Pianeta Giove: il gigante gassoso del Sistema solare

1. MISSIONE IN PARTENZA

Ma l’ampio corteo di satelliti è solo uno dei record del gigante gassoso che surclassa per massa e dimensioni tutti gli altri pianeti.

Tanto che l’Agenzia Spaziale Europea (Esa) ha previsto una nuova missione volta all’esplorazione e allo studio della sua densa e violenta atmosfera planetaria, del suo intenso campo magnetico e delle sue tre lune ghiacciate: Europa, Ganimede e Callisto.

Sotto le croste solide dei tre satelliti galileiani potrebbero infatti nascondersi profondi oceani salati, capaci di ospitare anche forme di vita primordiali, come accade sulla Terra in prossimità delle sorgenti idrotermali che si trovano nei fondali oceanici.

Stiamo parlando della sonda Juice (al momento in cui scriviamo, il suo lancio è previsto per il 13 aprile), il cui nome è l’acronimo di JUpiter ICy moons Explorer, esploratore delle lune ghiacciate di Giove.

Juice arriverà a Giove nel 2031, ma nel frattempo attorno al pianeta si trova già dal 2016 una sonda della Nasa, Juno, il cui nome è dedicato a Giunone, la divinità romana moglie di Giove.

Proprio utilizzando i dati raccolti da questa missione, un gruppo di astronomi guidato da Jack Connerney, del Nasa Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland (Usa), ha creato per la prima volta una mappa dettagliata e a copertura globale del campo magnetico del pianeta.

Questa mappa, pubblicata a dicembre 2021 sul Journal of Geophysical Research: Planets, ha rivelato che il campo magnetico di Giove è ben diverso da quello semplicemente dipolare (ovvero con due poli magnetici, uno nord e uno sud) della Terra: è molto più irregolare e asimmetrico.

In particolare, vicino all’equatore si trova una regione del campo chiamata Grande Macchia Blu (Gbs, da Great Blue Spot), una zona isolata dove il flusso magnetico è particolarmente intenso.

La sonda Juno ha anche osservato distorsioni della Gbs causate dai forti venti che soffiano nell’atmosfera gioviana e variazioni temporali nell’intensità del campo magnetico, forse dovute proprio ai venti.

2. FANTASTICHE AURORE

La comprensione del campo magnetico di Giove è fondamentale anche per capire le sue aurore, che sono tra le più spettacolari di tutto il Sistema solare.

Uno studio pubblicato su Nature nel 2017 ha rivelato che le aurore gioviane non sono solo di grande effetto, come dimostrano le ormai numerose immagini che le riprendono, ma sono anche sorprendentemente potenti.

Un gruppo di astronomi guidato da Barry Mauk, del Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (Usa), ha utilizzato i dati di Juno per misurare l’energia degli elettroni che le aurore creano, scoprendo che essi possono raggiungere energie da 10 a 30 volte superiori a quelle degli elettroni aurorali sulla Terra.

La comprensione dell’energia delle aurore di Giove potrà aiutarci a capire meglio l’ambiente magnetico complessivo del pianeta, la cui magnetosfera ingloba anche le lune più vicine, comprese quelle galileiane.

Una di queste, Ganimede, oltre a essere il satellite naturale più grande del Sistema solare, è anche l’unica ad avere un campo magnetico proprio, che sarà uno degli obiettivi di studio della missione Juice.

La più vicina a Giove, Io, è invece il corpo celeste più vulcanico del nostro sistema planetario, con oltre 400 vulcani attivi e numerosi geyser (foto sotto) che eruttano materiali vulcanici fino a 500 chilometri di altezza.

Questi materiali interagiscono con il campo magnetico di Giove, plasmandone l’aspetto e l’intensità.

Nella foto sotto, lune galileiane. Da sinistra, Ganimede, Io, Giove, Europa e Callisto. La più piccola è Io, una luna vulcanica, molto diversa dalle altre tre, ghiacciate, che saranno studiate da Juice.

Su Giove si vede anche un’aurora polare. Per arrivare fino al pianeta, Juice dovrà percorrere oltre 600 milioni di chilometri.

3. FENOMENI ATMOSFERICI ESTREMI

Date le sue dimensioni e la composizione dei suoi strati più esterni (essenzialmente idrogeno ed elio, con tracce di metano e ammoniaca), Giove è teatro anche di fenomeni atmosferici estremi, come la Grande Macchia Rossa, che con i suoi 16.000 chilometri di larghezza è la più grande tempesta anticiclonica di tutto il Sistema solare.

Osservata per la prima volta dal fisico inglese Robert Hooke nel maggio del 1664, questa estesa regione di alta pressione, per quanto variabile in dimensioni e intensità, esiste pertanto da oltre 350 anni. Lì i venti possono raggiungere velocità di oltre 430 chilometri orari.

Un articolo pubblicato su Nature Astronomy nel dicembre del 2022 descrive uno studio di oltre 40 anni della complessa dinamica atmosferica di Giove.

La ricerca, condotta da un team guidato da Glenn Orton, responsabile del Gruppo di atmosfere planetarie ed esoplanetarie del Jet Propulsion Laboratory della Nasa, è il più lungo studio mai condotto per monitorare le temperature nella troposfera superiore gioviana.

I ricercatori hanno utilizzato dati spaziali e terrestri raccolti nel corso di quattro decenni, coprendo oltre tre orbite di Giove attorno al Sole (il pianeta impiega quasi 12 anni terrestri a completare un’orbita).

Uno studio che risponde a molte domande rimaste a lungo irrisolte, ma che ne pone altre, forse ancora più difficili da affrontare.

4. VARIAZIONI E ASIMMETRIE

«Quali sono le più “grandi” domande senza risposta nella dinamica del pianeta? Tra chi studia Giove con telescopi e sonde e chi fa modelli teorici della sua atmosfera, probabilmente non ci sarebbe accordo su questo», spiega lo stesso Glenn Orton.

«Una delle mie è: qual è l’interazione tra l’atmosfera più profonda e lo “strato meteorologico” che studiamo da decenni con le osservazioni? Un’altra è: quali sono le forze che sembrano influenzare la variabilità atmosferica e di temperatura a lungo termine del pianeta? Dallo studio su 40 anni di osservazioni termiche di Giove sono emerse alcune indicazioni di dipendenza temporale non stagionale delle temperature, così come indicazioni di variabilità che mostrano asimmetrie nord-sud nelle temperature e nella dinamica delle nubi in certi periodi, che tuttavia sono difficili da spiegare; sarà quindi necessario sviluppare nuove teorie per interpretarle».

Le dinamiche dell’atmosfera di Giove sono in gran parte governate dalle sue dimensioni e dalla sua velocità di rotazione, molto più elevata rispetto a quella della Terra (il giorno gioviano dura meno di 10 ore).

Inoltre, l’atmosfera del pianeta è molto profonda. La situazione più simile da noi è quella dei moti atmosferici sugli oceani, ma la profondità dei gas in Giove è molto maggiore.

Ma in che modo una migliore comprensione delle dinamiche atmosferiche di Giove potrebbe aiutarci a capire meglio altri pianeti giganti gassosi nel nostro Sistema solare e oltre?

«Utilizzeremo questi dati», prosegue Orton, «per porre importanti vincoli sull’atmosfera di Giove e per sviluppare quindi modelli climatici globali (Gcm), che devono essere vincolati sia dalle variabilità a breve e lungo termine, sia dalle osservazioni di Juno sulla struttura dell’atmosfera più profonda.
Questi modelli in realtà sono più semplici da fare che sulla Terra, perché non ci sono le complicazioni del terreno e quelle dovute a una forte variazione stagionale, dato che l’inclinazione dell’asse di rotazione di Giove è di soli 3 gradi, rispetto agli oltre 23 della Terra.
Si tratta di un caso molto semplificato per testare modelli che possono poi essere applicati a sistemi più complessi, come Saturno, Urano e Nettuno, i cui assi di rotazione sono più inclinati di quello di Giove, e anche alla gamma molto varia di condizioni dei pianeti giganti extrasolari».

5. DA WEBB ALLE SONDE INTERPLANETARIE

Insomma, il sistema di Giove ha ancora molto da rivelare e pone domande che ci aiutano a migliorare la nostra comprensione del Sistema solare.

Dai complessi campi magnetici alle aurore polari, dalle tempeste atmosferiche alle lune ghiacciate, c’è sempre qualcosa di nuovo da scoprire su questo mini sistema planetario.

Le osservazioni da terra e dallo spazio, come quelle del James Webb Space Telescope (che ha fornito immagini spettacolari di Giove e delle sue aurore) ma soprattutto le missioni interplanetarie, hanno prodotto una serie di dati che come abbiamo visto stanno aiutando i planetologi a sciogliere alcuni dei nodi principali.

Ma gli astronomi confidano molto sulle capacità di Juno, la cui missione è stata estesa fino al 2025, e soprattutto di Juice. Occorrerà però attendere che completi i suoi 8 anni di viaggio.

GIOVE: PIANETA ESTERNO
Qui sotto, la posizione del pianeta nel Sistema solare: è il quinto in ordine di distanza dal Sole dopo Mercurio, Venere, la Terra e Marte, e prima di Saturno, Urano e Nettuno.

Da 588 a 968 MILIONI DI KM: la distanza Terra-Giove cambia a seconda delle posizioni dei due pianeti sulle rispettive orbite.

GIGANTE GASSOSO
L’atmosfera è composta per l’89% di idrogeno e il 10% di elio. Giove ha un nucleo solido ma non ha una superficie.

GRANDE MACCHIA ROSSA
È un anticiclone ampio circa 16.000 km. Al suo interno spirano venti a oltre 430 km/h. Fu scoperta nel XVII secolo.

95 LUNE
Giove è tornato da poco in testa alla classifica dei pianeti con più lune del Sistema solare. Il secondo posto è di Saturno, con 83.

-145 GRADI
La temperatura media della “superficie” di Giove, definita come lo strato dove la pressione è la stessa che sulla Terra.

9 ORE 56 MINUTI UN GIORNO SU GIOVE
Giove è il pianeta che ruota più rapidamente su se stesso. Per questo è “ovale”, schiacciato ai poli.

11,86 UN ANNO SU GIOVE
Per compiere una rivoluzione attorno al Sole, il gigante gassoso impiega quasi 12 anni terrestri, a 13,07 km/s.