Giove, chiamato per il re degli antichi dei romani, comanda la sua mini-versione del nostro sistema solare di satelliti circolanti; i loro movimenti hanno convinto Galileo Galilei che la Terra non è il centro dell'universo all'inizio del XVII secolo. Più di 400 anni dopo, gli astronomi utilizzeranno il James Webb Space Telescope della NASA per osservare questi famosi soggetti, spingendo gli strumenti dell'osservatorio al massimo delle loro capacità e ponendo le basi per una scoperta scientifica di vasta portata.

Un team diversificato di oltre 40 ricercatori, guidato dagli astronomi Imke de Pater dell'Università della California, Berkeley e Thierry Fouchet dell'Osservatorio di Parigi, hanno progettato un ambizioso programma di osservazione che condurrà alcune delle prime osservazioni scientifiche di Webb nel sistema solare:studiare Giove, il suo sistema ad anello, e due delle sue lune:Ganimede e Io.

"Sarà un esperimento davvero impegnativo, " disse de Pater. "Giove è così luminoso, e gli strumenti di Webb sono così sensibili, che osservare sia il pianeta luminoso che i suoi anelli e lune più deboli sarà un eccellente test su come ottenere il massimo dalla tecnologia innovativa di Webb".

Giove

Oltre a calibrare gli strumenti di Webb per la luminosità di Giove, gli astronomi devono tenere conto anche della rotazione del pianeta, perché Giove completa un giorno in sole 10 ore. Diverse immagini devono essere unite in un mosaico per catturare completamente una certa area:la famosa tempesta conosciuta come la Grande Macchia Rossa, per esempio, un compito reso più difficile quando l'oggetto stesso si muove. Mentre molti telescopi hanno studiato Giove e le sue tempeste, Il grande specchio di Webb e i potenti strumenti forniranno nuove intuizioni.

"Sappiamo che l'atmosfera immediatamente sopra la Grande Macchia Rossa è più fredda di altre aree di Giove, ma a quote più elevate, nella mesosfera, l'atmosfera sembra essere più calda. Useremo Webb per indagare su questo fenomeno, " ha detto de Pater.

Webb esaminerà anche l'atmosfera della regione polare, dove la sonda spaziale Juno della NASA ha scoperto ammassi di cicloni. I dati spettroscopici di Webb forniranno molti più dettagli di quanto sia stato possibile nelle osservazioni passate, misurare i venti, particelle di nuvola, composizione del gas, e temperatura.

Le future osservazioni del sistema solare dei pianeti giganti con Webb trarranno beneficio dalle lezioni apprese in queste prime osservazioni del sistema gioviano. Il team ha il compito di sviluppare metodi per lavorare con le osservazioni Webb dei pianeti del sistema solare, che può essere utilizzato in seguito da altri scienziati.

Anelli

Tutti e quattro i pianeti giganti gassosi del sistema solare hanno anelli, con Saturno che è il più importante. Il sistema di anelli di Giove è composto da tre parti:un anello principale piatto; un alone all'interno dell'anello principale, a forma di lente biconvessa; e l'anello sottile, esterno all'anello principale. Il sistema di anelli di Giove è eccezionalmente debole perché le particelle che compongono gli anelli sono così piccole e sparse che non riflettono molta luce. Accanto alla luminosità del pianeta praticamente scompaiono, una sfida per gli astronomi.

"Stiamo davvero spingendo al limite le capacità di alcuni degli strumenti di Webb per ottenere una nuova serie unica di osservazioni, " ha detto il co-investigatore Michael Wong dell'Università della California, Berkeley. Il team testerà le strategie di osservazione per affrontare la luce diffusa di Giove, e costruire modelli per l'uso da parte di altri astronomi, compresi quelli che studiano esopianeti in orbita attorno a stelle luminose.

Il team cercherà anche di fare nuove scoperte negli anelli. De Pater ha notato che potrebbero esserci "lune effimere" da scoprire nel sistema dinamico degli anelli, e potenziali increspature nell'anello da impatti di comete, come quelli osservati e ricondotti all'impatto della cometa Shoemaker-Levy 9 nel 1994.

Ganimede

Diverse caratteristiche del ghiacciato Ganimede lo rendono affascinante per gli astronomi. Oltre ad essere la luna più grande del sistema solare, e più grande anche del pianeta Mercurio, è l'unica luna nota per avere un proprio campo magnetico. Il team indagherà sulle parti più esterne dell'atmosfera di Ganimede, la sua esosfera, per comprendere meglio l'interazione della luna con le particelle nel campo magnetico di Giove.

Ci sono anche prove che Ganimede potrebbe avere un oceano di acqua salata liquida sotto la sua spessa superficie di ghiaccio, che Webb indagherà con uno studio spettroscopico dettagliato di sali superficiali e altri composti. L'esperienza del team nello studio della superficie di Ganimede potrebbe essere utile nello studio futuro di altre lune ghiacciate del sistema solare sospettate di avere oceani sotterranei, tra cui la luna di Saturno Encelado e il compagno satellite di Giove Europa.

io

In drammatico contrasto con Ganimede c'è l'altra luna che il team studierà, io, il mondo vulcanicamente più attivo del sistema solare. La superficie dinamica è ricoperta da centinaia di enormi vulcani che farebbero impallidire quelli sulla Terra, così come laghi di lava fusa e lisce pianure alluvionali di lava solidificata. Gli astronomi hanno in programma di utilizzare Webb per saperne di più sugli effetti dei vulcani di Io sulla sua atmosfera.

"C'è ancora molto che non sappiamo sulla struttura della temperatura atmosferica di Io, perché non abbiamo i dati per distinguere la temperatura a diverse altitudini, " disse de Pater. "Sulla Terra diamo per scontato che mentre si sale su una montagna, l'aria diventa più fresca, sarebbe lo stesso su Io? In questo momento non lo sappiamo, ma Webb potrebbe aiutarci a scoprirlo."

Un altro mistero che Webb indagherà su Io è l'esistenza di "vulcani invisibili, " che emettono pennacchi di gas senza la polvere che riflette la luce che può essere rilevata da veicoli spaziali come le missioni Voyager e Galileo della NASA, e così finora sono passati inosservati. L'elevata risoluzione spaziale di Webb sarà in grado di isolare i singoli vulcani che in precedenza sarebbero apparsi come un grande hotspot, permettendo agli astronomi di raccogliere dati dettagliati sulla geologia di Io.

Webb fornirà anche dati senza precedenti sulla temperatura degli hotspot di Io, e determinare se sono più vicini al vulcanismo sulla Terra oggi, o se hanno una temperatura molto più alta, simile all'ambiente sulla Terra nei primi anni dopo la sua formazione. Precedenti osservazioni della missione Galileo e degli osservatori a terra hanno suggerito queste alte temperature; Webb darà seguito a quella ricerca e fornirà nuove prove che potrebbero risolvere la questione.

Sforzo di gruppo

Le osservazioni dettagliate di Webb non sostituiranno quelle di altri osservatori, ma piuttosto coordinarsi con loro, Ha spiegato Wong. "Le osservazioni spettroscopiche di Webb copriranno solo una piccola area del pianeta, in modo che le viste globali da osservatori terrestri possano mostrare come i dati dettagliati di Webb si adattano a ciò che sta accadendo su scala più ampia, simile a come Hubble e l'Osservatorio Gemini forniscono un contesto per lo stretto, osservazioni ravvicinate".

A sua volta, Lo studio di Webb sulle tempeste e l'atmosfera di Giove completerà i dati di Giunone, compresi i segnali radio dei fulmini, che Webb non rileva. "Nessun osservatorio o astronave può fare tutto, "Wong ha detto, "quindi siamo molto entusiasti di combinare i dati di più osservatori per dirci molto di più di quanto potremmo imparare da una sola fonte".

Questa ricerca viene condotta come parte di un programma Webb Early Release Science (ERS). Questo programma fornisce tempo ai progetti selezionati nelle prime fasi della missione dell'osservatorio, consentendo ai ricercatori di apprendere rapidamente come utilizzare al meglio le capacità di Webb, producendo anche una scienza robusta.

Il James Webb Space Telescope sarà il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo quando verrà lanciato nel 2021. Webb risolverà i misteri nel nostro sistema solare, guarda oltre a mondi lontani intorno ad altre stelle, e sondare le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e Agenzia Spaziale Canadese.