SPUNTA UN PENNACCHIO D’AMMONIACA RAGGELATA

Alma scruta nella tempesta gioviana

La chiamano eruzione ma è un fenomeno atmosferico, ora confermato dalle immagini del radiotelescopio Alma. Si tratta d'una tempesta nell’atmosfera di Giove che, in modo simile a un temporale terrestre, fa risalire cumuli d'ammoniaca riscaldata da strati più bassi, per poi emergere platealmente dalla cima delle nubi ghiacciate che avvolgono il pianeta

Immagine radio di Giove realizzata con Alma. Le bande luminose indicano temperature più alte e corrispondono alle cinture del pianeta che appaiono marroni in luce visibile, mentre le bande scure rappresentano temperature più basse e corrispondono alle zone di Giove che sono spesso bianche a lunghezze d’onda visibili. Questa immagine contiene oltre 10 ore di dati, quindi i dettagli fini sono offuscati dalla rotazione del pianeta. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. de Pater et al.; NRAO/AUI NSF, S. Dagnello

Riccioli di nuvole, immense cinture colorate che decorano il pianeta come una torta multistrato, tempeste giganti: la turbolenta e affascinante atmosfera di Giove è finita innumerevoli volte nel mirino di osservatòri terrestri e spaziali. Come in questa recente immagine ripresa dal telescopio spaziale Hubble. Tuttavia, quello che si può vedere con i telescopi ottici è solo la superficie, o meglio la parte superiore dell’atmosfera gioviana. Per sondare l’interno occorrono altre lunghezze d’onda, come le onde radio.

Proprio nuove immagini radio prodotte dal radiotelescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) – una schiera di 66 antenne operate da un consorzio internazionale sulle Ande cilene – hanno permesso di realizzare una panoramica unica dell’atmosfera di Giove, giù fino a cinquanta chilometri sotto il manto superficiale di nubi d’ammoniaca che avvolgono il pianeta.

«Alma ci ha consentito di realizzare una mappa tridimensionale della distribuzione di gas di ammoniaca sotto le nuvole. E, per la prima volta, siamo stati in grado di studiare l’atmosfera sotto gli strati di nubi di ammoniaca dopo un’energica eruzione avvenuta su Giove», spiega Imke de Pater, professore emerito dell’Università della California a Berkeley e primo autore del nuovo studio in via di pubblicazione su Astronomical Journal.

L’atmosfera del gigante gassoso Giove è composta principalmente da idrogeno ed elio, insieme a tracce di gas di metano, ammoniaca, acido solfidrico e acqua. Lo strato più alto di nuvole è costituito da ghiaccio di ammoniaca. Al di sotto c’è uno strato di particelle solide di idrosolfuro di ammonio, e ancora più in profondità, a circa 80 chilometri sotto il livello superiore, si trova probabilmente uno strato di nuvole di acqua liquida. Le variazioni nelle nuvole superiori danno origine alle ben note differenti colorazioni delle cinture marroni e delle zone bianche.

Mappa piana di Giove ottenuta in onde radio con Alma (in alto) e in luce visibile con il telescopio spaziale Hubble (in basso). L’eruzione nella cintura equatoriale meridionale è visibile in entrambe le immagini. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. de Pater et al.; NRAO/AUI NSF, S. Dagnello; NASA/Hubble

Molte delle tempeste su Giove hanno luogo all’interno di quelle cinture. Possono essere paragonate ai temporali sulla Terra e sono spesso associate a comparsa di fulmini. Le tempeste si rivelano in luce visibile come piccole nuvole luminose, chiamate pennacchi (plume). L’eruzione di questi pennacchi può causare una grave frattura nella cintura, una perturbazione che può rimanere visibile per mesi o anche anni.

Le nuove osservazioni Alma sono state effettuate pochi giorni dopo che alcuni astrofili avevano osservato un’eruzione nella cintura equatoriale meridionale di Giove. L’inizio dell’eruzione è stato segnato dalla comparsa di un piccolo pennacchio bianco brillante, successivamente è stata osservata una perturbazione su larga scala nella cintura, che è durata per settimane dopo l’eruzione.

De Pater e colleghi hanno usato Alma per studiare l’atmosfera al di sotto del pennacchio e della fascia di nubi interessata dalla tempesta, confrontando le immagini ottenute in onde radio con quelle in luce visibile, ultravioletta e infrarossa ottenute da altri telescopi, che hanno osservato simultaneamente lo stesso evento.

I dati hanno mostrato che queste nuvole temporalesche raggiungevano l’apice della tropopausa – la parte più fredda dell’atmosfera – dove si estendevano in modo simile ai cumulonembi a forma di incudine che generano fulmini e tuoni sulla Terra.

Questa illustrazione della “convezione umida” nell’atmosfera di Giove mostra un pennacchio in crescita che origina a circa 80 chilometri al di sotto delle cime delle nuvole, dove la pressione è cinque volte quella sulla Terra (5 bar) e che, risalendo attraverso regioni dove l’acqua si condensa, forma idrosolfuro di ammonio e l’ammoniaca si congela in ghiaccio, proprio sotto il punto più freddo dell’atmosfera, la tropopausa. Crediti: adattato da un’illustrazione di Leigh Fletcher, Università di Leicester

«Le nostre osservazioni Alma sono le prime a mostrare che alte concentrazioni di ammoniaca gassosa vengono sollevate durante un’eruzione energica» aggiunge de Pater. «La combinazione di osservazioni simultanee a diverse lunghezze d’onda ci ha permesso di esaminare l’eruzione in dettaglio. Questo ci ha portato a confermare l’attuale teoria secondo cui l’emersione dei pennacchi è innescata dalla convezione umida alla base delle nuvole d’acqua, che si trovano in profondità nell’atmosfera. I pennacchi portano il gas di ammoniaca dal profondo dell’atmosfera alle alte quote, ben al di sopra del manto superficiale di nuvole».

Secondo la teoria della convezione umida (moist convection), le correnti convettive portano un mix di ammoniaca e vapore acqueo in una quota sufficientemente alta – circa 80 chilometri al di sotto della cime delle nuvole – da consentire all’acqua di condensarsi in goccioline liquide. L’acqua di condensa rilascia calore, che espande la nuvola e la fa risalire rapidamente verso l’alto attraverso altri strati di nuvole, rompendo infine le nuvole di ghiaccio di ammoniaca nella parte superiore dell’atmosfera.

L’inerzia acquisita dal pennacchio trasporta la nuvola di ammoniaca sopra lo strato ghiacciato di nuvole esistenti, fino a quando la nuova ammoniaca non si congela a sua volta, creando un pennacchio bianco brillante che si staglia contro le fasce colorate che circondano Giove.

Per saperne di più:

  • Leggi l’anteprima dell’articolo in via di pubblicazione su Astronomical JournalFirst ALMA Millimeter Wavelength Maps of Jupiter, with a Multi-Wavelength Study of Convection”, di Imke de Pater, R. J. Sault, Chris Moeckel, Arielle Moullet, Michael H. Wong, Charles Goullaud, David DeBoer, Bryan Butler, Gordon Bjoraker, Mate Adamkovics, Richard Cosentino, Padraig T. Donnelly, Leigh N. Fletcher, Yasumasa Kasaba, Glenn Orton, John Rogers, James Sinclair, Eric Villard

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