Questa immagine che mostra l'intero disco di Giove alla luce infrarossa è stata compilata da un mosaico di nove puntamenti separati osservati dall'Osservatorio internazionale Gemini, un programma di NOIRLabon di NSF il 29 maggio 2019. Da una serie di "immagini fortunate" di 38 esposizioni scattate ad ogni puntamento, il team di ricerca ha selezionato il 10% più nitido, combinandoli per rappresentare un nono del disco di Giove. Pile di esposizioni ai nove puntamenti sono state quindi combinate per renderne una chiara, visione globale del pianeta. Anche se i Gemelli impiegano solo pochi secondi per creare ogni immagine in un fortunato set di imaging, il completamento di tutte le 38 esposizioni in un set può richiedere minuti, abbastanza a lungo da consentire alle funzioni di ruotare notevolmente sul disco. Per confrontare e combinare le immagini, vengono prima mappati sulla loro latitudine e longitudine reali su Giove, usando l'arto, o bordo del disco, come referenza. Una volta che i mosaici sono stati compilati in un disco completo, le immagini finali sono alcune delle viste a infrarossi di Giove a più alta risoluzione mai scattate da terra. Credito:Osservatorio Internazionale dei Gemelli/NOIRLab/NSF/AURA, M.H. Wong (UC Berkeley) e squadra Ringraziamenti:Mahdi Zamani
I ricercatori che utilizzano una tecnica nota come "lucky imaging" con il telescopio Gemini North sul Maunakea delle Hawaii hanno raccolto alcune delle immagini di Giove con la più alta risoluzione mai ottenute da terra. Queste immagini fanno parte di un programma di osservazione congiunto pluriennale con il telescopio spaziale Hubble a sostegno della missione Juno della NASA. Le immagini dei Gemelli, quando combinato con le osservazioni di Hubble e Juno, rivelare che i fulmini, e alcuni dei più grandi sistemi di tempesta che li creano, si formano all'interno e intorno a grandi celle convettive su nuvole profonde di acqua ghiacciata e liquida. Le nuove osservazioni confermano anche che le macchie scure nella famosa Grande Macchia Rossa sono in realtà lacune nella copertura nuvolosa e non dovute a variazioni di colore delle nuvole.
Tre anni di osservazioni di immagini utilizzando l'Osservatorio internazionale Gemini, un programma del NOIRLab di NSF, hanno sondato in profondità le cime delle nuvole di Giove. Le immagini a infrarossi Gemini ultra nitide completano le osservazioni ottiche e ultraviolette di Hubble e le osservazioni radio della navicella spaziale Juno per rivelare nuovi segreti sul pianeta gigante.
"I dati Gemini sono stati fondamentali perché ci hanno permesso di sondare in profondità le nuvole di Giove a intervalli regolari, " ha detto Michael Wong dell'Università di Berkeley. "Abbiamo usato una tecnica molto potente chiamata Lucky Imaging, " aggiunge Wong. Con l'imaging fortunato, si ottiene un gran numero di immagini con esposizione molto breve e solo le immagini più nitide, quando l'atmosfera terrestre è brevemente stabile, sono utilizzati. Il risultato in questo caso sono alcune delle immagini infrarosse più nitide di Giove mai ottenute dal suolo. Secondo Wong, "Queste immagini rivaleggiano con la vista dallo spazio".
Il Near Infrared Imager (NIRI) di Gemini North consente agli astronomi di scrutare in profondità le potenti tempeste di Giove, poiché la luce infrarossa a lunghezza d'onda più lunga può passare attraverso la sottile foschia ma è oscurata da nuvole più spesse nell'alta atmosfera di Giove. Questo crea un effetto simile a "jack-o-lantern" nelle immagini in cui il caldo, strati profondi dell'atmosfera di Giove brillano attraverso le fessure nella spessa coltre nuvolosa del pianeta.
Il dettagliato, l'imaging multilunghezza d'onda di Giove da Geminiand Hubble ha, negli ultimi tre anni, rivelata cruciale per contestualizzare le osservazioni dell'orbiter Juno, e per comprendere i modelli del vento di Giove, onde atmosferiche, e cicloni. I due telescopi, insieme a Giunone, può osservare l'atmosfera di Giove come un sistema di venti, gas, calore, e fenomeni meteorologici, fornendo copertura e informazioni non dissimili dalla rete di satelliti meteorologici utilizzati dai meteorologi per osservare la Terra.
Queste immagini della Grande Macchia Rossa di Giove sono state realizzate utilizzando i dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble e dall'Osservatorio internazionale Gemini il 1 aprile 2018. Combinando le osservazioni catturate quasi contemporaneamente dai due diversi osservatori, gli astronomi sono stati in grado di determinare che le caratteristiche scure della Grande Macchia Rossa sono buchi nelle nuvole piuttosto che masse di materiale scuro. In alto a sinistra (vista ampia) e in basso a sinistra (dettaglio):l'immagine Hubble della luce solare (lunghezze d'onda visibili) che si riflette sulle nuvole nell'atmosfera di Giove mostra caratteristiche scure all'interno della Grande Macchia Rossa. In alto a destra:un'immagine termica a infrarossi della stessa area di Gemini mostra l'energia termica emessa come luce infrarossa. Le fresche nuvole sovrastanti appaiono come regioni scure, ma le radure nelle nuvole consentono all'emissione infrarossa brillante di fuoriuscire dagli strati più caldi sottostanti. In basso al centro:un'immagine ultravioletta di Hubble mostra la luce solare diffusa dalla foschia sopra la Grande Macchia Rossa. La Grande Macchia Rossa appare rossa alla luce visibile perché la foschia assorbe le lunghezze d'onda blu. I dati di Hubble mostrano che la foschia continua ad assorbire anche a lunghezze d'onda ultraviolette più corte. In basso a destra:un composto a più lunghezze d'onda di dati Hubble e Gemini mostra la luce visibile in blu e l'infrarosso termico in rosso. Le osservazioni combinate mostrano che le aree luminose nell'infrarosso sono radure o luoghi dove c'è meno copertura nuvolosa che blocca il calore dall'interno. Le osservazioni di Hubble e Gemini sono state fatte per fornire un contesto di ampia visione per il 12° passo di Giunone (Perijove 12). Credito:NASA, ESA, e M.H. Wong (UC Berkeley) e squadra
Mappare tempeste di fulmini giganti
Ad ogni suo passaggio ravvicinato sulle nubi di Giove, Giunone ha rilevato segnali radio creati da potenti lampi chiamati sferics (abbreviazione di atmosferici) e whistler (cosiddetti a causa del tono simile a un fischio che provocano sui ricevitori radio). Quando possibile, Gemini e Hubble si sono concentrati su Giove e hanno ottenuto l'alta risoluzione, mappe ad ampio raggio del pianeta gigante.
Gli strumenti di Giunone potevano determinare le coordinate di latitudine e longitudine di gruppi di segnali sferici e fischi. Con immagini Gemini e Hubble a più lunghezze d'onda, i ricercatori ora possono sondare la struttura della nuvola in questi luoghi. Combinando queste tre informazioni, il team di ricerca ha scoperto che i fulmini, e alcuni dei più grandi sistemi di tempesta che li creano, si formano all'interno e intorno a grandi celle convettive su nuvole profonde di acqua ghiacciata e liquida.
"Gli scienziati seguono i fulmini perché sono un indicatore di convezione, il turbolento processo di miscelazione che trasporta il calore interno di Giove fino alle cime delle nuvole visibili, " ha spiegato Wong. La più grande concentrazione di fulmini vista da Giunone proveniva da una tempesta vorticosa chiamata "ciclone filamentoso". Le immagini di Gemini e Hubble mostrano dettagli nel ciclone, rivelando che si tratta di una raccolta contorta di alte nuvole convettive con profonde lacune che offrono scorci alle nuvole d'acqua molto più in basso.
"Gli studi in corso sulle sorgenti dei fulmini ci aiuteranno a capire come la convezione su Giove sia diversa o simile alla convezione nell'atmosfera terrestre, " ha commentato Wong.
Caratteristiche luminose nella Grande Macchia Rossa
Durante la scansione del gigante gassoso alla ricerca di lacune nella copertura nuvolosa, I Gemelli hanno individuato un bagliore rivelatore nella Grande Macchia Rossa, indicando una visione chiara fino in profondità, strati atmosferici più caldi.
"Caratteristiche simili sono già state viste nella Grande Macchia Rossa, " ha detto il membro del team Glenn Orton di JPL, "ma l'osservazione della luce visibile non ha potuto distinguere tra il materiale delle nuvole più scuro, e più sottile copertura nuvolosa sul caldo interno di Giove, quindi la loro natura è rimasta un mistero."
Ora con i dati dei Gemelli, questo mistero è risolto. Dove le immagini della luce visibile di Hubble mostrano un semicerchio scuro nella Grande Macchia Rossa, le immagini scattate dai Gemelli utilizzando la luce infrarossa rivelano un arco luminoso che illumina la regione. Questo bagliore infrarosso, dal calore interno di Giove, sarebbe stato bloccato da nuvole più spesse, ma può attraversare l'atmosfera nebbiosa di Giove senza essere oscurata. Vedendo queste caratteristiche come hotspot a infrarossi luminosi, I Gemelli confermano che sono vuoti nelle nuvole. Anche se osservazioni precedenti hanno visto caratteristiche scure nella Grande Macchia Rossa, i venti rapidamente vorticosi al suo interno hanno nascosto la vera natura di questi punti fino a quando non sono state condotte le osservazioni simultanee di Hubble e Gemini.
Questa illustrazione del fulmine, torri convettive (teste di tuono), nuvole di acque profonde, e le radure nell'atmosfera di Giove si basa sui dati raccolti dalla sonda spaziale Juno, il telescopio spaziale Hubble, e l'Osservatorio internazionale dei Gemelli. Juno rileva i segnali radio generati dalle scariche dei fulmini. Poiché le onde radio possono attraversare tutti gli strati di nubi di Giove, Giunone è in grado di rilevare i fulmini nelle nuvole profonde e i fulmini sul lato diurno del pianeta. Hubble rileva la luce solare riflessa dalle nuvole nell'atmosfera di Giove. Diverse lunghezze d'onda penetrano a diverse profondità nelle nuvole, dando ai ricercatori la possibilità di determinare le altezze relative delle cime delle nuvole. Gemini mappa lo spessore delle nuvole fredde che bloccano la luce termica infrarossa dagli strati atmosferici più caldi sotto le nuvole. Le nuvole spesse appaiono scure nelle mappe a infrarossi, mentre le radure appaiono luminose. La combinazione di osservazioni può essere utilizzata per mappare la struttura della nuvola in tre dimensioni e dedurre i dettagli della circolazione atmosferica. Di spessore, nuvole torreggianti si formano dove sale l'aria umida (risalita e convezione attiva). Le radure si formano dove l'aria più secca affonda (downwelling). Le nuvole mostrate si alzano cinque volte più in alto rispetto a torri convettive simili nell'atmosfera relativamente poco profonda della Terra. La regione illustrata copre un'estensione orizzontale di un terzo maggiore di quella degli Stati Uniti continentali. Credito:NASA, ESA, M.H. Wong (UC Berkeley), e A. James e M.W. Carruthers (STScI)
"NIRI a Gemini North è il modo più efficace per gli Stati Uniti e gli investigatori della partnership internazionale Gemini per ottenere mappe dettagliate di Giove a questa lunghezza d'onda, " ha spiegato Wong. Gemini ha raggiunto una risoluzione di 500 chilometri (300 miglia) su Giove. "A questa risoluzione, il telescopio potrebbe risolvere i due fari di un'auto a Miami, visto da New York City, " ha detto Andrew Stephens, l'astronomo Gemelli che ha guidato le osservazioni.
"Queste osservazioni coordinate dimostrano ancora una volta che l'astronomia rivoluzionaria è resa possibile combinando le capacità dei telescopi Gemini con strutture gratuite terrestri e spaziali, " disse Martin Still, un direttore del programma di astronomia presso la National Science Foundation, che è l'agenzia di finanziamento statunitense di Gemini. "La partnership internazionale Gemini offre accesso aperto a una potente combinazione di area di raccolta di grandi telescopi, programmazione flessibile, e un'ampia selezione di strumenti intercambiabili."
