Giove: Giove è il più grande dei pianeti del Sistema Solare ed è da considerare una stella mancata. Infatti è un pianeta gassoso composto soprattutto da idrogeno ed elio (come il Sole) e la sua massa si trova non molto al di sotto della soglia minima perché la contrazione gravitazionale possa portare le regioni centrali alle temperature necessarie alla fusione dell'idrogeno, e quindi alla nascita di una stella. Il Sistema Solare ha rischiato di trasformarsi in un sistema binario che avrebbe impedito la formazione e la presenza di pianeti al suo interno. Giove è uno dei cinque pianeti noti fin dai tempi più remoti ed è uno degli astri più splendenti del cielo; tra tutti i pianeti solo Venere è più luminoso, ma non è mai presente nel cielo della notte piena, come invece Giove. Nella mitologia greca e, in seguito, in quella romana questo pianeta fu identificato con il signore del cielo e il più potente degli dei dell'Olimpo: il greco Zeus e il romano Giove da cui prende definitivamente il nome. L’aspetto di Giove, osservato almeno con un piccolo telescopio, è caratterizzato da fasce colorate parallele all’equatore alternativamente chiare (zone) e scure (bande).
Alcune scoperte storiche: Fu Galileo che per primo, nel 1610, utilizzando il proprio rudimentale cannocchiale riuscì a distinguere il disco di Giove. Egli rappresentò il pianeta nel Sidereus Nuncius (pubblicato nel 1610) come una lettera "O" un poco schiacciata. Galileo scorse anche i quattro satelliti maggiori di Giove: Io, Europa, Ganimede e Callisto, che oggi sono detti satelliti galileiani (l’astronomo li aveva chiamati invece medicei in onore dei suoi mecenati). Io e Europa furono amanti di Giove nella mitologia greco-romana. I primi dettagli del disco di Giove, tra cui le principali bande che lo attraversano, furono osservati per la prima volta da Zucchi nel 1630, mentre con Robert Hooke, nel 1664, si cominciò a parlare delle famose macchie. Gian Domenico Cassini scoprì nel 1665 la Grande Macchia Rossa: una grande macchia ovale nella zona sud-tropicale che gli permise di registrare un primo valore di 9 ore e 56 minuti per la rotazione del pianeta. Egli fu in grado anche di osservare con sufficiente dettaglio le strutture presenti nella banda equatoriale, trovando per questa una rotazione di 9 ore e 51 minuti. La differenza tra i periodi di rotazione alle varie latitudini mostrò che i dettagli osservati non potevano appartenere a una superficie solida. Cassini misurò anche lo schiacciamento polare del pianeta, che risultò equivalente a 1/15 del suo diametro. L’invenzione di telescopi con specchi di vetro rivestiti d’argento facilitò lo studio e l’osservazione delle caratteristiche del pianeta. A metà del secolo scorso un buon telescopio era infatti disponibile anche per gli astronomi dilettanti con una spesa contenuta. La natura fisica del pianeta fu una questione aperta per tutto il XIX secolo. Mentre nei primi decenni si pensava che avesse la stessa consistenza della Terra, negli ultimi anni del secolo scorso la teoria più accreditata era quella dell’esistenza di una grande atmosfera con nubi alte molto fredde, ma con una turbolenza spiegabile solo ipotizzando una sorgente di calore interna. In questi stessi anni vennero individuati nello spettro del pianeta bande di assorbimento caratteristiche che, in seguito, si scoprì che erano dovute al metano e all’ammoniaca, entrambi presenti al di sopra dello strato di nubi che copre il pianeta.
Rotazione differenziale: Il periodo di rotazione di Giove è il minore di tutti i pianeti del Sistema Solare. Come tutti i pianeti gassosi, possiede una rotazione differenziale, in altre parole non ruota come un corpo solido ma ogni latitudine possiede una sua velocità. Al contrario del Sole, il cui periodo di rotazione varia lentamente con la latitudine, Giove mostra variazioni più complesse e locali, che possono ricordare il movimento di circolazione atmosferica. Il periodo di rotazione varia da 9 ore 50 minuti della fascia equatoriale fino a 9 ore 55 minuti delle latitudini più elevate. L’alta velocità di rotazione ha provocato lo schiacciamento di Giove ai poli: questi ultimi possiedono un diametro di 134.700 km contro i 142.000 km all’equatore.
La forma dei pianeti gassosi: In genere le dimensioni e la densità dei pianeti gassosi si regolano in modo tale che la pressione verso l’esterno della materia compressa bilanci esattamente la forza centripeta di gravità (che è diretta verso l’interno) in ciascun punto del pianeta: il risultato è un equilibrio idrostatico. A questo si aggiunge la forza centrifuga che agisce su un corpo rotante (proporzionale al quadrato della distanza dall’asse di rotazione). Ecco allora che i pianeti risultano schiacciati ai poli con il raggio polare minore di quello equatoriale. L’entità dello schiacciamento dipende dalla distribuzione interna delle masse: più la massa è concentrata verso il centro, meno accentuato sarà lo schiacciamento stesso. Giove possiede una concentrazione di massa verso il piano equatoriale e quindi esiste una differenza del 6% fra i raggi equatoriale e polare.
Struttura interna di Giove: I modelli della struttura interna di Giove prevedono un nucleo compatto che non può essere formato da idrogeno ed elio compressi. La pressione interna del pianeta è infatti insufficiente per generare le densità necessarie. Giove dovrebbe possedere un nucleo di ghiaccio e roccia che costituisce circa il 4% della massa. Vi è poi uno strato di idrogeno metallico, uno strato cioè in cui gli elettroni non sono legati ai singoli protoni, ma sono liberi di muoversi in una miscela neutra di elettroni e protoni. L’idrogeno acquista così la conducibilità di un metallo. Questo avviene a una pressione di circa tre atmosfere terrestri. Gran parte del pianeta sarebbe in questo stato. A una distanza dal centro di circa 0,7 raggi planetari vi è una transizione tra lo strato di idrogeno metallico e quello composto da una miscela liquida di elio e idrogeno molecolare. Al di sopra troviamo l’atmosfera formata da idrogeno ed elio gassosi con presenza anche di altri composti.
Da dove proviene il calore irraggiato da Giove?: Misurazioni fatte sia dalla Terra sia dalle sonde rivelano che l’energia emessa da Giove, per la maggior parte sotto forma di radiazione infrarossa, è circa 1,5 volte quella assorbita dalla luce solare. Da ciò si deduce, quindi, il fatto che Giove possiede una sorgente interna di calore. Questa energia non può essere certo di tipo nucleare perché, come dicevamo all’inizio, Giove non possiede una massa sufficiente. Il calore deriva invece dall’energia potenziale gravitazionale dovuta al collasso della materia mentre si formava il pianeta: l’interno di Giove, infatti, è ancora molto caldo con una temperatura al centro di circa 30.000 °K. Il calore fluisce dal centro verso l’esterno secondo il primo principio della termodinamica: questo passaggio è ostacolato però dal rimescolamento dovuto ai moti convettivi della massa fluida di idrogeno metallico.
Atmosfera di Giove, nubi e macchie: Come abbiamo già avuto modo di dire, quando si osserva Giove l’unica struttura visibile è l’atmosfera, con le sue tipiche nubi e macchie. Le nubi sono disposte in modo parallelo all’equatore e possono essere chiare o scure a seconda che si tratti di correnti calde ascendenti o fredde discendenti. Tra i molti gas contenuti nell’atmosfera sono stati individuati metano, ammoniaca, idrogeno, elio, carbonio, azoto e altri composti. L’atmosfera non è in equilibrio: questo è dovuto ai raggi ultravioletti che provengono dal Sole e che scindono i composti più complessi. Nubi di colore diverso nell’atmosfera sono associabili a differenti livelli dell’atmosfera. Le nubi più alte sono rosse, appena sotto troviamo quelle bianche, più in basso quelle marroni mentre quelle degli strati iniziali sono bluastre. Sulla Terra i venti esistono perché il Sole riscalda maggiormente i tropici rispetto ai poli e si creano così delle differenze di temperatura alle diverse latitudini: l’aria calda scorre sopra l’aria polare fredda; si ha un trasporto di calore verso l’alto e verso i poli. Su Giove i venti spirano alternativamente da est o da ovest in maniera più forte che sulla Terra. Il meccanismo potrebbe essere simile a quello del nostro pianeta, almeno nella parte di atmosfera che riceve luce dal Sole: i venti sono mantenuti da vortici che trasferiscono quantità di moto lontano dalle latitudini equatoriali. Le macchie potrebbero essere dei vortici più o meno persistenti che si trovano al di sopra del flusso verso est o ovest; quelle piccole galleggiano accumulando energia gravitazionale. Le grosse macchie si mantengono assorbendo le più piccole.
Campo magnetico: Giove possiede un campo magnetico di grande intensità, circa 12 volte più grande di quello del nostro pianeta, e il suo asse magnetico è inclinato di circa 11° rispetto a quello di rotazione. L’esistenza di un campo magnetico è spiegata dalla presenza nell’interno di Giove di idrogeno metallico fluido che, essendo un buon conduttore e ruotando a forte velocità, genera campi magnetici. Le caratteristiche del campo sono simili a quelle del campo magnetico terrestre: anche qui abbiamo due poli, ma invertiti; per cui l’ago di una bussola su questo gigante gassoso indicherebbe il sud e non il nord. Anche per Giove è il vento solare a creare la magnetosfera, che è formata da una zona in cui sono assenti le cariche elettriche (magnetopausa), un disco di plasma e una coda magnetica che arriva fino a Saturno.
Anelli di Giove: Come Saturno, anche Giove possiede degli anelli che circondano il pianeta all’altezza del suo equatore, non sono brillanti e luminosi come quelli che rendono famoso Saturno e a un’altezza di 55.000 km sopra l’atmosfera. Scoperti per la prima volta dalle sonde Voyager, sono stati osservati in seguito anche da terra; ci sono due anelli principali e uno sottile più interno con un caratteristico colore arancio. Il loro spessore non dovrebbe superare qualche chilometro e sono formati principalmente da polveri e piccoli frammenti; per questo motivo riflettono poco la luce del Sole e sono quindi poco visibili. Probabilmente queste polveri derivano dalle frequenti eruzioni dei vulcani di Io: la materia espulsa dal satellite colpisce un altro piccolo satellite al bordo degli anelli strappando polveri e frammenti.
Satelliti di Giove: Finora, grazie soprattutto alle analisi delle sonde, sono state scoperte 16 lune di Giove. Quelle più grandi e importanti erano però già state osservate da Galileo e sono Io, Europa, Ganimede e Callisto: questi satelliti si muovono mantenendo sempre la stessa faccia rivolta verso Giove, esattamente allo stesso modo della Luna con la Terra. Le immagini e le analisi di questi satelliti sono state effettuate dalle due Voyager.
Io: La vicinanza con Giove provoca sulla sua superficie enormi forze mareali che determinano un diffuso e ricorrente vulcanismo. Le fotografie ci mostrano una superficie senza crateri da impatto e con scarpate e fratture. Esistono inoltre numerose caldere derivate dallo sprofondamento di un vulcano, circondate da lunghe colate di lava. La lava è formata da basalti composti da derivati dello zolfo. Mentre Voyager 1 sorvolava il satellite era in corso un’eruzione vulcanica e la sonda poté riprendere per la prima volta un’eruzione extraterrestre.
Europa: Le immagini delle due sonde mostrarono un corpo quasi bianco con tracce scure superficiali. Sul terreno sono presenti una serie di depressioni e di altopiani comunicanti, mentre l’assenza di rilievi elevati dipende probabilmente dallo spesso strato di ghiaccio d’acqua (circa 100 km) che ricopre tutta la superficie e che nasconde le montagne.
Ganimede: È un corpo molto simile alla nostra Luna con una rete superficiale di bande irregolari che si intersecano. Il terreno è formato da numerosi crateri circondati da regioni molto più lisce e giovani cosparse di scanalature.
Callisto: La superficie di Callisto è ricoperta da una crosta di ghiaccio e sul terreno sono presenti molti crateri, i rilievi presenti non raggiungono altezze significative. Ci sono inoltre anelli concentrici dovuti ad un urto avvenuto poco dopo la formazione del satellite.
Sonde verso Giove: Verso Giove sono state lanciate sei sonde: le due Pioneer 10 e 11, le due Voyager, la sonda Ulisse e la Galileo. Le sonde Pioneer vennero lanciate rispettivamente nel 1972 e 1973, Pioneer 11 incontrò successivamente Saturno nel 1979, mentre la sonda gemella è uscita dal Sistema Solare nel 1983 senza incontrare nessun altro corpo. Per la prima volta, con questo progetto Pioneer, l’uomo riusciva a studiare da vicino i pianeti gassosi così lontani. Le fotografie inviate sono storicamente importanti perché inaugurano un’era ricca di osservazioni dirette dei corpi del nostro Sistema Solare. Su entrambe le sonde è stata fissata una targa che contiene immagini e simboli riferiti all’uomo per eventuali lettori extraterrestri. Il progetto Voyager era notevolmente più ambizioso: sfruttando un allineamento dei pianeti esterni che si ripete ogni 200 anni era possibile visitare con un solo viaggio Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Voyager 1 raggiunse la distanza minima da Giove nel marzo 1979 inviando a terra una enorme mole di immagini e dati che hanno richiesto anni per essere analizzati; Voyager 2 passò più lontano ma sorvolò anche i satelliti galileiani rivelando panorami incredibili. Con lo sviluppo dell’elettronica i cervelli delle sonde sono diventati sempre più autonomi e potenti, in grado di prendere molte decisioni che la lontananza dalla Terra rende necessarie. La destinazione della sonda Ulisse non era Giove ma le regioni polari del Sole; per raggiungere la sua meta e il piano dell’eclittica Ulisse ha usato la forza di gravità del gigante gassoso passando sopra al piano equatoriale di Giove. Non ha inviato immagini perché la sonda non dispone di fotocamere, ma ha potuto studiare il suo campo magnetico con particolare riferimento all’anello di plasma che orbita attorno a Giove e che è centrato su Io. Il plasma deriva dalla ionizzazione da parte del vento solare delle particelle cariche di zolfo e ossigeno eruttate dai vulcani del satellite. Il campo magnetico rilevato dalla sonda Ulisse è aumentato rispetto all’epoca del passaggio delle Voyager, probabilmente a causa del plasma prodotto da Io. La sonda Galileo, giunta su Giove nel 1995, rappresenta un ulteriore passo in avanti nell’evoluzione dei sistemi robotici automatizzati. Scopo della missione era inviare un piccolo modulo dentro l’atmosfera di Giove mentre la sonda madre continuava a orbitare intorno al pianeta. La missione è nata sotto una cattiva stella: ritardato il lancio dal 1986 al 1989, poco dopo ci si accorse che l’antenna principale non si apriva; i dati sono stati inviati attraverso una seconda antenna, molto più piccola.
Dati
- Massa: 1,900 × 1030 g
- Massa (Terra = 1): 317,90
- Raggio equatoriale: 71.492 km
- Densità media: 1,33 g/cm3
- Volume (Terra = 1): 1319,564
- Periodo di rotazione: 9h 55 min