La surface de Callisto est très ancienne comme en témoigne l'abondance des cratères météoritiques. Elle est essentiellement composée de glace (40 %) et de roches/fer (60 %). Les données de la sonde Galileo suggèrent que le pourcentage en roches se fait plus important au fur et à mesure que l'on se rapproche du noyau.
Des quatre lunes découvertes par Galilée, c'est à Callisto que revient l'honneur d'avoir la surface la plus ancienne. La surface de Callisto n'a subit presque aucun changement depuis sa formation si ce n'est des impacts météoritiques sporadiques.
On note que les cratères les plus grands sont entourés d'un système d'anneaux concentriques créé lors de la formation du cratère et qui s'est aplani au fil du temps par le mouvement de la glace.
En y regardant de plus près, on remarque que dans certaines régions, le nombre de petits cratères est moins important, ce qui suggère une forme d'érosion et de remodelage de la surface.
La sonde Galileo a détecté un champ magnétique autour de Callisto. Or cette lune n'est pas assez dense pour être à son crédit. La lune, composée de roche, de fer et de glace serait une bonne candidate pour être conductrice d'électricité, notamment, celle produite par le champ magnétique de Jupiter dans lequel elle baigne.
La sonde Galileo a également mis en évidence une très fine atmosphère de CO2 jusqu'à environ 100 km d'altitude. Cette découverte pose problème, car par - 120° Celsius et avec une pression atmosphérique de 100 milliards de fois inférieur à celle de la Terre, les gaz devraient s'évaporer en quelques jours. Or cette atmosphère est constante. Elle est probablement alimentée en permanence par la lente sublimation de glace de dioxyde de carbone de la croûte glacée de la lune, processus qui serait compatible avec l'hypothèse de formation des petites aspérités brillantes de la surface par sublimation.
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