Un tuffo nelle nubi profonde di Giove

Una collaborazione tra il telescopio terrestre Gemini Nord, il telescopio spaziale Hubble e la sonda Juno ha permesso di studiare a fondo le nubi di Giove, svelando qualcosa in più sui fenomeni atmosferici del pianeta.
Gemini ha usato una tecnica che si chiama “lucky imaging”, “acquisizione fortunata”, che non vuol dire che è stata ottenuta per caso 🙂

Lucky imaging

Una tecnica per sfuggire all’effetto dell’atmosfera sulle osservazioni del cielo.
Si scattano tantissime foto all’oggetto che si vuole osservare e si tiene una piccola percentuale di quelle più nitide, sovrapponendole poi in un’unica foto composita.
Questa tecnica, detta “lucky imaging”, “acquisizione di immagine fortunata”, è una tecnica usata sin dagli anni Cinquanta e formalizzata nel 1978 da un articolo di David L. Fried, fisico esperto di ottica.
Nel caso della foto di Giove realizzata dal Gemini North Telescope, si è selezionato il 10% tra le foto scattate in 9 aree del pianeta (vedi video qui sotto).

Lucky imaging dell’atmosfera di Giove in infrarosso, eseguita dal Gemini North Telescope, sito in Mauna Kea, Hawaii. A sinistra il dettaglio e a destra l’intera immagine di Giove ottenuta come mosaico dei dettagli.
Crediti: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA, M.H. Wong (UC Berkeley) and team. Ringraziamenti: Mahdi Zamani.

Nel compiere osservazioni da terra di un oggetto celeste si deve lottare contro la presenza dell’atmosfera. L’aria attorno al telescopio si muove di continuo e causa uno sfarfallìo dell’immagine. Si tratta dello stesso fenomeno per cui le stelle ci sembrano tremolare anziché apparirci come punti fermi: la luce che dalla stella arriva all’occhio è costretta ad attraversare aria in movimento, che ci fa percepire la direzione da cui la luce arriva leggermente diversa istante per istante, dando quindi l’impressione che la stella sbrilluccichi. Ora, per quanto la cosa possa risultare romantica se siamo in una passeggiata serale in riva al mare, nelle osservazioni astronomiche l’effetto della presenza dell’atmosfera dev’essere compensato il più possibile.

E infatti gli astronomi ci lavorano da decenni, applicando tecniche diverse a seconda delle circostanze.

Nelle immagini di Giove ottenute da Gemini si è raggiunta una risoluzione di 500 chilometri, cioè si possono distinguere dettagli distanti oltre 500 chilometri: per confronto, il diametro di Giove è oltre 140mila chilometri.
«A questa risoluzione, il telescopio potrebbe distinguere i due fari di un’auto a Miami, vista da New York», riporta Andrew Stephens, l’astrofisico che ha guidato le osservazioni.

Giove senza veli

Ti starai chiedendo come mai le immagini in questo articolo non ritraggono Giove così come siamo abituati a riconoscerlo: con nubi di colore tra il bianco e le diverse tonalità di marroncino e crema, passando per il rosso dell’occhio. Cosa c’è di diverso? Quelle immagini di solito sono nel visibile, in banda ottica si dice, cioè sono ottenute con strumenti che “vedono” la luce nelle lunghezze d’onda che anche l’occhio umano distingue. Il lucky imaging di Gemini è stato fatto nell’infrarosso, lunghezze d’onda appena più lunghe di quelle del visibile, che noi non vediamo più con gli occhi, ma sentiamo ancora come calore sulla pelle.

L’immagine è stata giustamente paragonata dagli autori dello studio ad una zucca di Halloween: l’arancione brillante ricorda la luce della candela messa all’interno di una zucca intagliata, le cui parti lasciate intatte, che per Giove sono le nubi superficiali, impediscono il passaggio della luce in alcuni punti.
Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA M.H. Wong (UC Berkeley) and team. Ringraziamenti: Mahdi Zamani.

Le bande scure nell’immagine sono le nubi più superficiali di Giove: dense e fredde non lasciano passare la radiazione infrarossa che viene dagli strati sottostanti.
Le zone di un arancione più acceso sono invece nubi più profonde, più calde. Le zone intermedie sono quelle in cui la radiazione infrarossa, proveniente dalle nubi più calde sottostanti, riesce a oltrepassare nubi di superficie non troppo dense, arrivando quindi al rivelatore di Gemini.
In sostanza guardare Giove in infrarosso ci permette di guardare, in alcuni punti, sotto i primi veli di atmosfera, sbirciando così le nubi sottostanti più calde, solitamente poco visibili o del tutto non visibili se guardiamo in banda ottica.

Combo di osservazioni per scoprire che tempo fa su Giove

Tempesta. C’è un sacco di brutto tempo su Giove.

Il telescopio terrestre Gemini Nord, che si trova a Mauna Kea nelle Hawai, il telescopio spaziale Hubble (NasaEsaSTScI) e la sonda Juno (Nasa), che dal luglio 2016 è in orbita attorno a Giove, collaborano da anni per lo studio del pianeta gigante.

I tre strumenti osservano le nubi di Giove in bande diverse, in modo da combinare insieme diversi punti di vista e ottenere più informazioni.

Ad ogni passaggio ravvicinato che Juno compie attorno a Giove, rileva dei segnali in banda radio che sono prodotti dai fulmini che si liberano spesso e ovunque tra le nubi del pianeta. Juno è in grado di mappare dove questi fulmini si presentano, offrendo quindi dei punti di riferimento per lo studio delle nubi da parte di Gemini e di Hubble.
Mentre Juno ha rilevato i segnali radio, Hubble ha osservato nel visibile e in ultravioletto, guardando le sommità delle nubi grazie alla luce che esse riflettono dal sole, e Gemini ha completato il lavoro captando la radiazione termica infrarossa, consentendo l’esplorazione delle nubi più profonde.

Crediti immagine: NASAESA, M.H. Wong (UC Berkeley), and A. James and M.W. Carruthers (STScI)

Grazie a questa collaborazione si è scoperto qualcosa in più delle nubi di Giove. I potenti fulmini sembrano generati all’interno e attorno a grandi celle convettive sopra nuvole profonde di ghiaccio d’acqua e acqua liquida. Le celle convettive sono zone in cui il gas caldo risale turbolento verso l’alto, si raffredda, ridiscende verso il basso, in un ciclo continuo. Il gas delle torri convettive è anche umido, per questo si pensa provenire da nubi profonde che contengono acqua. Queste sono le nubi che “vede” Gemini, attraverso delle aperture, delle regioni in cui gas, stavolta secco e parzialmente trasparente all’infrarosso, si muove dall’altro dell’atmosfera verso il basso.

La più grande concentrazione di fulmini vista da Juno proveniva da una tempesta vorticosa denominata “ciclone filamentoso”. Le osservazioni da Gemini e Hubble mostrano dettagli del ciclone, rivelando che si tratta di una raccolta contorta di nubi convettive alte, con buchi profondi che offrono alla vista scorci delle nubi d’acqua molto più in basso.

Nelle profondità dell’occhio di Giove

In alto a sinistra la grande macchia rossa di Giove vista da Hubble nel visibile, in alto a destra la stessa zona vista da Gemini in infrarosso. Il fatto che le parti scure della macchia nel visibile corrispondano perfettamente alle parti brillanti in infrarosso ci dice che in quelle zone manca del materiale in supreficie e stiamo sbirciando gli strati sottostanti, più caldi.
Crediti immagine: NASAESA, and M.H. Wong (UC Berkeley) and team

Osservazioni multibanda come queste, cioè a diversi intervalli di lunghezza d’onda, sono sempre interessanti perché aiutano a completare il quadro di un fenomeno.
Ad esempio hanno permesso di rispondere ad un dubbio riguardo la grande macchia rossa di Giove, anche detta “occhio”: se le parti scure tra il rossastro della macchia fossero nubi di colore (quindi composizione chimica) differente oppure fossero zone in cui non c’è materiale e che quindi consente di vedere gli strati sottostanti. I quali però, essendo in ombra, nel visibile non si vedono.

Poiché le zone scure della macchia rossa sono brillanti nell’infrarosso (vedi immagine qua sopra), evidentemente lì non ci sono nubi scure ma ci sono aperture attraverso le quali si intravedono nubi più in profondità.

Fonti

La notizia è sul sito del Gemini Observatory, lo studio originale è “High-resolution UV/Optical/IR Imaging of Jupiter in 2016–2019” e alcune immagini che ho usato qui sono sul sito di Hubble.


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