Sistema di nuvole nell’emisfero settentrionale di Giove ripreso dalla navicella spaziale Juno.
Una nuova ricerca guidata da Lia Siegelman, un oceanografo fisico presso la Scripps Institution of Oceanography della UC San Diego, mostra che le tempeste turbolente nelle regioni polari del pianeta Giove sono alimentate da processi noti ai fisici che studiano gli oceani e l’atmosfera della Terra. Le somiglianze geofisiche che coprono i 452 milioni di miglia tra i due pianeti potrebbero persino aiutare a facilitare una migliore comprensione di quei processi sulla Terra.
Siegelman ha fatto per la prima volta la connessione tra il nostro pianeta e il gigante gassoso nel 2018 quando ha notato una sorprendente somiglianza tra le immagini degli enormi cicloni di Giove e la turbolenza oceanica che stava studiando. Per un fisico, l’aria e l’acqua sono entrambe considerate fluidi, quindi applicare la fisica oceanica a Giove non è così inverosimile come sembra, ha detto Siegelman.
“Giove è fondamentalmente un oceano di gas”.
Questa osservazione iniziale ha portato Siegelman a co-autore di uno studio del 2022 pubblicato su Nature Physics che ha analizzato le immagini a infrarossi ad alta risoluzione dei cicloni di Giove scattate dalla navicella spaziale Juno della NASA. L’analisi ha rivelato che un tipo di convezione simile a quello che si vede sulla Terra aiuta a mantenere le tempeste di Giove, che possono essere larghe migliaia di chilometri e durare per anni.
Lo studio del 2022 si è concentrato direttamente sui cicloni di Giove, ma Siegelman ha visto anche dei vaporosi viticci, noti ai ricercatori come filamenti, negli spazi tra i vortici gassosi. Siegelman ha utilizzato le immagini dettagliate di Juno per verificare se questa somiglianza con i processi oceanici e atmosferici del nostro pianeta sia solo apparente.
Pubblicato il 6 giugno su Nature Physics, lo studio di follow-up di Siegelman trova ulteriori somiglianze tra i processi che alimentano i cicloni di Giove e quelli che agiscono sulla Terra. Lo studio mostra che i filamenti tra i cicloni di Giove agiscono di concerto con la convezione per promuovere e sostenere le tempeste giganti del pianeta. In particolare, i filamenti di Giove agiscono in modi che assomigliano a quelli che gli oceanografi e i meteorologi chiamano fronti sulla Terra.
I fronti sono spesso discussi nelle previsioni meteorologiche – o fronti di tempesta, per esempio – ma si applicano sia ai gas che ai liquidi. Un fronte è il confine tra masse di gas o liquidi con densità diverse a causa di differenze di proprietà come la temperatura. Nell’oceano, i fronti possono anche essere dovuti a differenze di salinità, che influenza la densità dell’acqua di mare insieme alla temperatura. Una caratteristica chiave dei fronti è che i loro bordi di attacco presentano forti velocità verticali che possono creare venti o correnti.
Per cercare di capire il ruolo dei filamenti che poteva vedere chiaramente tra i cicloni su Giove nelle immagini di Juno, Siegelman ha osservato una serie di immagini a infrarossi di Juno. Il lotto di immagini era della regione polare nord di Giove e sono state scattate con incrementi di 30 secondi.
Il fatto che le immagini fossero in infrarossi ha permesso a Siegelman e al suo coautore Patrice Klein del Jet Propulsion Laboratory della NASA, del California Institute of Technology e dell’Ecole Normale Superieure di calcolare la temperatura: le aree luminose erano più calde e le aree scure erano più fredde. Su Giove, le parti più calde dell’atmosfera corrispondono a nuvole sottili e le parti più fredde rappresentano una spessa copertura nuvolosa, bloccando più del calore che emana dal nucleo super-riscaldato di Giove. I ricercatori hanno quindi monitorato il movimento di nuvole e filamenti attraverso gli intervalli di 30 secondi che separano le fotografie per calcolare la velocità orizzontale del vento.
Queste due informazioni hanno permesso a Siegelman e Klein di applicare metodi dalla scienza oceanica e atmosferica a Giove, permettendo loro di calcolare le velocità del vento verticale che corrisponderebbero alle temperature e alle velocità del vento orizzontali che i ricercatori hanno derivato dalle immagini. Una volta che la squadra ha calcolato le velocità verticali del vento, sono stati in grado di vedere che i filamenti di Giove si stavano effettivamente comportando come i fronti sulla Terra.
Quelle velocità verticali del vento ai bordi dei fronti su Giove significavano anche che i fronti erano coinvolti nel trasporto di energia sotto forma di calore dall’interno caldo del pianeta alla sua atmosfera superiore, alimentando i cicloni giganti. Sebbene la convezione sia il motore principale, i fronti rappresentano un quarto dell’energia cinetica totale che alimenta i cicloni di Giove e il quaranta per cento del trasporto di calore verticale.
“Questi cicloni sui poli di Giove hanno persistito da quando sono stati osservati per la prima volta nel 2016“, ha detto Siegelman. “Questi filamenti tra i grandi vortici sono relativamente piccoli, ma sono un meccanismo importante per sostenere i cicloni. È affascinante che i fronti e la convezione siano presenti e influenti sulla Terra e su Giove, suggerisce che questi processi possono essere presenti anche su altri corpi fluidi turbolenti nell’universo“.
Siegelman ha anche detto che la scala massiccia di Giove e le immagini ad alta risoluzione di Juno possono consentire una visualizzazione più chiara dei modi in cui i fenomeni su scala più piccola come i fronti si collegano a quelli più grandi come i cicloni e l’atmosfera in generale, connessioni che sono spesso difficili da osservare sulla Terra dove sono molto più piccole e più effimere. Tuttavia, ha aggiunto, un nuovo satellite tanto atteso noto ai ricercatori come SWOT, è pronto a rendere questo tipo di fenomeni oceanici molto più facili da osservare.
“C’è una certa bellezza cosmica nello scoprire che questi meccanismi fisici sulla Terra esistono su altri pianeti lontani“, ha concluso Siegelman.
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