Analogie tra i cicloni gioviani e i moti oceanici della Terra: questi i risultati di un articolo pubblicato oggi su Nature Physics, ottenuti grazie alle immagini dello strumento italiano JIRAM a bordi della missione JUNO della NASA. Rappresentanti INAF e ASI nel team dello studio

10 Gennaio 2022

Cosa hanno in comune i poderosi cicloni che si sviluppano nell’atmosfera sopra i poli del pianeta Giove con i vortici presenti negli oceani della Terra? Molto, secondo i risultati dello studio di un team internazionale di scienziati, tra cui alcuni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), appena pubblicato sulla rivista Nature Physics. Grazie al confronto delle immagini dei vortici polari di Giove inviate dalla sonda JUNO della NASA con quelle della circolazione marina negli oceani terrestri e applicando i principi della fluidodinamica geofisica, i ricercatori sono arrivati alla conclusione che anche i cicloni sul pianeta più grande del Sistema Solare siano prodotti e mantenuti da fenomeni di convezione, grazie ai quali grandi masse di gas caldo salgono verso l’alto per poi raffreddarsi e ridiscendere negli strati più profondi dell’atmosfera.

"Quando ho visto la ricchezza della turbolenza attorno ai cicloni gioviani con tutti i filamenti e i vortici più piccoli, mi ha ricordato la turbolenza che si può osservare intorno ai vortici oceanici della Terra - commenta Lia Siegelman, oceanografa presso l’Università della California a San Diego, prima autrice dello studio - Queste caratteristiche sono particolarmente evidenti, ad esempio, nelle immagini satellitari ad alta risoluzione delle fioriture di plancton". Siegelman ritiene che comprendere il funzionamento del sistema energetico di Giove, su una scala molto più ampia di quella terrestre, potrebbe anche aiutarci a migliorare la conoscenza dei meccanismi fisici in gioco sul nostro pianeta, evidenziando alcuni processi di trasferimento dell’energia che potrebbero avvenire anche sulla Terra.

JUNO è il primo veicolo spaziale a catturare immagini dei poli di Giove; i suoi predecessori hanno orbitato attorno alla regione equatoriale del pianeta. JUNO è dotato di due sistemi di telecamere: uno per le immagini in luce visibile, JunoCam, e un altro che cattura le immagini termiche, il Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM), quest’ultimo guidato dall'ASI e a responsabilità scientifica dell’INAF.

Il team ha analizzato una serie di immagini a infrarossi ottenute da JIRAM della regione intorno al polo nord di Giove, e in particolare l'ammasso di vortici polari che vi stazionano. Dalle immagini, i ricercatori hanno potuto calcolare la velocità e la direzione del vento monitorando il movimento delle nuvole nella sequenza delle immagini. Successivamente, il team ha interpretato le immagini a infrarossi fornendo una stima dello spessore delle nuvole. Nelle regioni più calde sono presenti nuvole sottili, dove è possibile vedere più in profondità l'atmosfera di Giove. Le regioni fredde mostrano invece una fitta copertura nuvolosa che scherma l'atmosfera di Giove.

Questi risultati hanno fornito ai ricercatori indizi sull'energia del sistema atmosferico gioviano. I ricercatori hanno scoperto che il gas atmosferico che sale rapidamente all'interno delle nuvole è la fonte di energia che innesca e sostiene i grandi cicloni circumpolari e polari.

JUNO è arrivata attorno al sistema di Giove nel 2016, fornendo per la prima volta agli scienziati una visione completa e dettagliata dei grandi cicloni polari nell’atmosfera del pianeta. Queste gigantesche strutture hanno un raggio di circa 2000 km. Otto di questi cicloni sono presenti in corrispondenza del polo nord di Giove e cinque sopra il suo polo sud, mantenendo una configurazione piuttosto stabile sin dalla loro scoperta, cinque anni fa. Il ricercatore dell’INAF Alessandro Mura, co-autore dello studio e responsabile scientifico dello strumento JIRAM, nota che "non siamo ancora sicuri di come si siano originati o da quanto tempo circolano questi vortici polari, ma ora sappiamo che il fenomeno della convezione umida è ciò che li sostiene".

"Lo studio si è basato su una serie di immagini di JIRAM di eccezionale qualità, in termini di risoluzione e copertura spaziale. Tale qualità è stata possibile grazie all’attento lavoro di pianificazione delle osservazioni da parte del team scientifico italiano – ha dichiarato Christina Plainaki, Ricercatrice nelle Scienze del Sistema Solare, ASI Project Scientist per l'esperimento JIRAM/JUNO – In questo modo, è stato possibile non solo determinare i valori tipici delle velocità dei venti all’interno vortici polari ma anche studiarne le caratteristiche specifiche delle distribuzioni spaziali. Questo ha implicazioni profonde sulla natura dei fenomeni che lì hanno luogo, legati in particolare alla convezione e alla turbolenza. Lo studio di Siegelman, anche per l’ampio ricorso a metodi propri dell’oceanografia terrestre, si distingue sicuramente nell’ambito della scienza di Giove per originalità e profondità interpretativa".

"Questo studio pone un altro tassello nell’intrigato puzzle che si cela dietro i misteriosi cicloni polari di Giove” - sottolinea Giuseppe Sindoni, Responsabile del Progetto Juno-JIRAM per ASI - I dati forniti dal nostro strumento si sono dimostrati ancora una volta fondamentali nell’interpretazione della complessa fenomenologia dell’atmosfera gioviana".

La missione JUNO continuerà a orbitare attorno a Giove fino al 2025, fornendoci nuove immagini del pianeta e del suo vasto sistema lunare e aiutando gli scienziati a studiarlo in modo ancora più accurato.

Lo studio è stato pubblicato oggi sul sito web della rivista Nature Physics nell’articolo "Moist convection drives an upscale energy transfer at Jovian high latitudes" di Lia Siegelman, Patrice Klein, Andrew P. Ingersoll, Shawn P. Ewald, William R. Young, Annalisa Bracco, Alessandro Mura, Alberto Adriani, Davide Grassi, Christina Plainaki e Giuseppe Sindoni.

In alto: un dettaglio della zona in prossimità del polo nord di Giove ripresa nell'infrarosso dallo strumento JIRAM a bordo della sonda Juno della Nasa. Attorno a quello centrale, sono disposti altri otto cicloni. Crediti: NASA/JPL-Calthech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

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