I fulmini d’alta quota e i “mushballs” rivelano l’ammoniaca agli scienziati della sonda Juno della NASA


Questa illustrazione utilizza i dati ottenuti dalla missione Juno della NASA per rappresentare le tempeste elettriche ad alta quota su Giove. La sensibile telecamera dell’unità di riferimento stellare di Juno ha rilevato lampi insoliti sul lato oscuro di Giove durante i voli ravvicinati della navicella spaziale sul pianeta.

I nuovi risultati della missione Juno1 della NASA su Giove suggeriscono che il più grande pianeta del nostro sistema solare ospita quello che viene chiamato “fulmine superficiale”. Una forma inaspettata di scarica elettrica, i fulmini poco profondi hanno origine da nubi contenenti una soluzione di ammoniaca e acqua, mentre i fulmini sulla Terra hanno origine dalle nubi d’acqua.

Altre nuove scoperte suggeriscono che i violenti temporali per i quali è noto il gigante gassoso possono formare grandine ricca di ammoniaca che il team scientifico di Juno chiama “mushballs”; essi teorizzano che le mushballs essenzialmente rapiscono l’ammoniaca e l’acqua nell’alta atmosfera e le trasportano nelle profondità dell’atmosfera di Giove.

I risultati della scoperta saranno pubblicati oggi sulla rivista Nature, mentre la ricerca sui mushballs è attualmente disponibile online su Journal of Geophysical Research: Planets.

Da quando la missione Voyager della NASA ha visto per la prima volta i lampi di Giove nel 1979, si pensa che i fulmini del pianeta siano simili a quelli della Terra, che si verificano solo nei temporali in cui l’acqua esiste in tutte le sue fasi – ghiaccio, liquido e gas.

Su Giove questo collocherebbe le tempeste a circa 45 – 65 chilometri sotto le nuvole visibili, con temperature che si aggirano intorno agli 0 gradi Celsius, la temperatura alla quale l’acqua si congela. La Voyager, e tutte le altre missioni al gigante gassoso prima di Juno, hanno visto i fulmini come punti luminosi sulle cime delle nubi di Giove, suggerendo che i lampi hanno avuto origine da nubi d’acqua profonde. Ma i lampi osservati sul lato oscuro di Giove dall’unità di riferimento stellare di Juno raccontano una storia diversa.

“I voli ravvicinati di Juno sulle cime delle nubi ci hanno permesso di vedere qualcosa di sorprendente – lampi più piccoli e poco profondi – che hanno avuto origine ad altitudini molto più alte nell’atmosfera di Giove di quanto si pensasse possibile in precedenza”, ha detto Heidi Becker, responsabile dell’indagine sul monitoraggio delle radiazioni di Giunone presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California e autrice del documento su Nature.

Becker e il suo team suggeriscono che i potenti temporali di Giove lanciano cristalli di ghiaccio d’acqua in alto nell’atmosfera del pianeta, oltre 25 chilometri sopra le nuvole d’acqua di Giove, dove incontrano il vapore atmosferico di ammoniaca che scioglie il ghiaccio, formando una nuova soluzione di ammoniaca e acqua.

A tale altitudine elevata, le temperature sono inferiori a meno 88 gradi Celsius – troppo fredde perché possa esistere acqua liquida pura.

“A queste altitudini, l’ammoniaca agisce come un antigelo, abbassando il punto di fusione del ghiaccio d’acqua e permettendo la formazione di una nuvola con l’ammoniaca-acqua liquida”, ha detto Becker. “In questo nuovo stato, le goccioline di ammoniaca-acqua liquida che cadono possono collidere con i cristalli di ghiaccio d’acqua in salita ed elettrificare le nuvole. Questa è stata una grande sorpresa, perché le nubi di ammoniaca-acqua non esistono sulla Terra”.

Al centro di questa immagine JunoCam, piccole e luminose nuvole “pop-up” sono viste sorgere sopra le caratteristiche circostanti. Nuvole come queste si pensa siano le cime di violenti temporali responsabili dei fulmini poco profondi.

I fattori di fulminazione superficiale in un altro puzzle sul funzionamento interno dell’atmosfera di Giove: Lo strumento radiometro a microonde di Juno ha scoperto che l’ammoniaca era esaurita – cioè mancante – dalla maggior parte dell’atmosfera di Giove. Ancora più sconcertante era il fatto che la quantità di ammoniaca cambia man mano che ci si muove all’interno dell’atmosfera di Giove.

“In precedenza, gli scienziati si erano resi conto che c’erano piccole sacche di ammoniaca mancanti, ma nessuno si era reso conto di quanto fossero profonde queste sacche o che coprissero la maggior parte di Giove”, ha detto Scott Bolton, il principale investigatore di Juno presso il Southwest Research Institute di San Antonio. “Stavamo lottando per spiegare l’esaurimento dell’ammoniaca con la sola pioggia di ammoniaca-acqua, ma la pioggia non riusciva ad andare abbastanza in profondità da corrispondere alle osservazioni. Mi sono reso conto che un solido, come una grandine, potrebbe andare più in profondità e assorbire più ammoniaca. Quando Heidi ha scoperto un fulmine poco profondo, ci siamo resi conto di avere le prove che l’ammoniaca si mescola con l’acqua alta nell’atmosfera, e quindi il fulmine era un pezzo chiave del puzzle”.

Mushballs Gioviani

Un secondo articolo, pubblicato ieri sul Journal of Geophysical Research: Planet, prevede la strana infusione di 2/3 di acqua e 1/3 di gas di ammoniaca che diventa il seme dei chicchi di grandine gioviani, noti come “mushballs”. Composto da strati di fanghiglia di acqua e ammoniaca e ghiaccio coperti da una crosta di ghiaccio e acqua più spessa, i mushballs si generano in modo simile alla grandine sulla Terra – ingrandendosi man mano che si muovono su e giù attraverso l’atmosfera.

“Alla fine, i mushballs diventano così grandi che nemmeno le correnti ascensionali riescono a trattenerle, e cadono più in profondità nell’atmosfera, incontrando temperature ancora più calde, dove alla fine evaporano completamente”, ha detto Tristan Guillot, un co-investigatore di Juno dell’Université Côte d’Azur di Nizza, Francia, e autore principale del secondo articolo.

“La loro azione trascina l’ammoniaca e l’acqua fino ai livelli più profondi dell’atmosfera del pianeta. Questo spiega perché non ne vediamo molta in questi luoghi con il radiometro a microonde di Juno”.

Questo grafico raffigura il processo evolutivo di “fulmini poco profondi” e “mushballs” su Giove.

“Combinare questi due risultati è stato fondamentale per risolvere il mistero dell’ammoniaca mancante di Giove”, ha detto Bolton. “Come si è scoperto, l’ammoniaca non è in realtà mancante; è solo trasportata giù mentre è travestita, essendosi occultata mescolandosi con l’acqua. La soluzione è molto semplice ed elegante con questa teoria: Quando l’acqua e l’ammoniaca sono allo stato liquido, sono invisibili per noi fino a quando non raggiungono una profondità dove evaporano – e questo è abbastanza profondo”.

La comprensione della meteorologia di Giove ci permette di sviluppare teorie della dinamica atmosferica per tutti i pianeti del nostro sistema solare e per gli esopianeti che vengono scoperti al di fuori del nostro sistema solare. Confrontando il funzionamento delle tempeste violente e della fisica atmosferica in tutto il sistema solare, gli scienziati planetari possono testare le teorie in diverse condizioni.

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Questa animazione porta il pilota in un viaggio simulato in una delle esotiche tempeste elettriche d’alta quota di Giove. Navigando attraverso i violenti e torreggianti temporali di Giove, schiviamo gli spruzzi di pioggia di ammoniaca e i lampi poco profondi. A queste altitudini, troppo fredde perché esista acqua liquida pura, il gas di ammoniaca agisce come un antigelo: Scioglie i cristalli di ghiaccio d’acqua lanciati a queste altezze dalle potenti tempeste di Giove, creando inaspettate nuvole di ammoniaca-acqua che possono elettrificare il cielo.

Fonte

  1. L’esploratore di Giove ad energia solare lanciato nove anni fa, il 5 agosto 2011. E il mese scorso ha segnato il quarto anniversario del suo arrivo a Giove. Da quando è entrato nell’orbita del gigante gassoso, Juno ha effettuato 27 flybys scientifici e ha percorso oltre 483 milioni di chilometri.