Astronomia, da 10 anni il telescopio Hubble tiene sott'occhio i giganti del nostro Sistema Solare

Il telescopio spaziale Hubble da 10 anni continua ad osservare le atmosfere dei pianeti giganti del nostro sistema solare. Grazie al programma OPAL oggi abbiamo informazioni che diversamente non avremmo mai ottenuto.

OPAL
Mosaico con alcune delle immagini di Giove, Saturno e Nettuno ottenute dal telescopio Hubble nel corso degli ultimi 10 anni. Credit: NASA, ESA, Amy Simon (NASA-GSFC), Michael H. Wong (UC Berkeley); Joseph DePasquale (STScI)

I pianeti giganti del nostro Sistema Solare, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, possiedono tutti e quattro delle atmosfere dinamicamente molto attive. Le osservazioni da Terra e soprattutto gli incontri ravvicinati con sonde spaziali, quali la Voyager 1 e 2, o la sonda Cassini, ci hanno riportato bellissime immagini ad alta risoluzione. In queste immagini le atmosfere di questi pianeti appaiono tutt’altro che omogenee, piuttosto ricche di strutture (calotte polari, cicloni, vortici, bande,...).

Si tratta di strutture atmosferiche interessanti e variabili. Esse appaiono per poi scomparire o cambiare di posizione e forma. Tuttavia, lo studio di queste atmosfere richiede tempo, richiede osservazioni ripetute a distanza di tempo nel corso degli anni, in modo tale da poterne tracciare l’evoluzione.

Essendo pianeti lontani dal Sole, questi hanno periodi orbitali lunghi che vanno dagli 11 anni di Giove ai 165 anni di Nettuno. Questo comporta l’esistenza di stagioni molto lunghe (rispetto ai tre mesi delle stagioni terrestri), per cui i cambiamenti che le loro atmosfere subiscono stagionalmente sono difficili da monitorare.

Il progetto OPAL con Hubble

Uno dei progetti scientifici realizzati (ed attualmente ancora in corso) grazie alle potenzialità del telescopio Hubble è il progetto OPAL che sta per Outer Planet Atmospheres Legacy.

Lo scorso Dicembre 2024 il programma OPAL ha compiuto 10 anni. Si tratta di un programma mirato a studiare la dinamica atmosferica e la sua evoluzione nei pianeti esterni Giove, Saturno, Urano e Nettuno.

Il telescopio spaziale Hubble, grazie all'elevata risoluzione spaziale (quindi l’elevata capacità di distinguere dettagli della superficie), grazie alla sua orbita che gli permette di osservare continuativamente questi pianeti (senza l’ostacolo dell’alternanza giorno-notte) e grazie alla sua lunga vita operativa (sono quasi 35 anni che questo telescopio è in funzione), ha scattato una serie lunga 10 anni di fotografie delle atmosfere di questi pianeti.

Giove
Immagine ad alta risoluzione del pianeta Giove ottenuta da Hubble in seno al programma OPAL da cui si evince la formazione di numerose nuove tempeste. Credit: NASA, ESA, A. Simon (NASA-GSFC), and M. H. Wong (UC Berkeley); Image Processing: J. DePasquale (STScI)

Dalla sequenza di immagini è stato possibile individuare le principali strutture atmosferiche e seguirne 10 anni consecutivi di evoluzione. Si tratta di informazioni preziosissime che stanno permettendo agli astronomi di conoscere meglio le caratteristiche delle atmosfere di questi pianeti che, sebbene vicinissimi alla Terra su una scala astronomica, hanno ancora tanto da rivelare.

Il telescopio spaziale Hubble è stato messo in orbita nel 1990. Con il 2025 esso inizia il suo 35esimo anno di ininterrotta attività. Esso possiede uno specchio primario di 2.4 metri ed è equipaggiato con la Wide Field Camera 3 (WFC3), lo spettrografo Cosmic Origins (COS), la Advanced Camera for Surveys (ACS), lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) e i sensori di guida fine (FGS). Questi strumenti permettono osservazioni dalla banda ultravioletta a quella del vicino infrarosso.

Vediamo quali informazioni sono state ottenute dai primi 10 anni del progetto OPAL

Giove

Le osservazioni col telescopio Hubble nel corso di 10 anni hanno permesso di monitorare l’evoluzione dell’atmosfera gioviana nel dettaglio ed in un’ampia banda di lunghezze d’onda, dal vicino infrarosso all’ultravioletto.

La spessa atmosfera gioviana è caratterizzata da nuvole disposte lungo bande parallele all’equatore che nel corso del tempo cambiano forma e colore. Lungo queste bande si osservano cicloni, anticicloni, e la più grande tempesta del sistema solare, la Grande Macchia Rossa (GRS). Hubble ha permesso di misurare le dimensioni di queste tempeste, la velocità dei loro venti, come anche studiare l’evolversi delle stagioni. A differenza della Terra, in cui le stagioni sono dovute all’inclinazione dell’asse di rotazione, nel caso di Giove, essendo il suo asse inclinato di appena 3 gradi, sono dovute piuttosto alla variazione di distanza dal Sole durante il moto orbitale.

Saturno

Saturno impiega circa 29 anni per compiere una rivoluzione attorno al Sole. I 10 anni di osservazione di Hubble hanno permesso di studiarlo per ⅓ della sua orbita, quindi per poco più di una stagione. A differenza di Giove, e più similmente alla Terra, Saturno sperimenta l’alternarsi delle stagioni, essendo il suo asse di rotazione inclinato di circa 27 gradi sul piano dell’orbita.

Saturno
Le osservazioni di Hubble hanno mostrato come nel corso degli anni sia andato cambiando il colore delle bande atmosferiche. NASA, ESA, A. Simon (NASA-GSFC), and M. H. Wong (UC Berkeley); Image Processing: A. Pagan (STScI)

Hubble è riuscito a cogliere la variazione di inclinazione del sistema di anelli e la graduale variazione del colore del pianeta di anno in anno, probabilmente dovuta al cambiamento dei venti e all’altezza delle nuvole.

Ha ottenuto informazioni sulle misteriose macchie scure che compaiono negli anelli e scompaiono dopo 2-3 rotazioni, scoprendone la connessione con le stagioni saturniane.

Urano

La peculiarità orbitale di questo pianeta è di avere l’asse di rotazione allineato con il piano dell’orbita. Questo implica che mezzo emisfero è perennemente illuminato per metà del suo periodo orbitale, quindi per circa 42 mentre l’altro sempre al buio. Questo comporta cambiamenti stagionali radicali.

Urano
Le osservazioni di Hubble mostrano come la calotta polare di Urano stia diventando negli anni sempre più brillante. Credit: NASA, ESA, A. Simon (NASA-GSFC), and M. H. Wong (UC Berkeley); Image Processing: A. Pagan (STScI)

Le osservazioni continuative hanno permesso di scoprire come la calotta polare stia diventando di anno in anno sempre più brillante a mano a mano che ci si avvicina all’estate boreale, che inizierà nel 2028

Nettuno

L’osservazione di Nettuno ha permesso di gettare luce sulla grande macchia scura presente nella sua atmosfera. Era stata scoperta dalla missione Voyager 2 nel 1989. Questa però non era stata in grado di dire se fosse permanente come la grande Macchia Rossa si Giove.

Proprio Hubble ha permesso di mostrarne la natura transitoria. Altra interessante scoperta di Hubble è come l’atmosfera nettuniana sia fortemente influenzata dal ciclo di attività solare sebbene, essendo il pianeta più lontano, riceva un irraggiamento circa 1 millesimo rispetto a quello terrestre.