Juno svela le profondità dei venti di Giove

Attorno a Giove in 95 minuti: immagini da Juno durante un’orbita, dal Polo Nord (a sinistra) al Polo Sud (a destra). Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

Tre articoli appena pubblicati su Nature rispondono a una domanda che gli scienziati si pongono da quando Galileo osservò per la prima volta le famose bande di Giove: queste bellissime strisce colorate sono un fenomeno che interessa solo la superficie o coinvolgono uno strato significativo del pianeta stesso? Yohai Kaspi del Weizmann Institute ha condotto la ricerca presentata in uno dei tre articoli, nella quale sono state analizzate le misure effettuate dalla sonda spaziale Juno della Nasa. Tali misure hanno permesso di rivelare che le strisce – venti vorticosi che circondano il pianeta e che raggiungono velocità superiori a 400 km/h – si estendono fino a una profondità di circa 3.000 km. Questa stima è leggermente superiore a quelle precedenti e sta comportando una revisione, da parte degli scienziati, dei modelli dell’atmosfera di Giove e dei suoi strati interni.

Rappresentazione artistica di Juno. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

Juno è la missione della Nasa (ad ampia partecipazione italiana), sviluppata nell’ambito del Programma New Frontiers, che sta studiando il pianeta Giove attraverso una sonda mantenuta in orbita polare. Juno orbita attorno a Giove in 53 giorni, offrendo la possibilità di “vedere” cosa c’è al di sotto della superficie del pianeta. Tra le misure effettuate da Juno ci sono quelle del campo gravitazionale del pianeta, che vengono fatte tramite le onde radio, sfruttando l’effetto Doppler: quando la gravità del pianeta spinge la sonda nel suo fly-by, il segnale radio che riceviamo dalla sonda viene spostato leggermente in lunghezza d’onda; questo spostamento, sebbene molto piccolo, è misurabile e indicativo del campo gravitazionale di Giove. Poiché i fly-by vengono effettuati ogni volta in orbite diverse, è possibile campionare il campo gravitazionale in diverse parti del pianeta.

Kaspi, insieme a Eli Galanti, entrambi del Dipartimento di scienze della terra e scienze planetarie del Weizmann Institute, si era preparato a questo genere di analisi ancor prima che Juno venisse lanciato, quasi sette anni fa. Durante questo periodo, gli scienziati hanno messo a punto gli strumenti matematici per analizzare i dati del campo gravitazionale, che stanno permettendo ora di comprendere l’atmosfera di Giove. Le fasce vorticose che circondano il pianeta, spiega Kaspi, sono molto più forti dei venti che soffiano sulla Terra e persistono da almeno centinaia di anni. Poiché questi flussi fluiscono in bande da est a ovest o da ovest a est, perturbano la distribuzione della massa del pianeta. Misurando lo sbilanciamento gravitazionale – ossia i cambiamenti nel campo gravitazionale del pianeta – i loro strumenti analitici sono in grado di valutare quanto le tempeste si estendano in profondità, al di sotto della superficie.

Le strisce colorate di Giove sono cinture di nuvole che si estendono per migliaia di chilometri. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/SwRI/Mss/Kevin M. Gill

Gli scienziati sono andati alla ricerca di evidenze del discostarsi del pianeta da una sfera perfetta. Si aspettavano una ben definita anomalia indotta dalla rotazione del pianeta, che lo fa deviare dalla forma sferica rendendolo uno sferoide oblato, ma ulteriori anomalie nelle misure sarebbero molto probabilmente da imputare ai venti presenti nella sua atmosfera. «Poiché Giove è fondamentalmente una gigantesca palla di gas», spiega Kaspi, «ci aspettavamo che non ci sarebbero state asimmetrie nel campo gravitazionale tra nord e sud». Tuttavia, nel 2013, mentre la sonda era ancora in rotta verso Giove, Kaspi ha calcolato che, poiché esiste un’asimmetria tra i venti presenti nell’emisfero nord e quelli nell’emisfero sud, questa differenza dovrebbe produrre un segnale gravitazionale misurabile. Quando arrivarono i risultati di Juno, rilevarono grandi differenze nel campo gravitazionale tra nord e sud. «La cosa straordinaria», dice Galanti, «è che siamo stati in grado di misurare direttamente la firma di questi flussi». Basandosi sull’asimmetria nei campi gravitazionali tra nord e sud, i ricercatori hanno stabilito che le fasce vorticose di Giove – le strisce osservate da Galileo – si estendono per 3.000 km di profondità. Inoltre, Kaspi e Galanti hanno sviluppato un metodo per determinare non solo la profondità complessiva dei flussi, ma anche come tali flussi, nascosti sotto le nuvole di Giove, cambiano in funzione della profondità.

I calcoli effettuati dai ricercatori mostrano che l’atmosfera di Giove costituisce l’1 per cento della sua massa totale. Potrebbe non sembrare molto ma, in confronto, l’atmosfera della Terra è meno di un milionesimo della sua massa totale. «Questo valore è molto più di quanto ci aspettassimo e più di quanto si conosce per gli altri pianeti nel Sistema Solare», dice Kaspi. «Fondamentalmente, tale massa è pari a quella di tre Terre che si stanno muovendo a velocità di decine di metri al secondo».

Il Polo Sud di Giove, immortalato durante un sorvolo di Juno il 16 dicembre 2017. Crediti: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/David Marriott.

Il primo dei tre articoli, guidato da Luciano Iess della Università la Sapienza di Roma, presenta i risultati dell’asimmetria nel campo gravitazionale del pianeta. Il secondo presenta i risultati ottenuti da Kaspi, Galanti e dai loro colleghi sulla profondità dell’atmosfera di Giove. Usando questi risultati, il terzo articolo, guidato da Tristan Guillot dell’Osservatorio della Costa Azzurra, guarda più in profondità nell’atmosfera gioviana, suggerendo che al di sotto dello strato dei forti venti, il gas ruota pressoché come un corpo unico, quasi come fosse un solido. Questi tre articoli stanno contribuendo a costruire una nuova immagine di Giove, dagli strati nuvolosi più alti fin verso l’interno.

Per quanto riguarda il nucleo di Giove, il tema rimane ancora aperto: i ricercatori mirano ad analizzare ulteriori misure per vedere se Giove ha un nucleo solido e, in tal caso, determinarne la massa. Rispondere a questa domanda potrà aiutarci a capire come si è formato il Sistema solare e i suoi pianeti. Infine, Kaspi e Galanti, usando gli stessi metodi che hanno sviluppato per caratterizzare i flussi, stanno cercando di capire quanto sia profonda la grande macchia rossa di Giove. Sperano di capire, tra le altre cose, perché questa tempesta gigante, che è rimasta stabile per tutto il tempo in cui sono esistiti telescopi che l’hanno potuta osservare, si è ridotta negli ultimi anni.

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature l’articolo “Measurement of Jupiter’s asymmetric gravity field” di L. Iess, W. M. Folkner, D. Durante, M. Parisi, Y. Kaspi, E. Galanti, T. Guillot, W. B. Hubbard, D. J. Stevenson, J. D. Anderson, D. R. Buccino, L. Gomez Casajus, A. Milani, R. Park, P. Racioppa, D. Serra, P. Tortora, M. Zannoni, H. Cao, R. Helled, J. I. Lunine, Y. Miguel, B. Militzer, S. Wahl, J. E. P. Connerney, S. M. Levin & S. J. Bolton
  • Leggi su Nature l’articolo “Jupiter’s atmospheric jet streams extend thousands of kilometres deep” di Kaspi, E. Galanti, W. B. Hubbard, D. J. Stevenson, S. J. Bolton, L. Iess, T. Guillot, J. Bloxham, J. E. P. Connerney, H. Cao, D. Durante, W. M. Folkner, R. Helled, A. P. Ingersoll, S. M. Levin, J. I. Lunine, Y. Miguel, B. Militzer, M. Parisi e S. M. Wahl
  • Leggi su Nature l’articolo “A suppression of differential rotation in Jupiter’s deep interior” di Guillot, Y. Miguel, B. Militzer, W. B. Hubbard, Y. Kaspi, E. Galanti, H. Cao, R. Helled, S. M. Wahl, L. Iess, W. M. Folkner, D. J. Stevenson, J. I. Lunine, D. R. Reese, A. Biekman, M. Parisi, D. Durante, J. E. P. Connerney, S. M. Levin e S. J. Bolton

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Fonte: Juno svela le profondità dei venti di Giove

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