Le nubi temporalesche radicate nell'atmosfera di Giove stanno influenzando le zone bianche e le fasce colorate del pianeta, creando disturbi nel loro flusso e anche cambiando il loro colore.

Grazie alle osservazioni coordinate del pianeta nel gennaio 2017 da sei telescopi ottici e radiotelescopi terrestri e dal telescopio spaziale Hubble della NASA, un'università della California, Berkeley, l'astronoma e i suoi colleghi sono stati in grado di monitorare gli effetti di queste tempeste, visibili come pennacchi luminosi sopra le nuvole di ghiaccio di ammoniaca del pianeta, sulle cinture in cui appaiono.

Le osservazioni alla fine aiuteranno gli scienziati planetari a comprendere le complesse dinamiche atmosferiche su Giove, quale, con la sua Grande Macchia Rossa e colorata, fasce a forma di torta a strati, lo rendono uno dei pianeti gassosi giganti più belli e mutevoli del sistema solare.

Uno di questi pennacchi è stato notato dall'astronomo dilettante Phil Miles in Australia pochi giorni prima delle prime osservazioni dell'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in Cile, e le foto catturate una settimana dopo da Hubble hanno mostrato che il pennacchio aveva generato un secondo pennacchio e aveva lasciato un disturbo a valle nella fascia di nuvole, la fascia equatoriale sud. I pennacchi in aumento hanno poi interagito con i potenti venti di Giove, che allungavano le nuvole a est e a ovest dal loro punto di origine.

Tre mesi prima, quattro punti luminosi sono stati visti leggermente a nord della cintura equatoriale settentrionale. Sebbene quei pennacchi fossero scomparsi entro il 2017, la cintura da allora si era allargata verso nord, e il suo bordo settentrionale aveva cambiato colore dal bianco al marrone aranciato.

"Se questi pennacchi sono vigorosi e continuano ad avere eventi convettivi, possono disturbare una di queste intere bande nel tempo, anche se potrebbero volerci alcuni mesi, " ha detto il capo dello studio Imke de Pater, un professore emerito di astronomia dell'Università di Berkeley. "Con queste osservazioni, vediamo un pennacchio in corso e le conseguenze degli altri."

L'analisi dei pennacchi supporta la teoria che abbiano origine a circa 80 chilometri al di sotto delle sommità delle nuvole, in un luogo dominato da nuvole di acqua liquida. Un documento che descrive i risultati è stato accettato per la pubblicazione nel Giornale Astronomico ed è ora in linea.

Nella stratosfera

L'atmosfera di Giove è composta principalmente da idrogeno ed elio, con tracce di metano, ammoniaca, acido solfidrico e acqua. Lo strato di nubi più in alto è costituito da ghiaccio di ammoniaca e comprende le fasce marroni e le zone bianche che vediamo ad occhio nudo. Al di sotto di questo strato di nubi esterno si trova uno strato di particelle solide di idrosolfuro di ammonio. ancora più profondo, a circa 80 chilometri sotto il ponte di nuvole superiore, è uno strato di gocce d'acqua liquida.

Le nubi temporalesche studiate da Pater e dal suo team appaiono nelle fasce e nelle zone come pennacchi luminosi e si comportano in modo molto simile ai cumulonembi che precedono i temporali sulla Terra. le nuvole temporalesche di Giove, come quelli sulla Terra, sono spesso accompagnati da fulmini.

Le osservazioni ottiche non possono vedere sotto le nuvole di ammoniaca, però, così de Pater e il suo team hanno indagato più a fondo con i radiotelescopi, tra cui ALMA e anche il Very Large Array (VLA) nel New Mexico, che è gestito dal National Radio Astronomy Observatory, finanziato dalla National Science Foundation.

Le prime osservazioni di Giove da parte dell'array ALMA sono state tra il 3 e il 5 gennaio 2017, pochi giorni dopo che uno di questi pennacchi luminosi è stato visto da astronomi dilettanti nella fascia equatoriale meridionale del pianeta. Una settimana dopo, Hubble, la VLA, i Gemelli, Gli osservatori Keck e Subaru alle Hawaii e il Very Large Telescope (VLT) in Cile hanno catturato immagini nel visibile, radio e raggi infrarossi medi.

De Pater ha combinato le osservazioni radio ALMA con gli altri dati, si è concentrato in particolare sulla tempesta appena prodotta mentre perforava le nuvole di ghiaccio ammoniacale del ponte superiore.

I dati hanno mostrato che queste nubi temporalesche raggiungevano l'altezza della tropopausa, la parte più fredda dell'atmosfera, dove si diffondono in modo molto simile ai cumulonembi a forma di incudine che generano fulmini e tuoni sulla Terra.

"Le nostre osservazioni di ALMA sono le prime a mostrare che durante un'eruzione energetica vengono generate alte concentrazioni di gas ammoniaca, " ha detto de Pater.

Le osservazioni sono coerenti con una teoria, chiamata convezione umida, su come si formano questi pennacchi. Secondo questa teoria, la convezione porta una miscela di ammoniaca e vapore acqueo abbastanza alta, a circa 80 chilometri sotto la sommità delle nuvole, da consentire all'acqua di condensarsi in goccioline liquide. L'acqua di condensa rilascia calore che espande la nuvola e la spinge rapidamente verso l'alto attraverso altri strati di nuvole, infine rompendo le nuvole di ghiaccio di ammoniaca nella parte superiore dell'atmosfera.

L'impulso del pennacchio porta la nube di ammoniaca superraffreddata sopra le nubi di ammoniaca e ghiaccio esistenti finché l'ammoniaca non si congela, creando un luminoso, pennacchio bianco che si staglia contro le bande colorate che circondano Giove.

"Siamo stati davvero fortunati con questi dati, perché sono state scattate pochi giorni dopo che gli astronomi dilettanti hanno trovato un pennacchio luminoso nella fascia equatoriale meridionale, " disse de Pater. "Con ALMA, abbiamo osservato l'intero pianeta e abbiamo visto quel pennacchio, e poiché ALMA sonda al di sotto degli strati di nubi, potevamo effettivamente vedere cosa stava succedendo sotto le nuvole di ammoniaca".

Hubble ha scattato immagini una settimana dopo ALMA e ha catturato due punti luminosi separati, il che suggerisce che i pennacchi provengano dalla stessa sorgente e siano trasportati verso est dalla corrente a getto d'alta quota, portando ai grandi disturbi osservati nella cintura.

Coincidentalmente, tre mesi prima, pennacchi luminosi erano stati osservati a nord della fascia equatoriale settentrionale. Le osservazioni del gennaio 2017 hanno mostrato che quella cintura si era allargata in larghezza, e la fascia dove erano state viste per la prima volta i pennacchi virò dal bianco all'arancione. De Pater sospetta che l'espansione verso nord della cintura equatoriale settentrionale sia il risultato del gas proveniente dai pennacchi impoveriti di ammoniaca che ricadono nell'atmosfera più profonda.

Il collega e coautore di De Pater, Robert Sault dell'Università di Melbourne in Australia, ha utilizzato uno speciale software per computer per analizzare i dati di ALMA per ottenere mappe radio della superficie paragonabili alle foto a luce visibile scattate da Hubble.

"La rotazione di Giove una volta ogni 10 ore di solito offusca le mappe radio, perché queste mappe richiedono molte ore per essere osservate, " disse Sault. "Inoltre, a causa delle grandi dimensioni di Giove, abbiamo dovuto "scansionare" il pianeta, così potremmo fare un grande mosaico alla fine. Abbiamo sviluppato una tecnica per costruire una mappa completa del pianeta".