La missione Juno della NASA sta riscrivendo ciò che i ricercatori planetari credevano di sapere su Giove.

Polo sud di Giove, come visto dalla navicella Juno della NASA da un’altitudine di 52.000 km. Le caratteristiche ovali sono cicloni, fino a 600 chilometri di diametro. Più immagini acquisite con lo strumento JunoCam su tre orbite separate sono state combinate per mostrare tutte le aree in luce del giorno, colore migliorato e proiezione stereografica. Fonte d’immagine: NASA / JPL-Caltech / Southwest Research Institute / MSSS / Betsy Asher Hall / Gervasio Robles.

Diversi studi, pubblicati sulla rivista ScienceJupiter’s magnetosphere and aurorae observed by the Juno spacecraft during its first polar orbits”, e su 44 paper del Geophysical Research Letters, descrivono i dettagli della missione Juno della NASA, che sta riscrivendo ciò che i ricercatori planetari credevano di sapere su Giove, il più grande e più massiccio pianeta del nostro sistema solare: gli ultimi risultati scientifici della missione ritraggono il gigante gassoso come un complesso mondo turbolento, con massicci cicloni polari, e un campo magnetico estremamente forte.

Ci sono così tante cose qui che non ci aspettavamo che abbiamo dovuto fare un passo indietro e cominciare a ripensare a questo come un intero nuovo Giove“, ha dichiarato Scott Bolton, responsabile scientifico di Juno per l’Istituto di ricerca del Southwest Research Institute di San Antonio, in un comunicato stampa.

Sonda Juno

Juno è la seconda missione del programma New Frontiers della NASA e ha come obiettivo l’osservazione di Giove.

Fonte: Focus

Lanciata il 5 agosto del 2011, Juno (che deve parte della sua dotazione al contributo della ricerca e industria italiana) ha raggiunto Giove ed è entrata in orbita attorno al pianeta il 4 luglio 2016, raccogliendo non solo spettacolari immagini di cicloni intorno ai poli di Giove, ma è riuscita anche a vedere cosa c’è sotto le nubi.

Il suo obiettivo primario è quello di capire come Giove si è formato e modificato nel corso del tempo. La sonda orbiterà intorno a Giove  37 volte (cinque delle quali sono già state completate),  numero di orbite che è stato ridotto a causa di un problema tecnico al motore che ha impedito alla sonda di immettersi in un’orbita più bassa, prima di scendere nell’atmosfera di Giove nel Febbraio 2018.

Una serie di 10 immagini mostra Giove mentre diventa progressivamente più grande, e poi più piccolo, prima e dopo il passaggio ravvicinato di Juno, il 27 agosto 2016.

La missione Juno della NASA ha cominciato a catturare queste nuove informazioni il 27 agosto dello scorso anno, durante il suo primo primo piano scientifico , noto come ‘perigiove‘.

Obiettivi Scientifici

La missione Juno ha lo scopo di analizzare le caratteristiche di Giove come rappresentante dei Pianeti Giganti. Infatti, Giove può fornirci le conoscenze necessarie per la comprensione dell’origine del sistema solare e dei sistemi planetari che si vanno scoprendo intorno ad altre stelle.
Fonte: citizen scientist Gabriel Fiset

Gli obiettivi scientifici di Juno consistono prevalentemente nel comprendere:

  • l’origine e l’evoluzione del pianeta Giove (attualmente ci sono ben tre teorie diverse sulla sua formazione);
  • determinare la struttura interna del pianeta e cercare se presenta un nucleo solido;
  • esplorare la magnetosfera polare e ricercare l’origine del campo magnetico;
  • misurare l’abbondanza dell’acqua;
  • caratterizzare i venti nella bassa atmosfera;
  • caratterizzare le abbondanze relative di ossigeno e azoto e le variazioni dovute a fenomeni atmosferici.
Questa sequenza di immagini della JunoCam mostra come rapidamente la geometria di visualizzazione cambia per la sonda spaziale JUNA di NASA mentre scatta . Una volta ogni 53 giorni Juno passa vicino a Giove. In sole due ore, la navicella spaziale va dal polo nord di Giove attraverso il suo approccio più vicino (perijove), poi passa sopra il polo sud sulla via di ritorno. Questa sequenza mostra 14 immagini a colori avanzate. La prima immagine a sinistra mostra l’intero globo semi-illuminato di Giove, con il polo nord approssimativamente al centro. Mentre l’aeromobile si avvicina a Giove, l’orizzonte si muove e la gamma di latitudini visibili si riduce. La terza e la quarta immagine in questa sequenza mostrano la regione polare del nord che si allontana dalla nostra visione, mentre una banda di nubi ondulate a nord-latitudine norde viene in vista. Con la quinta immagine della sequenza la banda di nuvole turbolenti è ben concentrata nell’immagine. La settima e l’ottava immagine sono state scattate poco prima che la navicella spaziale fosse al suo punto più vicino a Giove, vicino all’equatore di Giove. Anche se queste due foto sono state prese solo quattro minuti, la visione sta cambiando rapidamente. Mentre la nave spaziale attraversa l’emisfero meridionale, la luminosa ‘zona sud tropicale’ domina la nona, la 10 e l’11esima. Le ovali bianche di una caratteristica soprannominata “String of Pearls” di Jupiter sono visibili nelle immagini 12 e 13i. Nella quarta immagine Juno osserva i poli meridionali di Jupiter. Fonte immagine: NASA / Southwest Research Institute / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran.

Inoltre, un altro obiettivo della missione sarà quello di osservare le aurore boreali di Giove, già osservate dalla Terra, e comprenderne i meccanismi, al fine di studiarne il campo magnetico del pianeta e la sua interazione con l’atmosfera. Con la sua configurazione spinning,  Juno effettuerà una mappa completa dei campi gravitazionali e magnetici di Giove e uno studio della composizione dell’atmosfera. Per raggiungere tali obiettivi particolare attenzione è stata posta nella definizione dell’orbita, che sarà polare e subirà un moto di precessione per ottenere una migliore copertura del pianeta. (ASI-AGEZIA SPAZIALE ITALIANA)

Le stranezze di Giove

“Quello che abbiamo imparato finora è sconvolgente. O dovrei dire, Giove-sconvolgente “, ha affermato Scott Bolton.

Tempeste

Tra i risultati che mettono in discussione le vecchie ipotesi, sono quelli forniti dalle immagini catturate dalla, JunoCam.

Una splendida immagine dei vortici del gigante gassoso. Fonte: Nasa

Le immagini mostrano entrambi i poli di Giove coperti da vorticose tempeste densamente raggruppate dalle dimensioni della Terra, con cicloni che raggiungono il diametro di 1.400 chilometri. Cicloni biancastri sono stati fotografati al polo-sud e secondo alcuni ricercatori potrebbero contenere ammoniaca e idrazina (N2H4, un composto dell’azoto).

Questa immagine di Giove, scattata da Juno, evidenzia uno dei suoi vorticanti sistemi di tempeste.
“Siamo perplessi sul come potrebbero essersi formate, come possa essere stabile tale configurazione , e perché il polo nord di Giove non assomiglia al polo sud”, ha detto il dottor Bolton.
“Stiamo mettendo in discussione se questo sia un sistema dinamico, e stiamo vedendo solo una fase, quando nel corso del prossimo anno, andremo a ri-guardare tali vortici, saranno scomparsi, o si tratta di una configurazione stabile? ” aggiunge Bolton.
“Amo come appaiono i poli di Giove nelle nostre immagini, così belli e così diversi da Saturno”, commenta Candy Hansen del Planetary Science Institute. “Siamo talmente abituati a vedere le cinture e le varie regioni di Giove che non vederle del tutto, ai poli, all’inizio mi ha sorpresa molto”.

Bandeggio atmosferico

I sistemi nuvolosi di Giove sono organizzati in fasce orizzontali lungo le diverse latitudini. Si suddividono in zone, di tonalità chiara, e bande, le quali appaiono scure per via della presenza su di esse di una minore copertura nuvolosa rispetto alle zone e dal momento che le prime osservazioni di queste fasce risalgono a molti anni fa, gli astronomi si sono chiesti cosa ci sia al di sotto della facciata vorticosa del gigante per far persistere queste caratteristiche.

Immagine di Giove ripresa dalla sonda Cassini; sono indicate le principali bande, la Zona equatoriale e la Grande Macchia Rossa.

Juno Microwave Radiometer (MWR) rivela che i fenomeni atmosferici visibili sulla superficie di Giove si estendono in profondità sotto i sistemi nuvolosi superficiali, a pressioni di 100 bar, 100 volte la pressione dell’aria terrestre al livello del mare.

Animazione del movimento delle nubi di Giove, ottenuta tramite molteplici riprese della sonda Galileo. NASA
“Tuttavia, c’è un’asimmetria nord-sud. Le profondità delle bande atmosferiche sono distribuite in modo diseguale “, ha affermato Bolton.
“Abbiamo osservato all’equatore uno stretto pennacchio ricco di ammoniaca. Assomiglia ad una più ampia e profonda versione, delle correnti d’aria che si innalzano dall’equatore terrestre e generano gli alisei “.
“Era noto il “picco di ammoniaca” all’equatore, ma i dati arrivati dal rilevatore a microonde di Juno sembrano indicare che la fascia si estende fino a 300 chilometri sotto le nubi. Questo deve significare che il “motore” del tempo meteorologico di Giove si trova molto in profondità”

Campo magnetico

Prima della missione Juno, si sapeva già che Giove aveva il campo magnetico più intenso nel Sistema Solare, ma le misurazioni della magnetosfera del gigante gassoso, dalle indagini del magnetometro di Juno (MAG), indicano che il campo magnetico di Giove è ancora più forte rispetto ai modelli attesi, e ha forma irregolare.

Questa fotografia scattata da Juno evidenzia una tempesta che imperversa a Sud di uno dei bianchi cicloni ovali di Giove.
“Misure del campo gravitazionale da parte di Juno mostrano differenza significative da quelle previste, con implicazioni per la distribuzione degli elementi pesanti al suo interno, compresa l’esistenza e la massa del nucleo di Giove”, fa notare Dr Bolton.
L’intensità del campo magnetico osservato è stato 7,766 Gauss, circa 10 volte più forte del campo magnetico Terrestre, risultato significativamente più forte del previsto.

Ma la vera sorpresa è stata la variazione spaziale drammatica nel campo, che era significativamente più alta di quanto previsto in alcune località, e nettamente inferiore in altri.

I ricercatori planetari ritengono che la causa sia da attribuire  all’effetto dinamo che lo produce (La teoria descrive il processo mediante il quale un fluido conduttore elettrico in rotazione e convezione può mantenere un campo magnetico durante il tempo di scale astronomico), e dal fatto che potrebbe trovarsi a quote più elevate rispetto alle ipotesi fin qui considerate e all’interno dello strato di idrogeno metallico.

“Abbiamo caratterizzato il campo per stimare la profondità della regione “dinamo”, suggerendo che potrebbe verificarsi al di sopra dello strato di idrogeno metallico”, ha affermato Bolton.
“Juno ci sta dando una visione del campo magnetico di Giove che non abbiamo mai avuto prima”, ha detto il dottor Jack Connerney, vice ricercatore principale della missione Juno, del Goddard Space Flight Center della NASA.

Aurore

Juno è progettato anche per studiare la magnetosfera polare e l’origine delle potenti aurore di Giove. Le osservazioni iniziali di Juno indicano che il processo sembra funzionare in modo diverso da quello terrestre. Su Giove, le aurore sono formate da particelle che accumulano energia e si “distruggono” in molecole nell’atmosfera. Alberto Adriani (INAF-IAPS, responsabile dello strumento JIRAM, Jovian InfraRed Auroral Mapper a bordo di Juno) afferma che gli elementi principali che entrano in gioco nella formazione delle aurore sono il metano e una molecola composta da 3 atomi di idrogeno.

Questa immagine combina un’immagine presa con il telescopio spaziale NASA / ESA Hubble con le osservazioni nell’ultravioletto. Fonte immagine: NASA / ESA.

Il nucleo di Giove

Altre misurazioni da Juno suggeriscono che Giove ha sorprendente un’anima costituita da elementi pesanti.  Gli scienziati del team hanno analizzato e calcolato che il pianeta ha un nucleo che ammonta a circa 7-25 volte la massa della Terra e che potrebbe essere più esteso e più diffuso del previsto.

Tra il 10 e 11 luglio la sonda spaziale Juno sarà nell’orbita più vicina al pianeta a 3500 Km dallo strato di nubi più alto. In seguito si dirigerà esattamente sopra la grande macchia rossa, e passerà sopra a 9’000 Km della tempesta anticiclonica.

Dice Scott Bolton “Penso che chiunque si aspettasse che avremmo imparato molte cose da questa missione, ma dubito che qualcuno degli scienziati avrebbe creduto che ogni aspetto di Giove ci avrebbe riservato sorprese così stupefacenti. Non mi aspettavo che tutte le nostre ipotesi fossero corrette, ma sembra quasi che siano tutte sbagliate… Se le interpretazioni dei nuovi dati verranno confermate, dovremo cambiare molte delle idee che avevamo su Giove”.◊

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