16 Gen 2022 I Cicloni di Giove come Vortici Oceanici
Osservando le immagini riprese dalla sonda Juno, in orbita attorno a Giove, un team di oceanografi ha notato che gli immensi cicloni presso i poli del pianeta gigante assomigliano in modo sorprendente ai vortici oceanici visibili sulla Terra. Nello studio pubblicato su Nature Physics gli scienziati riferiscono che anche i complessi cicloni polari di Giove sono alimentati da processi fisici analoghi a quelli che osserviamo negli oceani del nostro pianeta.
L’atmosfera di Giove è composta principalmente da idrogeno ed elio, con tracce gassose di metano, ammoniaca, acido solfidrico e acqua. Manca un chiaro confine inferiore e può essere suddivisa in diversi strati nuvolosi, tra i quali quello superiore è composto principalmente da nubi di ammoniaca ghiacciata, che caratterizzano l’aspetto del pianeta e sono visibili dall’esterno. Al di sotto si trova uno strato di particelle di idrosolfuro di ammonio, e, ancora più in profondità, circa 80 chilometri al di sotto della coltre nuvolosa, esiste probabilmente un complicato sistema di nubi e foschie. Variazioni, correnti e venti nelle nubi superiori provocano la formazione delle fasce marroni e delle zone biancastre visibili dalla Terra.
Lia Siegelman, oceanografa dell’University ofCalifornia, San Diego, prima autrice dello studio, ha deciso di intraprendere questa ricerca dopo aver notato che i cicloni presso i poli di Giove assomigliano in qualche modo ai vortici che si formano negli oceani sulla Terra. Utilizzando un insieme di immagini e teorie relative alla dinamica dei fluidi in geofisica, il team ha evidenziato il fatto che anche i cicloni sul pianeta gigante sono dovuti a fenomeni di convezione, un processo turbolento che trasporta grandi masse di gas caldo verso l’alto, dove si raffreddano per poi ridiscendere negli strati atmosferici più profondi. “Quando ho osservato la complessità della turbolenza attorno ai cicloni gioviani, mi sono ricordata della turbolenza visibile negli oceani attorno ai vortici”, spiega Siegelman. “Questi processi sono particolarmente evidenti nelle immagini da satellite ad alta risoluzione della fioritura del plancton, ad esempio”.
Nell’immagine confronto di vortici sulla Terra e su Giove Credit NASA OBPG OB.DAAC/GSFC/Aqua/MODISImage/Gerald Eichstädt
Secondo i ricercatori, comprendere il sistema energetico di Giove potrebbe aiutarci a studiare meglio i meccanismi fisici in atto sul nostro pianeta. “Essere in grado di studiare un pianeta così distante e capire i processi fisici che avvengono laggiù è davvero affascinante”, afferma Siegelman. “Solleva la questione se questi processi possano avvenire anche sul nostro piccolo pianeta blu”. Giove presenta la rotazione più rapida di tutti i pianeti del sistema solare, compiendo un giro su se stesso in meno di dieci ore. Questo fenomeno è all’origine di un marcato rigonfiamento equatoriale e contribuisce alla formazione di flussi atmosferici zonali chiamati “correnti a getto” (jet streams), che separano le nubi gioviane in zone luminose e fasce scure. Le bande si formano a causa di differenze nello spessore e nell’altezza delle nubi di ammoniaca ghiacciata, e fluiscono in opposte direzioni a varie latitudini.
In anni recenti, grazie ai dati della sonda Juno in orbita attorno a Giove sin dal 2016, si è scoperto che i poli del pianeta sono arricchiti da impressionanti e maestose strutture cicloniche che riproducono forme geometriche. Inoltre, i venti atmosferici del gigante gassoso penetrano molto in profondità. In particolare gli scienziati hanno individuato un gruppo di vortici dalla forma a ottagono sopra il polo nord, con otto cicloni che ne circondano un altro nel mezzo, e un gruppo a forma di pentagono sopra il polo sud: formazioni regolari con vortici immensi a corona del ciclone centrale, che staziona sul polo.
Il team ha preso in esame un insieme di immagini nell’infrarosso che inquadrano la regione nord-polare di Giove, in particolare il gruppo di vortici attorno al polo nord, riuscendo a calcolare la velocità e la direzione dei venti e a ricostruire il moto delle nubi. In seguito i ricercatori hanno interpretato le immagini nell’infrarosso in termini di spessore delle nuvole: le regioni calde corrispondono a nubi sottili, dove è possibile penetrare con le osservazioni più in profondità nell’atmosfera del pianeta. Grazie a queste analisi, il team ha scoperto nuovi indizi sull’energia in gioco nei sistemi atmosferici. Dal momento che le nubi gioviane si formano quando risale gas atmosferico meno denso e più caldo, questo meccanismo di convezione agisce come sorgente di energia che alimenta i sistemi in atmosfera fino a scale molto vaste. Sembra quindi che il gas atmosferico in rapida risalita all’interno delle nubi sia la sorgente di energia che alimenta i vasti cicloni polari e circumpolari, che possono raggiungere una dimensione di migliaia di chilometri. Le osservazioni dei venti nell’atmosfera terrestre mostrano una configurazione dell’energia cinetica simile a quella in atto su Giove, e questo suggerisce che possano avvenire trasferimenti di energia molto simili sui due pianeti.
Nell’immagine i vortici colorati dell’atmosfera di Giove ripresi dalla sonda Juno nel 2018
Credit: Enhanced image by Gerald Eichstädt and Sean Doran (CC BY-NC-SA) based on images provided courtesy of NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
https://phys.org/news/2022-01-ocean-physics-cyclones-jupiter.html
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