèi)三和土衛(wèi)六。1610年1月7日，天文學(xué)家伽利略·伽利萊（Galileo Galilei）使用早期望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到環(huán)繞木星運(yùn)行的4顆衛(wèi)星，木衛(wèi)四就是其中之一。
木衛(wèi)四赤道直徑4806千米，與水星的直徑4879千米很接近，但其質(zhì)量為1.0759x1023 kg，只有水星質(zhì)量（3.3×1023kg）的三分之一不到。木衛(wèi)四的自轉(zhuǎn)受木星引力影響潮汐鎖定，因此它的一面始終面對(duì)木星方向。木衛(wèi)四是四顆伽利略衛(wèi)星中最外面的一顆，繞木星運(yùn)行的平均距離1883000千米，大約是木衛(wèi)三的1.8倍，是木衛(wèi)二的2.8倍，因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)而沒(méi)有參與其他3個(gè)伽利略衛(wèi)星的軌道共振，因此沒(méi)有明顯的潮汐加熱。與其他伽利略衛(wèi)星相比，木衛(wèi)四受木星磁層的影響較小，因?yàn)樗能壍栏h(yuǎn)，位于木星主輻射帶之外。
木衛(wèi)四是太陽(yáng)系中最古老、表面隕石坑最多的天體。伽利略號(hào)飛船拍攝的照片顯示，木衛(wèi)四上的大型地質(zhì)構(gòu)造有撞擊坑平原，較明亮的平原（包括明亮的撞擊坑、變余結(jié)構(gòu)和多環(huán)結(jié)構(gòu)的中央部分），明亮而平緩的平原（沃爾哈拉撞擊坑和阿斯加德撞擊坑的山脊和槽溝地帶）以及由多環(huán)結(jié)構(gòu)和撞擊坑組成的多類地形單元。根據(jù)紅外光譜顯示，木衛(wèi)四上存在大量水冰與水合礦物質(zhì)，在地表中存在二氧化碳、氮與硫化合物等，其中的二氧化碳可能是夾雜在冰粒子中或是輻射對(duì)地表的損害產(chǎn)生的氣泡。木衛(wèi)四被認(rèn)為是由木星形成后周圍的氣體和塵埃盤緩慢吸積形成的，由于木衛(wèi)四形成過(guò)程緩慢且缺乏潮汐熱效應(yīng)，所以內(nèi)部結(jié)構(gòu)并無(wú)完全明確的分層，其由水冰、巖石和金屬組成，它的地表深處可能存在著一個(gè)巨大的咸水海洋。
木星系統(tǒng)的空間探測(cè)起始于20世紀(jì)70年代，先驅(qū)者10號(hào)（Pioneer 10）、旅行者1號(hào)探測(cè)器（Voyager 1）、伽利略號(hào)木星探測(cè)器（伽利略·伽利萊）和卡西尼號(hào)（Cassini）等曾多次飛越木星系統(tǒng)并對(duì)木衛(wèi)四進(jìn)行探測(cè)與拍攝。根據(jù)伽利略號(hào)航天器收集的數(shù)據(jù)和科學(xué)家創(chuàng)建的模型表明，木衛(wèi)四內(nèi)部可能蘊(yùn)藏著一片海洋，咸海洋與地表以下約155英里（250公里）的巖石層相互作用，這就意味著其存在孕育生命的可能性。
發(fā)現(xiàn)與命名
發(fā)現(xiàn)
已知人類首次觀測(cè)到木星存在衛(wèi)星的記錄是在2000多年前的古代中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期。唐朝《開(kāi)元占經(jīng)》中引戰(zhàn)國(guó)時(shí)期天文學(xué)家甘德所著《歲星占》載：“歲星（木星）在子······若有小赤星附于其側(cè)，是謂同盟”，意為木星旁邊有紅色小星與其組成系統(tǒng)。
1610年1月7日，意大利天文學(xué)家伽利略·伽利萊（Galileo Galilei）用他新改進(jìn)的20倍自制望遠(yuǎn)鏡觀察木星，經(jīng)過(guò)多天的觀察，他發(fā)現(xiàn)木星附近還有4個(gè)光點(diǎn)，起初他以為這是更遙遠(yuǎn)的恒星，但是它們的移動(dòng)方向并不符合常理。直到1月15日，伽利略得出結(jié)論，認(rèn)為這4顆星是圍繞木星運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。
另外，德國(guó)天文學(xué)家西蒙·馬呂斯（Simon Marius）宣稱，他在伽利略之前發(fā)現(xiàn)了這些衛(wèi)星，并用希臘神話中的名字命名為艾奧、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和卡利斯托。最終天文學(xué)界將伽利略·伽利萊和馬呂斯共同列為木星衛(wèi)星的獨(dú)立發(fā)現(xiàn)者。
命名
1610年3月，伽利略在《星際信使》（Siderius Nuncius）一書中發(fā)表了他對(duì)木星衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)，并提議以他的贊助者柯西莫·德·美第奇二世的姓氏為它們命名，根據(jù)與木星的距離用羅馬數(shù)字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ區(qū)分。因此在17世紀(jì)的大部分時(shí)間，天文學(xué)家稱呼它們?yōu)槊赖谄嫘恰２贿^(guò)為了紀(jì)念這一重大發(fā)現(xiàn)和它的發(fā)現(xiàn)者，后世也有天文學(xué)家以“伽利略”之名稱呼這4顆衛(wèi)星。
另一位發(fā)現(xiàn)者西蒙·馬呂斯則認(rèn)為應(yīng)該用與木星（Jupiter）有關(guān)的神話人物來(lái)命名這些衛(wèi)星，同時(shí)期的德國(guó)天文學(xué)家約翰尼斯·開(kāi)普勒（Johannes Kepler）也認(rèn)同此命名方式，如艾奧（Io），木衛(wèi)二（Europa），木衛(wèi)三（Ganymede）和卡里斯托（Callisto）。其中木衛(wèi)四的名字“卡里斯托”來(lái)自希臘神話神王宙斯（Jupiter）的情人，是國(guó)王呂卡翁（Lycaon）的女兒、月神阿爾忒彌斯的侍女，被神后赫拉變成了一只熊。
直到200多年后，美國(guó)天文學(xué)家愛(ài)德華·巴納德（E.E. Barnard）發(fā)現(xiàn)第5顆木星衛(wèi)星阿馬爾塞（Amalthea）之后，天文學(xué)家才陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了木星周圍的小衛(wèi)星，為了防止命名混亂，馬呂斯和約翰尼斯·開(kāi)普勒提倡的命名方式開(kāi)始流行。
形成與演化
包括木衛(wèi)四在內(nèi)的伽利略衛(wèi)星形成于環(huán)繞木星的環(huán)形衛(wèi)星盤（氣態(tài)盤狀亞星云）的吸積作用。在太陽(yáng)系形成的早期，年輕的太陽(yáng)周圍環(huán)繞著原行星盤（太陽(yáng)星云），其主要由高密度的氣體和塵埃構(gòu)成，圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，是行星形成的搖籃——氣態(tài)巨行星木星就形成于此。在木星形成的晚期，其周圍環(huán)繞著剩余的氣體和塵埃組成的吸積盤，逐漸形成了木星最大的4顆衛(wèi)星，即伽利略衛(wèi)星。伽利略衛(wèi)星的主要構(gòu)成成分皆為水冰和巖石金屬，含有水合硅酸鹽，也表明了各個(gè)伽利略衛(wèi)星的起源形成有很大的相似性與相關(guān)性。木衛(wèi)四等4顆伽利略衛(wèi)星之間的引力作用會(huì)不斷地拉扯它們各自的軌道，阻止它們形成與木星之間的潮汐鎖定，但潮汐作用仍然會(huì)輕微地改變它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。木衛(wèi)四等4顆衛(wèi)星會(huì)受到撕扯和擠壓，因而產(chǎn)生內(nèi)熱。衛(wèi)星軌道離木星越近，產(chǎn)生的潮汐熱就越多，衛(wèi)星上的冰塊融化或者部分融化成液態(tài)海洋的可能性就越高。伽利略衛(wèi)星中木衛(wèi)四軌道距離木星最遠(yuǎn)，接收到的潮汐熱最少，且并不參與其余3顆伽利略衛(wèi)星的軌道共振。木衛(wèi)四在形成過(guò)程中很可能連內(nèi)部物質(zhì)分層分化都沒(méi)完全完成，內(nèi)部混雜著水冰、巖石和金屬。
學(xué)界提出的包括木衛(wèi)四在內(nèi)的伽利略衛(wèi)星的吸積衛(wèi)星盤模型有多種，在吸積盤模型中，衛(wèi)星形成盤直接來(lái)自進(jìn)入行星周圍區(qū)域的太陽(yáng)星云氣體。根據(jù)氣體的太陽(yáng)成分假設(shè)，最初圓盤的質(zhì)量必須等于 0.1-0.2 Mj（Mj是如今的木星的質(zhì)量）。當(dāng)太陽(yáng)星云中的成分在行星的引力影響范圍內(nèi)發(fā)生碰撞時(shí)，會(huì)形成一個(gè)圓盤。
1998年美國(guó)學(xué)者莫斯奎拉（Mosqueira Ignacio）提出的模型中，木星亞星云由一個(gè)光學(xué)厚度較大的內(nèi)部區(qū)域和一個(gè)光學(xué)薄、擴(kuò)展的外部盤組成（內(nèi)部盤是原行星吸積的氣體遺留；外盤可能是在氣態(tài)巨行星間隙打開(kāi)或氣體吸積停止期間星云氣體流入原行星的結(jié)果），木衛(wèi)四位于外部盤，開(kāi)爾文為130開(kāi)爾文（K），其形成的時(shí)間尺度為106年。木衛(wèi)四的形成時(shí)間遠(yuǎn)比與其相似的木衛(wèi)三要長(zhǎng)得多，因?yàn)槟拘l(wèi)四的形成物質(zhì)來(lái)自行星盤面延伸的低密度部分，它的吸積時(shí)間尺度是由距離約100 RJ的300-500 km小衛(wèi)星向內(nèi)漂移的時(shí)間確定的。此模型的木衛(wèi)四吸積時(shí)間與美國(guó)學(xué)者安德森等提出的內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分分化的木衛(wèi)四所需要的形成時(shí)間一致。
2002年天文學(xué)家魯?shù)婪颉た柤{普（Robin M. Canup）和瓦德（William R. Ward）提出的模型在動(dòng)力學(xué)的角度較為詳細(xì)可信。該模型中伽利略衛(wèi)星是由“最小質(zhì)量亞星云”圓盤形成的，推測(cè)在木星上氣體吸積的最后階段形成環(huán)行星吸積盤，該圓盤具有約2%木星質(zhì)量的質(zhì)量。該吸積圓盤產(chǎn)生于氣體和固體緩慢流入（如每年2×10-7木星質(zhì)量），并且圓盤溫度低到足以形成冰層，衛(wèi)星吸積時(shí)間也至少超過(guò)105年。這種“缺氣”的圓盤的氣體表面密度比最小質(zhì)量的亞星云低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。輸送到圓盤的固體在許多圓盤粘性循環(huán)中積聚，導(dǎo)致衛(wèi)星吸積的最后階段氣固比大大降低。如此條件下的吸積衛(wèi)星盤使伽利略·伽利萊大小的衛(wèi)星能夠在各種合理的條件下抵抗圓盤扭矩。
物理特性
木衛(wèi)四赤道半徑2410km，與水星相差無(wú)幾，是木星的衛(wèi)星群中第二大的衛(wèi)星，也是太陽(yáng)系第三大衛(wèi)星。其平均密度為1.83g/cm3，是木衛(wèi)三中數(shù)值最低的，意味著它比木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三的含水冰量更高。木衛(wèi)四軌道距離1.88×10?km，是伽利略衛(wèi)星中距離木星最遠(yuǎn)的，受到的木星引力產(chǎn)生的潮汐熱能也最小。它的近心點(diǎn)為1870×103km，遠(yuǎn)心點(diǎn)1896×103km。
木衛(wèi)四是一顆由水冰、巖石和金屬結(jié)合而成的冰質(zhì)行星，其冰含量占整體的超過(guò)40％。木衛(wèi)四的反照率僅有0.19，表明它的表面存在大量非冰物質(zhì)。木衛(wèi)四沒(méi)有自己的磁場(chǎng)，但可以從木星獲得磁力，木衛(wèi)四受木星引力影響出現(xiàn)潮汐鎖定現(xiàn)象，其同一面一直面對(duì)木星。木衛(wèi)四表面有一層稀薄的大氣層，其中含有二氧化碳、氧氣和氫氣成分。木衛(wèi)四大氣層中二氧化碳的垂直柱密度為8×1014?cm?2；氫氣的表面密度范圍是4×107cm?3；在木衛(wèi)四面向木星的那一面半球上，大氣層氧氣柱密度為4×1015?cm?2。木衛(wèi)四是太陽(yáng)系隕石坑痕跡最密集明顯的天體，由于木衛(wèi)四上沒(méi)有板塊運(yùn)動(dòng)、活火山等地質(zhì)活動(dòng)，這些隕石撞擊痕跡得以長(zhǎng)久保留下來(lái)。
成分
木衛(wèi)四是太陽(yáng)系著名的冰衛(wèi)星，主要成分是冰、巖石和金屬，它由52：48到58：42的水冰和巖石混合物組成。根據(jù)紅外光譜顯示，木衛(wèi)四表面存在大量水冰與水合礦物質(zhì)，在地表中存在二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）冰、氧（O2）冰和臭氧（O3）冰，其中的二氧化碳可能是夾雜在冰粒子中或是輻射對(duì)地表的損害產(chǎn)生的氣泡。木衛(wèi)四地表還發(fā)現(xiàn)有硫和碳-氮鍵復(fù)合有機(jī)化合物，這些也同樣是早期石隕石和彗星中常見(jiàn)的物質(zhì)。
木衛(wèi)四的光學(xué)表面由水冰、各種不明水合物質(zhì)/礦物以及微量二氧化碳（可能是流體或氣態(tài)包裹體）和二氧化硫組成。水合非冰物質(zhì)通常是暗色的，表現(xiàn)出弱的紫外Fe3+ 吸收和正的可見(jiàn)近紅外斜率，類似于一些含碳球粒隕石。
結(jié)構(gòu)
木衛(wèi)四的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較單一且可能沒(méi)有明確分層。根據(jù)伽利略號(hào)木星探測(cè)器飛船與木衛(wèi)四的一次相遇所獲得的無(wú)線電多普勒數(shù)據(jù)表明，木衛(wèi)四內(nèi)部很可能是未分化的。美國(guó)學(xué)者安德森（J.D. Anderson）根據(jù)木衛(wèi)四的半徑、密度和慣性矩給定約束條件建立了木衛(wèi)四內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，該模型表明卡利斯托不可能完全分化，必須存在一個(gè)混合冰和巖石金屬區(qū)域，可能延伸到衛(wèi)星的中心。如果假定一個(gè)三層結(jié)構(gòu)模型，木衛(wèi)四可以被劃分為半徑小于25%的巖石金屬（硅酸鹽為主要成分）核心、混合巖石和冰的中間層，以及厚度小于350公里的冰散逸層。
木衛(wèi)四的磁場(chǎng)干擾現(xiàn)象是由伽利略號(hào)木星探測(cè)器飛船中的磁力計(jì)發(fā)現(xiàn)的，研究人員推測(cè)木衛(wèi)四表層的巖石、冰和電離層的粒子形成了導(dǎo)電殼體，而木衛(wèi)四內(nèi)部（地表以下250公里）存在著巨大的咸水海洋。不過(guò)美國(guó)國(guó)家航天局（美國(guó)航空航天局）的新研究表明，這片海洋可能比以前認(rèn)為的更深，或者可能根本不存在。
地形
旅行者號(hào)探測(cè)器的圖像顯示，木衛(wèi)四是一個(gè)隕石坑遍布的天體，天文學(xué)家推測(cè)其大部分表面是在早期的木星系統(tǒng)積聚過(guò)程中形成的。木衛(wèi)四的地形起伏通常不超過(guò)2公里，主要由撞擊坑形成。主要地形的地圖顯示出一個(gè)相對(duì)均勻、低反照率的表面，其中點(diǎn)綴著大型多環(huán)撞擊結(jié)構(gòu)和明亮的圓形斑點(diǎn)，表明那里有明亮的撞擊坑。
木衛(wèi)四主要的地質(zhì)特征包括多環(huán)狀結(jié)構(gòu)、撞擊坑、撞擊坑鏈、峭壁、山脊與沉積地形。木衛(wèi)四表面的地質(zhì)年齡十分古老，它同時(shí)也是太陽(yáng)系中遭受過(guò)最猛烈轟擊的天體之一，其撞擊坑密度已經(jīng)接近于飽和：任何新的撞擊坑均可能覆蓋于舊的撞擊坑之上。根據(jù)伽利略號(hào)木星探測(cè)器飛船拍攝的照片顯示，木衛(wèi)四上的大型地質(zhì)構(gòu)造有撞擊坑平原，較明亮的平原（包括明亮的撞擊坑、變余結(jié)構(gòu)和多環(huán)結(jié)構(gòu)的中央部分），明亮而平緩的平原（沃爾哈拉撞擊坑和阿斯加德撞擊坑的山脊和槽溝地帶）以及由多環(huán)結(jié)構(gòu)和撞擊坑組成的多類地形單元，其中明亮的白點(diǎn)被認(rèn)為是被水冰覆蓋的隕石坑山峰。一些大隕石坑周圍有同心圓狀的山脊，顯示曾發(fā)生過(guò)巨大撞擊事件?？茖W(xué)家推斷木衛(wèi)四地表撞擊坑形成可以追溯到40億年前的太陽(yáng)系早期歷史上的“晚期重轟炸”石隕石與彗星雨?？茖W(xué)家分析，木衛(wèi)四表層缺少地質(zhì)活動(dòng)，如活火山活動(dòng)或板塊構(gòu)造移動(dòng)等，是這些隕石坑得以保存至今的主要原因。
撞擊坑
撞擊坑是宇宙中小天體以超高速度撞擊固態(tài)天體表面形成的構(gòu)造結(jié)構(gòu)，撞擊作用是天體演化最重要的驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)撞擊坑的大小形態(tài)可以分為微型撞擊坑（micro-crater）、簡(jiǎn)單撞擊坑（simple crater）、復(fù)雜撞擊坑（complex crater）和撞擊盆地（impact basin）等。
當(dāng)快速移動(dòng)的彈丸（projectiles）觸及天體時(shí)，會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)沖擊波壓縮前方的物質(zhì)，隨后，沖擊波會(huì)傳播到彈丸尾部和目標(biāo)天體表面。當(dāng)沖擊波的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目標(biāo)物質(zhì)的強(qiáng)度，會(huì)導(dǎo)致彈丸和目標(biāo)物質(zhì)破裂甚至氣化；當(dāng)快速移動(dòng)的沖擊波接近彈丸后部時(shí)，會(huì)自表面反射回稀疏波。在稀疏波和沖擊波的共同作用下，目標(biāo)表面物質(zhì)被挖出并噴射到外部，形成碗狀的瞬態(tài)撞擊坑。對(duì)于微型撞擊坑來(lái)說(shuō)，之后不會(huì)有任何變化，其內(nèi)壁非常光滑；對(duì)于簡(jiǎn)單撞擊坑來(lái)說(shuō)，瞬態(tài)撞擊坑在重力作用下是不穩(wěn)定的，撞擊坑壁的一部分會(huì)向下傾斜，在坑底形成透鏡狀堆積。簡(jiǎn)單撞擊坑一般呈碗狀，最終撞擊坑與瞬態(tài)撞擊坑的直徑比約為 1.25。1979年美國(guó)學(xué)者梅洛什（H. J.Melosh）提出如果撞擊坑直徑足夠大，撞擊過(guò)程可能導(dǎo)致碎片振動(dòng)以減少摩擦，從而使目標(biāo)物質(zhì)流化造成撞擊坑中心隆起，形成中央峰坑（central peak crater）乃至峰環(huán)撞擊坑（peak 圓環(huán) crater）。
撞擊坑鏈
撞擊坑鏈即鏈狀排列的撞擊坑。旅行者號(hào)探測(cè)器探測(cè)器飛掠木衛(wèi)三、木衛(wèi)四時(shí)曾拍攝到呈線性均勻分布的鏈坑，且這些撞擊坑鏈類似次生撞擊坑。對(duì)于這類撞擊坑鏈形成原因的推測(cè)，由科學(xué)家梅洛什（H. J.Melosh）和 申克（P.M.Schenk）提出的最佳解釋是：這是一種與前彗星肖梅克-列維9號(hào)（P/Shoemaker-Levy 9）類似的現(xiàn)象：短周期的木星家族彗星和小行星在靠近木星的地方發(fā)生潮汐（或其他）碎裂，然后碎片在軌道上逐漸分離，并在軌跡的外側(cè)與一顆伽利略衛(wèi)星相撞產(chǎn)生撞擊坑鏈。
多環(huán)結(jié)構(gòu)
天體地表的多環(huán)結(jié)構(gòu)由大型撞擊體產(chǎn)生，直徑通常超過(guò)100km，其特征包括多個(gè)同心環(huán)狀地層、中央隆起地形、向外擴(kuò)散的射線狀地形以及環(huán)狀斷層等，多環(huán)結(jié)構(gòu)撞擊坑也可稱為多環(huán)盆地（Multi-圓環(huán) basin）。
木衛(wèi)四的多環(huán)撞擊結(jié)構(gòu)的特征是一個(gè)或多個(gè)同心環(huán)狀陡崖，它們的形成可能是由于瞬時(shí)撞擊坑的塌，當(dāng)時(shí)的碰撞深度與行星巖石圈的厚度相當(dāng)：當(dāng)巖石圈較薄較弱時(shí)，塌陷是由軟流圈中誘導(dǎo)的流動(dòng)調(diào)節(jié)的。巖石圈以多重同心的模式破碎，例如瓦爾哈拉撞擊坑、阿斯加德撞擊坑等；隨著地幔的冷卻，行星巖石圈的厚度和粘度隨著時(shí)間的推移而增加，較厚的巖石圈形成一個(gè)（或極少數(shù)）不規(guī)則的正斷層，與隕石坑同心，由撞擊液態(tài)地幔引起的重力波或海嘯將導(dǎo)致同心和徑向擴(kuò)展特征。
木衛(wèi)四地表上著名多環(huán)結(jié)構(gòu)撞擊坑有瓦爾哈拉（Valhalla）、阿斯加德（Asgard）和阿德琳達(dá)（Adlinda）等，以及疑似大撞擊坑痕跡的烏特加德（Utgard）和海姆達(dá)爾（Heimdall）。瓦爾哈拉撞擊坑是木衛(wèi)四上最大的撞擊結(jié)構(gòu)，直徑達(dá)4000千米，由一個(gè)直徑約600千米的明亮內(nèi)部區(qū)域?yàn)橹行?，外環(huán)由可能是撞擊導(dǎo)致的地殼裂縫的槽組成，是太陽(yáng)系中最大的撞擊結(jié)構(gòu)之一。
懸崖與溝槽
在旅行者號(hào)探測(cè)器拍攝到的木衛(wèi)四影像中，一些學(xué)者（Wagner 和 Neukum等）發(fā)現(xiàn)了線狀構(gòu)造（Lineaments）特征，其被初步解釋為伸展性的線狀特征，類似于木衛(wèi)三的主溝槽系統(tǒng)。1985年，托馬斯（Thomas）和馬森（Masson）繪制了瓦爾哈拉撞擊坑的懸崖、溝槽和線狀地形圖，除了同心或放射狀的懸崖或溝槽外，他們還注意到西北偏西和東北地區(qū)偏西的線狀走向。關(guān)于這些構(gòu)造的研究可以為木衛(wèi)四的熱歷史以及早期全球膨脹提供重要線索。
1995年Schenk在木衛(wèi)四北極附近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)由至少10個(gè)徑向雙壁溝槽組成的異常龐大的系統(tǒng)，它們連續(xù)分布在幾百公里的范圍內(nèi)，平均寬度為2-4公里，因?yàn)樗鼈兇┻^(guò)了其路徑上的所有環(huán)形山，判斷它們形成于較晚時(shí)期的撞擊作用。
山脊或者說(shuō)圓錐狀突出物（Knobs）是木衛(wèi)四非常常見(jiàn)的地形地貌，其輪廓呈圓錐形，山頂通常呈圓形，坡腳交界處很尖銳，沒(méi)有漸變過(guò)渡，坡面陡度在17-56°之間變化，平均值為31.4°+7.9°。通過(guò)比較與木衛(wèi)三上新鮮撞擊特征相關(guān)的噴出物和撞擊熔融物與木衛(wèi)四上類似大小的退化撞擊特征，推測(cè)其來(lái)源于最初連續(xù)沉積物的演變。
退化特征
在重力作用下，撞擊坑的形態(tài)會(huì)發(fā)生緩慢的退化改變，其退化速率取決于天體的材料強(qiáng)度和溫度。對(duì)于一些冰衛(wèi)星而言，退化速率相對(duì)較大，因此其中的隕石坑在形成后會(huì)變得扁平，難以從地形上識(shí)別。
在幾公里的級(jí)別上，較之其他伽利略衛(wèi)星的表面，木衛(wèi)四的撞擊坑表面地形現(xiàn)出了更多的退化特征。例如相比較與其他衛(wèi)星，如木衛(wèi)三的暗區(qū)，木衛(wèi)四的表面即缺乏直徑小于1公里的撞擊坑，取而代之的是無(wú)處不在的小型瘤狀地形和陷坑。瘤狀地形被認(rèn)為是撞擊坑經(jīng)歷了迄今為止還不為人知的退化過(guò)程而形成的坑緣殘跡，這種退化很可能是冰體的緩慢升華造成的——當(dāng)木衛(wèi)四運(yùn)行至日下點(diǎn)時(shí)，其向陽(yáng)面溫度會(huì)達(dá)到165K以上，此時(shí)冰體即會(huì)出現(xiàn)升華現(xiàn)象：基巖引起其上的臟冰分解，從而使得其中的冰體水和其他易揮發(fā)物質(zhì)升華。而殘骸中的非冰質(zhì)殘余物則發(fā)生崩塌，從撞擊坑坑緣的坡上下落。這種崩塌經(jīng)常在撞擊坑附近和撞擊坑內(nèi)部出現(xiàn)，被稱為“周邊碎片”（debris aprons）。
此外，太陽(yáng)風(fēng)和微隕石轟擊的長(zhǎng)期交替作用會(huì)不斷改變撞擊坑的形態(tài)，直至它們最終消失。
大氣層和電離層
伽利略號(hào)木星探測(cè)器的近紅外測(cè)繪學(xué)分光儀在4.2微米段勘查到該大氣層的吸收特征，從而證實(shí)了木衛(wèi)四大氣層的存在。木衛(wèi)四表層有非常稀薄的大氣層，其主要成分為二氧化碳（CO2）、氧氣（O2），并含有氫氣（H2）等成分。根據(jù)伽利略號(hào)航天器的近紅外繪圖分光光度計(jì)的測(cè)量結(jié)果顯示，木衛(wèi)四大氣層中二氧化碳的垂直柱密度為8×1014?cm?2；哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（HST）探測(cè)到木衛(wèi)四的一些微弱的氧氣輻射，分析在木衛(wèi)四面向木星的那一面半球上，其大氣層氧氣柱密度為4×1015?cm?2；哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（HST）觀測(cè)到的升華的H2O和輻射產(chǎn)生的H2對(duì)木衛(wèi)四H日冕的參數(shù)分析，木衛(wèi)四大氣層氫氣的表面密度是4×107cm?3。
1999年科學(xué)家卡爾森（R.W. Carlson）表示伽利略號(hào)木星探測(cè)器航天器上搭載的近紅外繪圖分光儀（NIMS）在卡利斯托上觀測(cè)到了微弱的二氧化碳大氣層：從海拔約300公里到地表掃描赤道正午區(qū)域時(shí)，來(lái)自海拔約100公里處的氣輝顯示出與等溫的二氧化碳大氣相一致，其近正午溫度約為150±50K，壓力約為7.5百帕，密度約為4±2.4×108CO2/cm3。根據(jù)光電離和磁層掃描，該大氣層的壽命約為4年。這一次觀測(cè)沒(méi)有確定大氣層的范圍，但根據(jù)二氧化碳的流動(dòng)性和揮發(fā)性表明觀測(cè)到的木衛(wèi)四二氧化碳大氣層大氣是全球性的?？茖W(xué)家推測(cè)該大氣層的二氧化碳來(lái)源有多種可能性，木衛(wèi)四內(nèi)部含二氧化碳物質(zhì)的升華作用產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w、紫外線和帶電粒子的相互作用使內(nèi)生或外生的含碳表面物質(zhì)產(chǎn)生并釋放出二氧化碳等。
伽利略號(hào)木星探測(cè)器飛船上的無(wú)線電掩星探測(cè)儀表明木衛(wèi)四存在一個(gè)短暫但實(shí)質(zhì)性的電離層，其被認(rèn)為是由氧氣碰撞大氣而產(chǎn)生的，其高電子密度為7-17×10?cm?3，此數(shù)值與大氣中二氧化碳的光電離作用的效果不相符合，比觀測(cè)到的二氧化碳高2個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，有學(xué)者推測(cè)木衛(wèi)四的大氣層氧氣成分比預(yù)想的更高（含量比二氧化碳高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)）。
2015年康寧漢姆（Nathaniel J. Cunningham）利用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（HST）-宇宙起源攝譜儀探測(cè)（COS）探測(cè)到了氧（O）的排放，找到了木衛(wèi)四上以氧氣為主的大氣層的證據(jù)（在直徑為2.5弧秒的COS光圈中，OI1304?三聯(lián)體的亮度可達(dá)4.7 ± 0.7 Rayleighs，OI1356?雙聯(lián)體的亮度可達(dá)1.9 ± 0.4 Rayleighs）。在木衛(wèi)四的前半球（面向木星的半球）上，氧氣（O2）柱密度為4×1015cm-2，而根據(jù)木衛(wèi)四電離層電子的縱向變化表明，未被觀測(cè)到的后半球的氧氣密度可能要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。2017年天文學(xué)家哈特科恩（Hartkorn）建立了O2、CO2、H2O大氣的三維電離層模型，假定二氧化碳是全球均勻的，但根據(jù)影響 H2O 蒸汽壓的表面溫度以及磁層離子誘導(dǎo)的濺射和光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的O2，估計(jì)O2和H2O部分存在強(qiáng)烈的晝夜不對(duì)稱。
軌道和自轉(zhuǎn)
作為木星第二大衛(wèi)星，木衛(wèi)四繞行距離達(dá)188萬(wàn)公里，是距離木星最遠(yuǎn)的一顆，并不像內(nèi)圈的三顆木衛(wèi)三（木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三）那般處于軌道共振狀態(tài)，所以受到的潮汐熱效應(yīng)影響最小。由于公轉(zhuǎn)軌道距離木星較遠(yuǎn)，木衛(wèi)四表面受到木星磁場(chǎng)的影響也小于其他伽利略衛(wèi)星。
與大多數(shù)規(guī)則衛(wèi)星一樣，木衛(wèi)四自轉(zhuǎn)同步于其公轉(zhuǎn)周期，永遠(yuǎn)以同一個(gè)面朝向木星，自轉(zhuǎn)一周約需16.7天。它的軌道稍有偏心和傾角（接近于木星赤道），但這兩個(gè)參數(shù)會(huì)在數(shù)世紀(jì)的時(shí)間尺度內(nèi)準(zhǔn)周期波動(dòng)（以周期函數(shù)形式受太陽(yáng)和木星引力攝動(dòng)影響），分別在0.0072-0.0076和0.20-0.60°的范圍內(nèi)變化。而這種軌道變化反過(guò)來(lái)又會(huì)引起其自轉(zhuǎn)軸傾角在0.4°到1.6°之間浮動(dòng)變化。
相關(guān)探索
太空探測(cè)任務(wù)
木星系統(tǒng)的空間探測(cè)起始于20世紀(jì)70年代，主要參與者包括美國(guó)航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）等機(jī)構(gòu)。先驅(qū)者10號(hào)（Pioneer 10）、先驅(qū)者11號(hào)（Pioneer 11）、旅行者1號(hào)探測(cè)器（Voyager 1）、旅行者2號(hào)探測(cè)器（Voyager 2）、伽利略號(hào)木星探測(cè)器（伽利略·伽利萊）、卡西尼號(hào)（Cassini）和新地平線號(hào)探測(cè)器（New Horizons）等曾多次飛越木星系統(tǒng)并對(duì)木衛(wèi)四進(jìn)行探測(cè)與拍攝。
先驅(qū)者號(hào)
先驅(qū)者號(hào)（Pioneer）探測(cè)器是美國(guó)航空航天局（NASA）設(shè)計(jì)發(fā)射的星際系列探測(cè)器，截止1978年8月共發(fā)13顆，其中最重要的是先驅(qū)者10號(hào)（Pioneer 10）和先驅(qū)者11號(hào)（Pioneer 11）探測(cè)器，它們探測(cè)器配備了包括磁強(qiáng)計(jì)、紅外攝譜儀、照相機(jī)、無(wú)線電發(fā)射機(jī)等十多種探測(cè)儀器。1972年3月2日，先驅(qū)者11號(hào)在美國(guó)佛羅里達(dá)州發(fā)射升空，次年11月接近木星并開(kāi)始對(duì)木星系統(tǒng)的拍攝、觀測(cè)任務(wù)，它是第一顆成功穿過(guò)小行星帶接近木星，并對(duì)木星系統(tǒng)進(jìn)行近距離觀察的太空觀測(cè)器。1973年4月5日，先驅(qū)者11號(hào)探測(cè)器發(fā)射升空，它在次年傳回了木星及其衛(wèi)星的更詳細(xì)數(shù)據(jù)和圖片。
旅行者號(hào)
旅行者號(hào)（Voyager）探測(cè)器是美國(guó)航空航天局（NASA）研發(fā)的第二代星際探測(cè)器，本系列只有2顆，但是比先驅(qū)者號(hào)（Pioneer）系列先進(jìn)得多。1977年8月20日，旅行者2號(hào)探測(cè)器（Voyager 2）發(fā)射升空，次月5日旅行者1號(hào)探測(cè)器（Voyager 1）成功發(fā)射，皆為環(huán)狀十邊形結(jié)構(gòu)，安裝有直徑3.7米的大型增益天線，主要任務(wù)是探索木星、木星衛(wèi)星、土星、土星衛(wèi)星、土星環(huán)和地外文明。1979年3月至7月，旅行者1號(hào)和旅行者2號(hào)先后接近木星，在飛躍木星系統(tǒng)時(shí)拍攝了大量包括木衛(wèi)四在內(nèi)的木星衛(wèi)星的高分辨率照片，發(fā)現(xiàn)了木星衛(wèi)星的火山活動(dòng)、3顆新木星衛(wèi)星及光環(huán)。再之后，它們先后借用了木星的“引力彈弓”效應(yīng)飛躍了土星。
伽利略號(hào)
伽利略號(hào)（Galileo）太空探測(cè)任務(wù)開(kāi)始于1989年10月18日，該探測(cè)器是美國(guó)航空航天局（NASA）第一個(gè)繞木星運(yùn)行的探測(cè)器，它從亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)發(fā)射到地球軌道，與1995年12月進(jìn)入木星軌道后繞木星運(yùn)行34次，期間飛越木衛(wèi)四8次，完成了對(duì)木星和以伽利略衛(wèi)星為主的木星衛(wèi)星的近距離觀測(cè)和拍攝。
伽利略空間探測(cè)器得到的磁性數(shù)據(jù)顯示木衛(wèi)四雖無(wú)自己的磁場(chǎng)，但其周圍存在感應(yīng)磁場(chǎng)，并根據(jù)分析模擬提供了木衛(wèi)四地表冰殼深處具有液態(tài)鹽水層的證據(jù)；伽利略探測(cè)器驗(yàn)證了木衛(wèi)四散逸層有一層“地表外逸層”即稀薄大氣層的理論，并確定大氣的主要成分為二氧化碳，且含有一定量的氧和氫。伽利略號(hào)木星探測(cè)器的發(fā)現(xiàn)推翻了從前學(xué)界對(duì)于木衛(wèi)四荒涼死寂的認(rèn)知，木衛(wèi)四從此被加入疑似生命存在和宜居星球觀測(cè)名單。
卡西尼號(hào)（Cassini）即惠更斯號(hào)（Cassini-Huygens）是美國(guó)航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）和意大利航天局（ASI）的一個(gè)對(duì)土星系進(jìn)行空間探測(cè)的合作項(xiàng)目。該探測(cè)器發(fā)射于1997年10月15日，2000年，在前往土星途中經(jīng)過(guò)木星系統(tǒng)，并在數(shù)周內(nèi)對(duì)包括木衛(wèi)四在內(nèi)的四顆伽利略衛(wèi)星進(jìn)行了高精度紅外光譜探測(cè)。
2007年2月至3月，由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)射的新視野號(hào)（New Horizons）冥王星探測(cè)器在前往冥王星的路上途經(jīng)木星系統(tǒng)。新視野號(hào)探測(cè)器便在距離木星230萬(wàn)公里的位置對(duì)木星系統(tǒng)進(jìn)行了觀測(cè)。在這個(gè)過(guò)程中，新視野號(hào)探測(cè)器對(duì)木星系統(tǒng)前后捕獲了近700次的觀測(cè)圖像，其中對(duì)木衛(wèi)三、木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)四這4顆伽略衛(wèi)星都進(jìn)行了圖像拍攝。
殖民計(jì)劃
“人類外行星探索”（Human Outer Planet Exploration）研究項(xiàng)目是由美國(guó)航空航天局（NASA）發(fā)起主持的一項(xiàng)革命性的深空探索項(xiàng)目，簡(jiǎn)稱“HOPE”。木衛(wèi)四（Callisto）被選為HOPE研究的目的地， 任務(wù)設(shè)想是于2045年（或之后）發(fā)射一艘能夠在不到五年內(nèi)將人類運(yùn)送到木衛(wèi)四的宇宙飛船，該飛船能夠支持3名人類在木衛(wèi)四地表停留30天，并最后能將乘員安全帶回地球。
該計(jì)劃仍在前期準(zhǔn)備階段，NASA下屬的蘭利研究中心（Langley Research 內(nèi)角）詳細(xì)描寫了為支持HOPE項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備，包括確定先行科學(xué)和技術(shù)示范任務(wù)，并開(kāi)發(fā)用于運(yùn)送乘組人員和物資的飛行器概念。
宜居價(jià)值
木衛(wèi)四作為伽利略衛(wèi)星中距離木星最遠(yuǎn)的衛(wèi)星，受到的木星及其他衛(wèi)星的引力作用相對(duì)最小，因引力撕扯擠壓產(chǎn)生的潮汐熱能也最小，導(dǎo)致其內(nèi)部因缺乏熱能并未完全分化，一些科學(xué)家甚至曾經(jīng)認(rèn)為木衛(wèi)四是冰冷的巖石星球。顯而易見(jiàn)，伽利略衛(wèi)星中潮汐熱能最小的木衛(wèi)四與潮汐熱能最大導(dǎo)致火山活動(dòng)太過(guò)活躍的木衛(wèi)一類似，不在木星衛(wèi)星的宜居帶中，相對(duì)而言并不宜居。
木衛(wèi)四大氣層稀薄，大氣成分雖然含有氧氣、氫氣、二氧化碳成分，但密度較低；木衛(wèi)四位于“霜凍線”之外，晝夜平均溫度約-155℃，宜居價(jià)值不高。但木衛(wèi)四地表基本沒(méi)有板塊運(yùn)動(dòng)、火山活動(dòng)等地質(zhì)活動(dòng)，地形起伏相對(duì)不大（通常不超過(guò)2公里）；而且地表富含水冰和水合礦物質(zhì)，具備一定的有利于建設(shè)人類居住基地的條件。
人們通常認(rèn)為，有水的地方就有可能存在生命。但是科學(xué)家推測(cè)，木衛(wèi)四的內(nèi)部海洋深處充滿了密集冰塊和巖石，這阻止了熱能的流動(dòng)，所以木衛(wèi)四上存在生命的可能性十分渺茫。
相關(guān)文化
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NETFLIX ANNOUNCES NEW LIVE ACTION SERIES COWBOY BEBOP BASED ON THE JAPANESE ORIGINAL ANIMATED SERIES.NETFLIX.2024-04-26
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The Mold of Yancy.Philip K. Dick個(gè)人網(wǎng)站.2024-03-20
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