28 Nov BIG DRIVERS RISPONDE (23/11/2017)
1. Antonio: Come si determina il periodo di rotazione di Giove non avendo riferimenti “solidi” (come le terre emerse per la Terra)?
A differenza di Marte o Mercurio, Giove non ha crateri o montagne che permettano di misurare la velocità di rotazione. Gli scienziati usano tre sistemi diversi per calcolare la rotazione di Giove. Il primo è per le latitudine a 10 gradi nord e sud dell’equatore di Giove (risulta un periodo di rotazione di 9 ore e 50 min). Il secondo è per le latitudini più a nord e a sud di questa regione (9 ore e 55 min). In entrambi i casi si misura il tempo necessario per vedere passare alcune tempeste specifiche della zona. Il terzo sistema misura la velocità di rotazione della magnetosfera di Giove ed è solitamente considerato il valore ufficiale della rotazione del pianeta (9 ore, 55min e 30 sec).
2. LAURA: perché la rotazione di Giove è così veloce?
Mentre i pianeti come Venere o Marte si sono formati nelle zone interne, dove non c’era ghiaccio e hanno aggregato solo rocce (per questo si chiamano pianeti rocciosi), i pianeti giganti come Giove si sono formati nella zona esterna del Sistema Solare, dove c’erano frammenti di roccia e ghiaccio, diventando perciò molto più massicci. Una volta che i loro nuclei hanno raggiunto la cosiddetta “massa critica” (circa 10 masse terrestri), l’attrazione gravitazionale ha catturato anche il gas d’idrogeno presente. Ciò ha prodotto un feedback positivo: più idrogeno si accumulava, più la massa diventava grande e l’attrazione gravitazionale più forte. In questo modo sono stati in grado di attrarre materiale da molto più lontano e questa è la chiave per capire la maggiore velocità di rotazione. Infatti, il materiale catturato avevano una qualche velocità perpendicolare alla direzione di caduta verso il pianeta. Ora pensiamo a un pattinatore sul ghiaccio che esegue una piroetta prima con le braccia aperte, poi quando le stringe, comincia a girare più velocemente. Questo fenomeno in fisica si chiama conservazione della quantità di moto e ci dice che una massa in rotazione ad una certa distanza aumenterà la sua velocità di rotazione con il diminuire della distanza dal centro. Nel caso di Giove, la massa più lontana, catturata grazie alla sua maggiore gravità, ha girato più velocemente man mano che si è avvicinata, contribuendo ad aumentare la rotazione di tutto il pianeta che si stava formando. Essendo il più grande, Giove ha la rotazione più veloce di tutti i pianeti nel Sistema Solare. La rapida rotazione causa un rigonfiamento dell’equatore del pianeta, che assomiglia più a una palla schiacciata che a una sfera perfetta (raggio polare è 66.800 km, mentre il raggio equatoriale è di 71.500 km).
3. Mirco: Come fa Giove ad avere una grande gravità essendo gassoso
In realtà pur avendo una massa oltre 300 volte maggiore di quella della Terra, la sua gravità è solo 2 volte e mezza quella terrestre. Questo proprio perché Giove è composto prevalentemente di idrogeno, che ha la densità più bassa tra tutti gli elementi.
4. Alessandra: ci spiegate la risonanza di Laplace?
Una risonanza orbitale è un fenomeno gravitazionale in cui due corpi, entrambi in orbita intorno a un corpo principale, hanno rapporti di periodi esprimibili in numeri interi. L’effetto di gravità produce queste risonanze quando si tratta di oggetti di dimensioni comparabili. Ad esempio, un pianeta compie un’orbita intorno alla sua stella mentre l’altro ne compie esattamente tre (la notazione è 1: 3). Può sembrare una nozione astratta, che difficilmente possa trovare corrispondenza nel mondo reale; invece è abbastanza comune nel nostro sistema solare e anche in altri sistemi stellari. Un caso particolare di risonanza orbitale è la risonanza di Laplace e riguarda il caso in cui i corpi interessati siano tre o più. Nel caso di Giove, c’è una risonanza 1: 2: 4 tra tre delle quattro lune galileiane. Nello stesso periodo, Io compie un orbita, Europa ne fa 2 e Ganimede completa 4 orbite. Insomma, le reciproche influenze gravitazionali tra Io, Europa e Ganimede si manifestano con un andamento periodico.
5. Tiziana: Come si è studiato il nucleo di Giove?
L’ultima sonda a visitare il pianeta è stata Juno (Giunone), che è entrata in orbita attorno a Giove il 4 luglio del 2016. Anche se non possiamo vedere direttamente all’interno del pianeta, Juno è equipaggiato con strumenti che ci permetteranno di analizzare l’interno di Giove. Ad esempio, eventuali variazioni di densità in profondità possono alterare il campo gravitazionale alla superficie. Osservando questi lievi effetti, la sonda può aiutarci a capire cosa c’è nelle profondità della fitta atmosfera di Giove. Il veicolo spaziale può anche misurare il campo magnetico del pianeta e determinare la dimensione dell’eventuale nucleo solido al centro.
6. Luca: Perché sul pianeta Giove le numerose bande a diverse tonalità restano distinte senza mescolarsi?
Giove ha la più grande atmosfera planetaria del Sistema Solare, che si estende fino ad un’altitudine di oltre 5.000 km. Giove presenta celle di circolazione atmosferica simili a quelle sulla Terra, dove il calore solare fa sì che l’aria calda all’equatore si espanda e salga per poi raffreddarsi e riscendere verso i poli. L’effetto Coriolis, dovuto alla rotazione della Terra, divide le grandi celle di circolazione equatore-polo in celle più piccole e fa deviare i venti dalla direttiva lungo i meridiani a quella lungo i paralleli. Le grandi dimensioni e la veloce rotazione di Giove rendono l’effetto Coriolis molto forte. Invece di essere divisi in sole tre celle più piccole che circondano ciascun emisfero, come sulla Terra, le celle della circolazione atmosferica di Giove si dividono in molte bande alternate di aria ascendente e discendente. Le bande sono perciò stabili e mostrano diversi colori – a causa delle variazioni di composizione chimica e di temperatura – dando a Giove un aspetto chiaramente a strisce.
7. Cristiano: ricordo di aver letto che la massa di Giove è maggiore di quella totale di tutti gli altri corpi del sistema solare eccetto il Sole. È corretto? (qualcuno ha detto che il sistema solare è composto dal Sole, da Giove, e da detriti vari…)
E’ davvero così! La grandissima parte della massa del sistema solare è nel Sole (99,8%), Giove contribuisce da solo con lo 0,1% e il restante 0,1% è il contributo di tutti gli altri corpi celesti (pianeti, satelliti, comete e asteroidi).
8. Aglio Vestito: Cap. big Drivers, come si può dire che Giove si trovava dalle parti di Marte???? 🙂 cheers 🙂
Questa determinazione è stata fatta grazie ad un nuovo modello, sviluppato tra l’altro dalla NASA, che descrive il Sistema Solare nella sua fase iniziale. Secondo questo modello, Giove si è avvicinato e allontanato dal centro, prima di trovare la sua posizione attuale. Ad un certo punto, è arrivato fino all’attuale orbita di Marte (questo è avvenuto prima della formazione del pianeta rosso). Queste migrazioni hanno profondamente influenzato la struttura e l’evoluzione del Sistema Solare. Quello che rende questo modello interessante è che riesce a riprodurre due aspetti finora difficili da spiegare. Da un lato spiegherebbe la presenza della cintura degli asteroidi, visto che la gravità di Giove ha impedito che il materiale presente nella zona potesse formare un pianeta. Dall’altro risolverebbe il problema delle ridotte dimensioni di Marte. Poiché si è formato in una zona più esterna rispetto a Venere e alla Terra, Marte aveva una maggior quantità di materiale da cui attingere e avrebbe dovuto essere più grande degli altri due pianeti. La presenza di Giove nelle vicinanze ha disperso parte di quel materiale, condannando Marte a diventare il pianeta che conosciamo.
9. Luca: la sonda Juice dell’Esa che verrà lanciata nel 2022 riuscirà anche ad “entrare” nelle lune ghiacciate di Giove?
La sonda JUICE (JUpiter ICy moon Explorer) dell’ESA è destinata a visitare il sistema gioviano e in particolare tre delle lune galileiane: Ganimede, Callisto ed Europa. Sappiamo che Europa ha oceani di acqua salata sotto la spessa coltre di ghiaccio, un ambiente potenzialmente adatto per la comparsa di forme di vita. Anche le altre due lune ghiacciate potrebbero avere situazioni analoghe. JUICE dovrebbe esser lanciata nel 2022 e raggiungerà Giove nel 2030, per poi entrare in orbita attorno a Ganimede e diventare la prima sonda a orbitare attorno a una luna diversa da quella della Terra. L’obiettivo è studiare la superficie e l’atmosfera di Ganimede e delle altre lune per verificare se esistono condizioni favorevoli per la vita. Per questo, tra i vari strumenti c’è anche un radar, i cui segnali dovrebbero penetrare lo strato di ghiaccio fino a una profondità di 9 km.
10. Ellisse: Giove è quel puntino luminoso che si vede ad ovest verso le 5 del mattino?
In questi giorni Giove sorge circa 2 ore e mezza prima del Sole a sud-est, e sale fino 15° sull’orizzonte un’ora prima del sorgere del Sole. Giove appare come il punto più luminoso nel cielo notturno (magnitudine: -1,7) tra le stelle della costellazione della Bilancia.
11. Viviana: Secondo gli esperti quale sarebbe la luna più interessante da esplorare? Europa? Enceladus?
Europa ed Encelado hanno caratteristiche simili e sono entrambe molto interessanti, soprattutto per la ricerca di possibili forme di vita extraterrestri. Entrambe le lune sono coperte da uno spesso strato di ghiaccio ma ci sono molti indizi che indicano la presenza di oceani di acqua liquida sotto il manto ghiacciato. La sonda Cassini, che ha vistato Saturno e le sue lune, ha fotografato geyser di acqua fuoriuscire dai crepacci di Encelado e l’analisi di questi getti ha messo in luce la presenza di composti simili a quelli che sono presenti negli oceani della Terra. Analoga situazione si è riscontrata per Europa, una delle lune di Giove, grazie al telescopio spaziale Hubble. Nel prossimo futuro Europa sarà visitata dalla sonda Europa Clipper della NASA (lancio 2020) e dalla sonda JUICE dell’ESA (lancio 2022) il cui scopo sarà proprio determinare se ci sono condizioni adatte alla vita.
12. Mattia: Come mai al posto di pannelli solari enormi non si usa un generatore come si è fatto per la sonda per Plutone? Ci sono altri sistemi per produrre energia a quelle distanze?
Juno è il primo veicolo spaziale che si è spinta fino a Giove utilizzando l’energia prodotta dai pannelli solari. Tutte le precedenti sonde hanno impiegato materiale nucleare per alimentarsi perché, alla distanza di Giove, il sole fornisce meno del 4% dell’energia disponibile nell’orbita terrestre. Nel caso di Juno, è stato possibile utilizzare l’energia del sole grazie al peso ridotto e all’aumento di efficienza delle celle solari. Le precedenti sonde hanno usato generatori termoelettrici a radioisotopi, cioè dispositivi che utilizzano il calore emesso da un elemento radioattivo (in genere plutonio-238) per generare elettricità. Il plutonio-238 non è economico (oltre 10 milioni al chilo), ma è l’unico adatto alle missioni nello spazio profondo. Per alimentare Juno sarebbero stati necessari circa 18 kg di materiale, per un totale di circa 200 milioni di dollari. Inoltre un generatore a radioisotopi può diventare pericoloso in caso di incidente in fase di lancio, per il rischio di disperdere materiale radioattivo nell’atmosfera.
13. Andrea: quanto sono importanti i sistemi di navigazione inerziali per le missioni spaziali?
E’ impossibile viaggiare in linea retta o a velocità costante a causa delle molte forze che agiscono su un corpo in movimento. Il sistema fondamentale per la navigazione spaziale è la guida inerziale, cioè una guida basata sull’inerzia di giroscopi rotanti. Con l’uso di 3 giroscopi e 3 accelerometri, il sistema di navigazione di un veicolo spaziale può effettuare misurazioni precise di qualsiasi variazione di posizione e velocità, lungo uno o tutti i tre gli assi principali. Il computer di controllo, utilizza questi dati per correggere la rotta con i motori disponibili. I sistemi di guida inerziale, sebbene molto accurati, sono soggetti a piccoli errori che possono accumularsi nel tempo e portare a discostamenti significativi dalla traiettoria richiesta. Quindi, molti veicoli spaziali (incluso lo Space Shuttle) impiegano un localizzatore di stelle (Star Tracker), il cui piccolo telescopio determina la posizione di diverse stelle prestabilite, fornendo così una precisa “correzione” celeste rispetto alla posizione determinata dal sistema inerziale.
