Scoperte casualmente su Giove onde di gravità. Di cosa si tratta?

Succede che ciò che non si cerca risulti essere più interessante di ciò che si cerca. Non si tratta di un indovinello, ma di una circostanza molto frequente nel campo delle scienze. E’ ciò che è successo osservando la Grande Macchia Rossa di Giove.

Nell'immagine della camera NIRCam a bordo del telescopio spaziale James Webb, attorno alla Grande Macchia Rossa di Giove (di colore celeste nell'immagine infrarossa), è stato scoperto un reticolo di strutture complesse sia scure che chiare attribuite alla presenza di onde di gravità. Credit: Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, H. Melin, M. Zamani (ESA/Webb)

Giove, il pianeta gigante del nostro Sistema Solare, è stato oggetto di numerosi studi. Sono tante le caratteristiche fisiche di questo pianeta ancora non ben comprese. Altrettanto numerosi sono gli approcci osservativi: lo si osserva dalla banda radio alla banda X attraverso tutto lo spettro elettromagnetico, sfruttando la capacità di ciascuna banda elettromagnetica di cogliere aspetti diversi.

Una caratteristica che ha sempre attirato l’interesse degli astronomi sono i moti del gas nell’atmosfera gioviana. Osservazioni in bande spettrali diverse, grazie a una grande varietà di strumenti sia su telescopi da Terra sia su telescopi spaziali, hanno permesso di capire sempre meglio la dinamica atmosferica di questo pianeta.

La Grande Macchia Rossa

La Grande Macchia Rossa è una delle caratteristiche contraddistintive di questo pianeta. Si tratta di una regione permanente di alta pressione che dà origine ad una tempesta anticiclonica (che ruota in senso opposto rispetto agli uragani che si formano sulla Terra). Essa è permanentemente posizionata nell’emisfero meridionale del pianeta intrappolata tra due correnti a getto. E’ così grande da essere ben visibile anche con un telescopio di piccole dimensioni.

Nel Luglio del 2022 la Grande Macchia Rossa è stata osservata dal telescopio spaziale James Webb con la camera infrarossa NIRCam per estrarre nuove informazioni sugli strati atmosferici al di sopra di questa macchia.

Immagine infrarossa del pianeta Giove con ingrandimento sulla regione attorno alla Grande Macchia Rossa. ESA/Webb, NASA & CSA, Jupiter ERS Team, J. Schmidt, H. Melin, M. Zamani (ESA/Webb)

Ed è così che in maniera “serendipita” ciò per cui erano state pianificate le osservazioni di James Webb si è rivelato molto meno interessante di ciò che invece non si stava cercando ed invece è stato scoperto.

Come riportato nel vocabolario della Treccani, Serendip era l'antico nome dell'isola di Ceylon. Per la prima volta l'aggettivo serendipito venne usato dallo scrittore Walpol per indicare scoperte inattese fatte per caso.

Le osservazioni nella banda del vicino infrarosso hanno mostrato come lo strato superiore dell’atmosfera nei dintorni della Grande Macchia non sia omogeneo ma presenti strutture complesse caratterizzate dalla presenza di archi scuri e macchie brillanti. L'esistenza di queste strutture viene attribuita alla presenza di onde di gravità.

Le onde di gravità

Nel caso terrestre, l’eccesso di calore che la regione equatoriale riceve dal Sole rispetto alle altre latitudini innesca una dinamica negli strati atmosferici. Considerato che nel caso di Giove, a motivo della sua maggiore distanza dal Sole, l’eccesso di calore è solo il 4% rispetto a quello ricevuto dalla Terra, gli astronomi presumevano che l'atmosfera più alta di Giove fosse ‘quieta’ e quindi, non particolarmente interessante.

Con sorpresa, invece, le immagini infrarosse di James Webb hanno mostrato questa essere molto complessa e strutturata. Gli astronomi ritengono che non dipenda dall’irraggiamento solare, ma piuttosto esista un qualche meccanismo responsabile.

Il leader del progetto di ricerca che ha portato alla scoperta, Henrik Melin dell’Università di Leicester, ritiene che le strutture osservate in alta atmosfera siano prodotte da onde di gravità. Queste verrebbero generate nella bassa atmosfera molto turbolenta e poi si propagherebbero in altitudine modificando la struttura e brillantezza (generando zone scure meno calde e zone brillanti più calde).

In fluidodinamica le onde di gravità si generano quando la forza di gravità o la spinta idrostatica che agisce su un fluido tendono a ristabilire un equilibrio che per qualche motivo era stato perso.

Onde di gravità di generano nell'interfaccia tra due fluidi diversi. Ad esempio, nel caso terrestre, la superficie marina rappresenta l'interfaccia tra il fluido 'acqua' ed il fluido 'aria'. Qui si generano le onde marine che sono un esempio di onde di gravità.

Ma anche all'interno dell'atmosfera di possono generare onde di gravità che propagandosi possono generare impulsi convettivi che in breve lasso di tempo danno origine a tempeste organizzate in bande che si muovono lungo la direzione di propagazione dell’onda.

Le onde di gravità osservate su Giove sono di gran lunga più intense di quelle osservate sulla Terra. In seguito a questa scoperta inaspettata, il team ha già programmato ulteriori osservazioni da eseguire sia con James Webb ma anche con Juice per capire dove queste onde si originino e come si propaghino nell’alta atmosfera.