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Per la prima volta misurati venti su Giove fino a 1450 chilometri all’ora

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Immagine di Giove ripresa in luce infrarossa la notte del 17 agosto 2008 con lo strumento prototipo Multi-Conjugate Adaptive Optics Demonstrator (MAD) montato sul VLT (Very Large Telescope) dell'ESO. Questa foto in falsi colori è la combinazione di una serie di immagini scattate in un arco di tempo di circa 20 minuti, attraverso tre diversi filtri (2, 2,14 e 2,16 micron). Il fuoco, la risoluzione dell'immagine risultante è di circa 90 milli-arcsecondi su tutto il disco planetario, un vero record su immagini simili prese da terra. Ciò corrisponde a vedere dettagli di circa 300 km di larghezza sulla superficie del pianeta gigante. La grande macchia rossa non è visibile in questa immagine poichè si trovava sul lato opporto del pianeta durante le osservazioni. Le osservazioni sono state effettuate alle lunghezze d'onda dell'infrarosso dove l'assorbimento dovuto all'idrogeno e al metano è forte. Questo spiega perché i colori sono diversi da quando vediamo normalmente Giove in luce visibile. L'assorbimento implica che la luce può essere riflessa solo dalle nebulosità ad alta quota e non dalle nuvole più profonde. Queste nebbie si trovano nella parte superiore, molto stabile, della troposfera di Giove, dove la pressione è compresa tra 0,15 e 0,3 bar. La miscelazione è debole all'interno di questa regione stabile, quindi minuscole particelle di foschia possono sopravvivere per giorni o anni, a seconda delle loro dimensioni e della velocità di caduta. Inoltre, vicino ai poli del pianeta, una foschia stratosferica più alta (le regioni azzurre) viene generata dalle interazioni con le particelle intrappolate nell'intenso campo magnetico di Giove. Crediti: ESO/F. Marchis, M. Wong, E. Marchetti, P. Amico, S. Tordo

Utilizzando ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), di cui l’ESO (European Southern Observatory o Osservatorio Europeo Australe) è uno dei partner, un gruppo di astronomi ha misurato direttamente per la prima volta i venti nella zona centrale dell’atmosfera di Giove. Analizzando le conseguenze della collisione con una cometa negli anni ’90, i ricercatori hanno rivelato venti incredibilmente potenti, con velocità fino a 1450 chilometri all’ora, vicino ai poli di Giove. Potrebbero rappresentare ciò che il gruppo ha descritto come un rappresentante speciale della meteorologia nel nostro sistema solare.

I venti nella bassa atmosfera di Giove

Giove è famoso per le sue note bande rosse e bianche: nuvole vorticose di gas in movimento che gli astronomi usano tradizionalmente per tracciare i venti nella bassa atmosfera di Giove. Gli astronomi hanno anche visto, vicino ai poli di Giove, i bagliori vividi noti come aurore, che sembrano essere associati a forti venti nella parte superiore dell’atmosfera del pianeta. Finora però i ricercatori non erano stati in grado di misurare direttamente le strutture e i movimenti precisi del vento tra questi due strati atmosferici, nella stratosfera.

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La misura della velocità del vento nella stratosfera di Giove per mezzo di tecniche di rilevamento delle nuvole è impossibile a causa dell’assenza di nuvole in questo strato dell’atmosfera. Tuttavia, gli astronomi hanno avuto un aiuto alternativo per la misura dalla cometa Shoemaker–Levy 9, che si è scontrata con il gigante gassoso in modo spettacolare nel 1994. L’impatto ha prodotto nuove molecole nella stratosfera di Giove, che si sono sempre spostate, da allora, insieme con i venti.

Un’equipe di astronomi, guidata da Thibault Cavalié del Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux in Francia, ha seguito una di queste molecole – l’acido cianidrico – per misurare direttamente i “getti” stratosferici su Giove. Gli scienziati usano la parola “getti” per riferirsi a strette bande di vento nell’atmosfera, come le correnti a getto sulla Terra.

Un vortice con un diametro fino a quattro volte quello della Terra

“Il risultato più spettacolare è la presenza di potenti getti, con velocità fino a 400 metri al secondo, che si trovano sotto la zona di formazione delle aurore vicino ai poli”, afferma Cavalié. Queste velocità del vento, equivalenti a circa 1450 chilometri all’ora, sono più del doppio delle velocità massime raggiunte dalla tempesta che forma la Grande Macchia Rossa di Giove e oltre il triplo della velocità del vento misurata per i tornado più forti della Terra.

“La nostra rilevazione indica che questi getti potrebbero comportarsi come un vortice gigante con un diametro fino a quattro volte quello della Terra e un’altezza di circa 900 chilometri”, spiega il coautore Bilal Benmahi, del Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux. “Un vortice di queste dimensioni sarebbe un unicum meteorologico nel Sistema Solare”, aggiunge Cavalié.

Gli astronomi erano consapevoli dei forti venti nei pressi dei poli di Giove, ma in zone molto più in alto nell’atmosfera, centinaia di chilometri sopra l’area messa a fuoco dal nuovo studio, che è stato pubblicato oggi dalla rivista Astronomy & Astrophysics. Studi precedenti avevano previsto che questi venti sarebbero diminuiti di velocità in alta atmosfera e scomparsi ben prima di raggiungere il cuore della stratosfera. “I nuovi dati di ALMA ci dicono il contrario”, dice Cavalié, confermando che trovare questi forti venti stratosferici vicino ai poli di Giove è stata una “vera sorpresa”.

Piccoli cambiamenti nella frequenza della radiazione emessa dalle molecole

L’equipe ha utilizzato 42 delle 66 antenne ad alta precisione di ALMA, ubicate nel deserto di Atacama, nel nord del Cile, per analizzare lo spostamento delle molecole di acido cianidrico nella stratosfera di Giove a partire dall’impatto di Shoemaker–Levy 9. I dati di ALMA hanno permesso loro di misurare lo spostamento Doppler – piccoli cambiamenti nella frequenza della radiazione emessa dalle molecole – causato dai venti in questa regione del pianeta. “Misurando questo spostamento, siamo stati in grado di dedurre la velocità dei venti proprio come si potrebbe dedurre la velocità di un treno in transito dal cambiamento nella frequenza del fischio del treno”, spiega il coautore dello studio Vincent Hue, scienziato planetario presso il Southwest Research Institute negli Stati Uniti.

Oltre ai sorprendenti venti polari, l’equipe ha anche utilizzato ALMA per confermare l’esistenza di forti venti stratosferici intorno all’equatore del pianeta, misurandone per la prima volta direttamente la velocità. I getti osservati in questa parte del pianeta hanno velocità medie di circa 600 chilometri orari.

Le osservazioni di ALMA necessarie per tracciare i venti stratosferici sia ai poli che all’equatore di Giove hanno richiesto meno di 30 minuti di tempo di telescopio. “Gli alti livelli di dettaglio che abbiamo raggiunto in questo breve periodo dimostrano davvero la potenza delle osservazioni di ALMA”, commenta Thomas Greathouse, scienziato presso il Southwest Research Institute negli Stati Uniti e coautore dello studio. “Mi sembra ancora sbalorditivo vedere la prima misura diretta di questi venti.”

“Questi risultati di ALMA aprono una nuova finestra per lo studio delle regioni aurorali di Giove, cosa davvero inaspettata solo pochi mesi fa”, conclude Cavalié. “Pongono anche le basi per misure simili ma più estese che saranno effettuate dalla missione JUICE e dal suo strumento per le onde sub-millimetriche (SWI)”, aggiunge Greathouse, riferendosi alla missione JUICE, o JUpiter ICy moons Explorer, dell’Agenzia spaziale europea, che dovrebbe essere lanciata nello spazio il prossimo anno.

Anche l’ELT (Extremely Large Telescope) dell’ESO, che vedrà la prima luce alla fine di questo decennio, esplorerà Giove. Il telescopio sarà in grado di effettuare osservazioni molto dettagliate delle aurore del pianeta, dandoci ulteriori conoscenze a proposito dell’atmosfera di Giove.

 

 

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