Simulazioni numeriche dell’origine della Grande Macchia Rossa da una fusione di Super-storm e Vortices. Mappe di potenziale vorticità PV nei modelli Lowlow Water (SW) e EPIC.
Il personale di ricerca dell’Università dei Paesi Baschi (UPV/EHU), dell’Universitat Politècnica de Catalunya-BarcelonaTech (UPC) e del Barcelona Supercomputing Center (CNS-BSC) hanno analizzato le osservazioni storiche dal XVII secolo e hanno sviluppato modelli numerici per spiegare la longevità e la natura della Grande Macchia Rossa di Giove.
Come icona popolare tra gli oggetti del sistema solare, la Grande Macchia Rossa di Giove (GRS) è probabilmente la struttura atmosferica più conosciuta. Le sue grandi dimensioni (in questo momento, il suo diametro è quello della Terra) e il contrasto del suo colore rossastro con le nuvole pallide del pianeta lo rendono un oggetto che può essere facilmente visto anche con piccoli telescopi.
La Grande Macchia Rossa di Giove è un enorme vortice anticiclonico con venti che viaggiano a 450 km/h intorno alla sua periferia. È il vortice più grande e longevo tra tutti quelli esistenti nelle atmosfere dei pianeti del sistema solare, ma la sua età è oggetto di dibattito e il meccanismo che ha portato alla sua formazione rimane oscuro.
La speculazione sull’origine del GRS risale alle prime osservazioni telescopiche fatte dall’astronomo Giovanni Domenico Cassini, che nel 1665 scoprì un ovale scuro alla stessa latitudine del GRS e lo chiamò “Peto permanente” (PS), poiché fu osservato da lui e da altri astronomi fino al 1713.
Gli astronomi successivamente ne persero traccia per 118 anni e fu solo nel 1831 e negli anni successivi che S. Schwabe osservò di nuovo una struttura chiara, approssimativamente di forma ovale e alla stessa latitudine del GRS; che può essere considerata come la prima osservazione dell’attuale GRS, forse di un GRS nascente.
Da allora, il GRS è stato osservato regolarmente per mezzo di telescopi e dalle varie missioni spaziali che hanno visitato il pianeta fino ai giorni nostri.
Nello studio, gli autori hanno analizzato per la prima volta l’evoluzione delle sue dimensioni nel tempo, la sua struttura e i movimenti di entrambe le formazioni meteorologiche, l’ex PS e il GRS; per fare questo, hanno utilizzato fonti storiche risalenti alla metà del XVII secolo, poco dopo l’invenzione del telescopio.
“Dalle misurazioni delle dimensioni e dei movimenti abbiamo dedotto che è altamente improbabile che l’attuale GRS fosse il PS osservato da G. D. Cassini. Il PS probabilmente è scomparso tra la metà del XVIII e il XIX secolo, nel qual caso, possiamo dire che la longevità della Macchia Rossa ora supera almeno i 190 anni”, ha spiegato Agustín Sánchez-Lavega, professore di fisica all’UPV/EHU e che ha guidato questa ricerca.
La Macchia Rossa, che nel 1879 misurava 39.000 km sul suo asse più lungo, si è ridotta a circa gli attuali 14.000 km e contemporaneamente è diventata più arrotondata.
Inoltre, dagli anni ’70, diverse missioni spaziali hanno studiato da vicino questo fenomeno meteorologico.
Da sinistra a destra: Enrique García-Melendo (UPC) Agustín Sánchez Lavega e Jon Legarreta (UPV/EHU).
Recentemente, “vari strumenti a bordo della missione Juno in orbita intorno a Giove hanno dimostrato che il GRS è poco profondo e sottile rispetto alla sua dimensione orizzontale, poiché verticalmente è lungo circa 500 km“, ha spiegato Sánchez-Lavega.
Per scoprire come si sarebbe potuto formare questo immenso vortice, i team UPV/EHU e UPC hanno effettuato simulazioni numeriche su supercomputer spagnoli, come MareNostrum IV della BSC, parte della rete di supercalcolo spagnola (RES), utilizzando due tipi di modelli complementari del comportamento dei vortici sottili nell’atmosfera di Giove.
Predominanti sul pianeta gigante sono intense correnti di vento che scorrono lungo i paralleli alternandosi nella loro direzione con la latitudine.
A nord del GRS, i venti soffiano in direzione ovest a velocità di 180 km/h mentre a sud soffiano nella direzione opposta, in direzione est, a velocità di 150 km/h. Questo genera un enorme taglio nord-sud nella velocità del vento, che è l’ingrediente di base che consente al vortice di crescere al suo interno.
Nella ricerca, sono stati esplorati una serie di meccanismi per spiegare la genesi del GRS, tra cui l’eruzione di una gigantesca supertempesta, simile a quelle raramente osservate sul pianeta gemello Saturno, o la fusione di più vortici più piccoli prodotti dal taglio del vento.
I risultati indicano che, sebbene si formi un anticiclone in entrambi i casi, differisce in termini di forma e proprietà dinamiche da quelli dell’attuale GRS.
“Pensiamo anche che se si fosse verificato uno di questi fenomeni insoliti, esso o le sue conseguenze nell’atmosfera devono essere stati osservati e riportati dagli astronomi in quel momento”, ha detto Sánchez-Lavega.
In una terza serie di esperimenti numerici, il team di ricerca ha esplorato la generazione del GRS da una nota instabilità nei venti che si pensa sia in grado di produrre una cellula allungata che li racchiude e li intrappola. Tale cellula sarebbe un proto-GRS, una macchia rossa nascente, il cui successivo restringimento darebbe origine al GRS compatto e rapidamente rotante osservato alla fine del XIX secolo. La formazione di grandi cellule allungate è già stata osservata nella genesi di altri grandi vortici su Giove.
“Nelle nostre simulazioni, i supercomputer ci hanno permesso di scoprire che le cellule allungate sono stabili quando ruotano intorno alla periferia del GRS alla velocità dei venti di Giove, come ci si aspetterebbe quando si formano a causa di questa instabilità“, ha detto Enrique García-Melendo, ricercatore del Dipartimento di Fisica dell’UPC.
Utilizzando due diversi tipi di modelli numerici, uno all’UPV/EHU e l’altro all’UPC, i ricercatori hanno concluso che se la velocità di rotazione del proto-GRS è inferiore a quella dei venti circostanti, il proto-GRS si romperà, rendendo impossibile la formazione di un vortice stabile. E, se è molto alto, le proprietà del proto-GRS differiscono da quelle dell’attuale GRS.
La ricerca futura mirerà a cercare di riprodurre il restringimento del GRS nel tempo al fine di scoprire, in modo più dettagliato, i meccanismi fisici alla base della sua sostenibilità nel tempo.
Allo stesso tempo, cercherà di prevedere se il GRS si disintegrerà e scomparirà quando raggiungerà un limite di dimensioni, come potrebbe essere successo al PS di Cassini, o se si stabilizzerà a un limite di dimensioni in cui potrebbe durare per molti altri anni.
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