Giove, il re dei pianeti

by Ivan Berdini on

Con lo scorso articolo di astronomia ci siamo lasciati alle spalle la Fascia Principale e ci siamo avventurati nel Sistema Solare esterno, il regno dei giganti gassosi o pianeti gioviani. Il primo mondo che incontriamo è il gigante che dà il nome al tipo di pianeti: Giove.

This full-disc image of Jupiter was taken on 21 April 2014 with Hubble's Wide Field Camera 3 (WFC3).

By NASA, ESA, and A. Simon (Goddard Space Flight Center) – http://www.spacetelescope.org/images/heic1410a/ or http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2014/24/image/b/, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32799232

Viene chiamato il “re dei pianeti” in virtù delle sue dimensioni, infatti l’unico oggetto del Sistema Solare più grande di lui è il Sole.

Dati fisici

•    Diametro equatoriale medio 142.984 chilometri;
•    Distanza media dal Sole 778.412.026 chilometri;
•    Distanza media dalla Terra (nel punto di minima distanza) 630 milioni chilometri;
•    Periodo orbitale 4.333 giorni, ovvero quasi 12 anni;
•    Periodo di rotazione intorno al suo asse 9 ore, 55 minuti, 30 secondi (molto meno della Terra);
•    Possiede ben 63 satelliti naturali e 4 anelli di polveri.

Viste le sue grandi dimensioni e vista la grande quantità di oggetti che gli orbitano attorno, il pianeta può essere considerato una sorta di miniatura del Sistema Solare.

Giove ha una massa pari a 318 volte quella della Terra, ecco i due pianeti a confronto:

Giove confrontato con Sole,con la Terra e con la Luna (By Tdadamemd – File:The Sun by the Atmospheric Imaging Assembly of NASA’s Solar Dynamics Observatory – 20100819.jpgFile:Jupiter by Cassini-Huygens.jpg – Note: this image of Jupiter was altered by removing the shadow of Europa.File:The Earth seen from Apollo 17.jpgFile:FullMoon2010.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19412852)

Struttura interna e atmosfera

Il pianeta però non possiede una superficie solida: è quello che viene definito un “gigante gassoso” ed è formato da una massa gassosa e liquida, con un piccolo nucleo roccioso al centro. Vediamo uno spaccato:

Di Henrykus – File:Gas Giant Interiors it.png, Pubblico dominio, https://it.wikipedia.org/w/index.php?curid=2400218

L’atmosfera è formata prevalentemente  da idrogeno (H) ed elio (He), più tracce di quasi tutti gli elementi della tavola periodica. Dall’immagine si può vedere come lo spessore dell’atmosfera sia minimo, se paragonato a quello degli altri strati. Una caratteristica dell’atmosfera gioviana che risalta subito è la sua striatura. Le strie sono provocate dalla fervente attività atmosferica, messa in moto non tanto dal Sole, che è troppo lontano, ma dal calore interno del pianeta e dall’elevata velocità di rotazione intorno al suo asse (meno di 10 ore): infatti la velocità di rotazione è più elevata all’equatore che ai poli; vale per tutti i pianeti, ma in quelli gassosi è più evidente. I venti possono raggiungere anche i 400 Km/h. Come si può vedere in questo link, alcune bande ruotano in senso orario e altre in senso antiorario, questo provoca immensi cicloni a anticicloni, il più famoso dei quali è la “Grande Macchia Rossa”:

Di NASABrian0918 di Wikipedia in inglese – Created from The Earth seen from Apollo 17.jpg (taken from http://nssdc.gsfc.nasa.gov/imgcat/html/object_page/a17_h_148_22727.html and Portrait of Jupiter from Cassini.jpg (taken from http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA04866). Trasferito da en.wikipedia su Commons.The image of Earth was taken by Apollo 17 on 7 December 1972. The image of Jupiter was taken by Cassini on 29 December 2000., Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3866929

Essa è un anticiclone nord tra 12.000 e i 14.000 chilometri; la Terra potrebbe comodamente starci dentro 3 o 4 volte. Le prime osservazioni attribuibili alla Macchia sono state eseguite da Giovanni Cassini nella seconda metà del XVII secolo, la tempesta quindi sarebbe quindi in corso da almeno quattrocento anni. Le prime osservazioni ufficiali risalgono al 1830. L’atmosfera gioviana è anche sede di grandi tempeste di fulmini, i cui poderosi bagliori sono visibili dall’orbita, causate dai moti di convezione. Sembra che sia presente anche acqua, sebbene in piccole quantità.

Procedendo in profondità, oltre l’atmosfera incontriamo uno spesso strato liquido. La composizione è la stessa dell’atmosfera, ma l’enorme pressione fa condensare i gas nonostante l’alta temperatura. Ancora più in profondità troviamo lo strato più spesso e forse più esotico: l’idrogeno metallico. Sulla tavola periodica, l’idrogeno fa parte del I gruppo insieme ai metalli alcalini, nonostante sia un gas e quindi un non metallo. Sembra che a elevatissime pressioni (centinaia di migliaia o milioni di volte quella dell’atmosfera terrestre al livello del mare) gli elettroni possano staccarsi dai loro  nuclei e creare legami di tipo metallico fra gli atomi di idrogeno, facendo esistere come un metallo. Se fosse solido, cristallizzerebbe in un reticolo cristallino come tutti i normali metalli. Le intense correnti elettriche prodotte in questo strato dalla veloce rotazione del pianeta generano una magnetosfera dieci volte più potente di quella terrestre, nonché la più intensa del Sistema Solare dopo quella del Sole. Al centro è probabile che si trovi un nucleo solido, anche se la sua composizione (e la sua stessa esistenza) è solo frutto di ipotesi. Probabilmente è formato da carbonio(C) e silicati, a una temperatura di 36.000°K e 4.500 GPa di pressione. Probabilmente la massa del nucleo è decine di volte quella del nostro pianeta.

Gli anelli di Giove

Anche Giove possiede degli anelli: nell’immagine si può avere un’idea del loro aspetto e della loro posizione, ma sono poco evidenti perché formati in prevalenza da polveri (probabilmente composte da silicati), quindi un’osservazione diretta degli anelli con un telescopio è estremamente difficile, al contrario dello spettacolare sistema di anelli di Saturno che vedremo nel prossimo articolo di astronomia.

L’esplorazione di Giove

Molte missioni hanno esplorato Giove e i suoi satelliti, spedendo sulla Terra molte splendide immagini e un’enorme quantità di dati. Delle più famose, quattro erano fly-by (ovvero si sono avvicinate e hanno studiato il pianeta per poi continuare il viaggio) ed erano le NASA Pioneer 10 (del 1973), Pioneer 11 (del 1974), Voyager 1 (del 1979) e Voyager 2 (del 1979). Le Voyager hanno scattato molte delle immagini più famose, come quella del confronto fra la Terra e Giove che si trova nella prima parte del presente articolo. La missione dedicata al re dei pianeti fu la NASA Galileo, che lo raggiunse nel 1995, dopo ben sei anni di viaggio.

Di NASA – http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?IM_ID=2071 (image link)http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA18176 (image link), Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=408298

 La Galileo trasportava una sonda atmosferica, dotata di un pesante scudo termico, destinata a un volo suicida all’interno dell’atmosfera gioviana. La sonda trasmise dati per cinquantotto minuti e raggiunse una profondità di 150 Km circa, prima di perdere i contatti. Probabilmente la povera sonda è stata schiacciata dalla pressione e poi completamente distrutta dall’attrito coi gasi atmosferici.

La Galileo ha immortalato l’impatto dell’enorme cometa Shoemaker-Levy 9, che nel 1994 fu spezzata in una decina di frammenti dall’intensa gravità gioviana e precipitò nell’atmosfera, lasciando delle colossali macchie scure che si sono dissolte nel giro di alcuni mesi. Se uno solo di quei frammenti fosse caduto sulla Terra, la superficie sarebbe stata devastata e la biosfera cancellata. Giove invece si è ripreso in breve tempo, cosa che aiuta a capire meglio le enormi dimensioni del pianeta.

Satelliti naturali

Giove ha decine di satelliti naturali, qui ci occuperemo dei quattro più grandi, che sono anche i più famosi e interessanti. Detti anche Medicei, furono scoperti da Galileo Galilei col suo cannocchiale nel 1610.

Ganimede

Di NASA/JPL/DLR – http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01299, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=92506


Ganimede è il più grande satellite del Sistema Solare, coi suoi 5.262 chilometri di diametro (la Luna ha un diametro di 3.470 chilometri). Per dimensioni è più grande del pianeta Mercurio, anche non lo supera per massa. È formato principalmente da ghiaccio e da silicati, con un nucleo di ferro (Fe) fuso. A una profondità di 200 chilometri circa potrebbe esistere un oceano di acqua salta, ma non si hanno prove dirette. Possiede anche una tenue atmosfera composta da ossigeno (O) e da idrogeno. Ganimede è l’unico satellite del Sistema Solare a presentare una propria magnetosfera, generata dai moti di convezione del nucleo di ferro fuso e collegata con linee di forza aperte al ben più grande campo magnetico gioviano.

Callisto

Di NASA/JPL/DLR(German Aerospace Center) – http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA03456, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45044

Callisto ha un diametro di 4.820 chilometri, quindi è il secondo satellite di Giove per dimensioni e il terzo del Sistema Solare (il secondo è Titano, satellite di Saturno, di cui ci occuperemo nel prossimo articolo di astronomia). Il satellite presenta una rarefatta atmosfera di anidride carbonica (CO2) e di ossigeno. La sua superficie ha la particolarità di essere la più pesantemente craterizzata del Sistema Solare, i cui crateri si conservano per via della mancanza di dinamica endogena: al contrario del molto simile Ganimede, infatti, Callisto non ha un nucleo fuso.

Io

Di NASA / JPL / University of Arizona – http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA02308, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=729094

Io ha un diametro di 3.660 Km, di appena 200 chilometri superiore quello della nostra Luna. La sua caratteristica che subito salta all’occhio è la  variopinta colorazione: essa è provocata dalle numerose ed intense eruzioni vulcaniche, infatti Io è il corpo più vulcanicamente attivo del Sistema Solare. Le eruzioni sono provocate dall’effetto marea indotto da Giove, Ganimede ed Europa, che coi loro campi gravitazionali distorcono il satellite scaldandone l’interno. Per via della bassa gravità, alcuni pennacchi vulcanici possono sfiorare i 550 Km di altezza! È probabile che il vulcanismo di Io sia una delle cause della formazione degli anelli di Giove.
Il suo curioso nome, Io, è derivato da una delle tante amanti del dio romano Giove.

Europa

Di NASA/JPL/DLR – http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00502 (TIFF image link), Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=92698

Europa è la più piccola dei satelliti medicei coi suoi 3.121 Km di diametro (poco meno della nostra Luna). È tuttavia il satellite forse più famoso in assoluto per via di una sua caratteristica molto peculiare: il profondo strato di acqua liquida che dovrebbe trovarsi sotto la superficie ghiacciata. Se confermato, si tratterebbe del posto più promettente in cui cercare forme di vita extraterrestri (probabilmente simili a batteri) all’interno del Sistema Solare. Se confermata, la vita su Europa sarebbe la prova definitiva dell’esistenza di vita extraterrestre. La ricerca è ancora in corso e si progettano missioni specifiche per capire se questo oceano esiste davvero e, eventualmente, per esplorarlo.

Il nostro viaggio intorno a Giove finisce qui, la prossima volta ci spingeremo fino all’elegante Saturno!

Written by: Ivan Berdini

Naturalista, divulgatore scientifico e appassionato di fotografia.