Al polo sud di Giove si nasconde uno spettacolo sorprendente, anche per un pianeta gigante gassoso coperto da bande colorate che sfoggia una macchia rossa più grande della terra. Giù vicino al polo sud del pianeta, per lo più nascosti agli occhi indiscreti degli umani, è una raccolta di tempeste vorticose disposte in un motivo geometrico insolitamente.

Da quando sono stati individuati per la prima volta dalla sonda spaziale Juno della NASA nel 2019, le tempeste hanno presentato una sorta di mistero agli scienziati. Le tempeste sono analoghe agli uragani sulla Terra. Però, sul nostro pianeta, gli uragani non si raccolgono ai poli e volteggiano l'uno intorno all'altro a forma di pentagono o di esagono, così come le curiose tempeste di Giove.

Ora, un gruppo di ricerca che lavora nel laboratorio di Andy Ingersoll, Caltech professore di scienze planetarie, ha scoperto perché le tempeste di Giove si comportano in modo così strano. Lo hanno fatto usando la matematica derivata da una dimostrazione scritta da Lord Kelvin, un fisico e ingegnere matematico britannico, quasi 150 anni fa.

Ingersoll, che era un membro della squadra Juno, dice che le tempeste di Giove sono notevolmente simili a quelle che sferzano la costa orientale degli Stati Uniti ogni estate e autunno, solo su una scala molto più ampia.

"Se sei andato sotto le cime delle nuvole, probabilmente troverai gocce di pioggia d'acqua liquida, salve, e neve, " dice. "I venti sarebbero uragani. Gli uragani sulla Terra sono un buon analogo dei singoli vortici all'interno di queste disposizioni che vediamo su Giove, ma non c'è niente di così straordinariamente bello qui."

Come sulla Terra, Le tempeste di Giove tendono a formarsi più vicino all'equatore e poi si spostano verso i poli. Però, Gli uragani e i tifoni della Terra si dissolvono prima che si allontanino troppo dall'equatore. Giove continua ad andare avanti finché non raggiunge i poli.

"La differenza è che sulla terra gli uragani esauriscono l'acqua calda e corrono nei continenti, " Dice Ingersoll. Giove non ha terra, "quindi c'è molto meno attrito perché non c'è niente contro cui sfregare. C'è solo più gas sotto le nuvole. Anche Giove ha calore residuo dalla sua formazione che è paragonabile al calore che riceve dal sole, quindi la differenza di temperatura tra il suo equatore e i suoi poli non è così grande come sulla Terra".

Però, Ingersoll dice, questa spiegazione ancora non tiene conto del comportamento delle tempeste una volta raggiunto il polo sud di Giove, il che è insolito anche rispetto ad altri giganti del gas. Saturno, che è anche un gigante gassoso, ha un'enorme tempesta a ciascuno dei suoi poli, piuttosto che un insieme geometrico di tempeste.

La risposta al mistero del perché Giove ha queste formazioni geometriche e altri pianeti no, Ingersoll e i suoi colleghi scoprirono, si poteva trovare in passato, in particolare nel lavoro condotto nel 1878 da Alfred Mayer, un fisico americano, e Lord Kelvin. Mayer aveva posizionato magneti circolari galleggianti in una pozza d'acqua e aveva osservato che si sarebbero disposti spontaneamente in configurazioni geometriche, simili a quelli visti su Giove, con forme che dipendevano dal numero di magneti. Kelvin ha utilizzato le osservazioni di Mayer per sviluppare un modello matematico per spiegare il comportamento dei magneti.

"Nel XIX secolo, le persone stavano pensando a come i pezzi rotanti di fluido si sarebbero organizzati in poligoni, " Dice Ingersoll. "Anche se ci sono stati molti studi di laboratorio su questi poligoni fluidi, nessuno aveva pensato di applicarlo a una superficie planetaria."

Fare così, il team di ricerca ha utilizzato una serie di equazioni note come equazioni delle acque poco profonde per costruire un modello al computer di ciò che potrebbe accadere su Giove, e ha iniziato a eseguire simulazioni.

"Volevamo esplorare la combinazione di parametri che rende stabili questi cicloni, " dice Cheng Li (Phd '17), autore principale e 51 Pegasi b post-dottorato presso l'UC Berkeley. "Ci sono teorie consolidate che prevedono che i cicloni tendano a fondersi al polo a causa della rotazione del pianeta ed è quello che abbiamo trovato nelle prime prove".

Infine, però, il team ha scoperto che si formerebbe una disposizione geometrica stabile delle tempeste simile a Giove se le tempeste fossero circondate da un anello di venti che girassero nella direzione opposta rispetto alle tempeste rotanti, o un cosiddetto anello anticiclonico. La presenza di anelli anticiclonici fa sì che le tempeste si respingano a vicenda, piuttosto che fondersi.

Ingersoll afferma che la ricerca potrebbe aiutare gli scienziati a capire meglio come si comporta il tempo sulla Terra.

"Altri pianeti forniscono una gamma di comportamenti molto più ampia di quella che si vede sulla Terra, " lui dice, "così studi il tempo su altri pianeti per mettere alla prova le tue teorie."

La carta, intitolato, "Modellazione della stabilità dei modelli poligonali dei vortici ai poli di Giove come rivelato dalla navicella spaziale Juno, " appare nel numero dell'8 settembre del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze.