Giove e la Grande Macchia Rossa ripresi in diversi momenti dal Telescopio Spaziale Hubble. Crediti: Nasa, Esa, A. Simon (Goddard Space Flight Center)
Quella di Giove è l’atmosfera planetaria più vasta che si conosca. Come la nostra, è suddivisa in strati verticali che, dall’alto verso il basso, sono l’esosfera, la termosfera, la stratosfera e la troposfera. Quest’ultimo è molto particolare. È infatti caratterizzato da una peculiare stratificazione orizzontale che dà al pianeta un aspetto a strisce. Ciò è dovuto all’alternanza, dall’equatore ai poli, di fasce scure, dette bande, e fasce chiare, dette zone, prodotte dalla diversa opacità delle nuvole presenti, a sua volta dipendente della differente concentrazione di ammoniaca, maggiore nelle zone rispetto alle bande.
Ma questo non è l’unico tratto distintivo della troposfera gioviana. Lo strato è infatti caratterizzato anche da una vasta gamma di fenomeni atmosferici attivi. Tra questi ci sono i vortici, moti di circolazione dell’atmosfera che, come sulla Terra, vengono suddivisi in due classi principali: cicloni e anticicloni. Tra questi ultimi fenomeni, con una dimensione simile a quella dell’intero nostro pianeta, la Grande Macchia Rossa è la più grande di Giove e di tutto il Sistema solare. Situata nell’emisfero meridionale, nella cosiddetta banda equatoriale meridionale, questa enorme tempesta anticiclonica è osservata da oltre 350 anni.
Tuttavia, se da un lato è possibile misurare la sua estensione orizzontale, determinare quella verticale – potremmo dire, il suo “girovita” – è un affare per niente semplice, soprattutto a causa dell’opacità dello strato di nubi che ne rende difficile l’osservazione in profondità.
Ora, un team di scienziati, guidati da Daphné Lemasquerier dell’istituto francese di ricerca per i fenomeni non in equilibrio (Irphe), ha effettuato esperimenti in laboratorio e sviluppato un nuovo modello grazie al quale è stato possibile risalire a questa profondità e studiare la dinamica dei moti atmosferici che interessano queste tempeste.
Tra gli autori dello studio, pubblicato questa settimana su Nature Physics, c’è Giulio Facchini. Nato nel 1989 a Bagno a Ripoli (Firenze), dopo aver conseguito la laurea triennale in fisica con un biglietto di sola andata si è trasferito in Francia, dove ha conseguito la specialistica alla Scuola Normale di Parigi e il dottorato all’istituto di ricerca sui sistemi fuori equilibrio di Marsiglia. Oggi è in forza all’università di Roehampton (Londra) con una Newton international postdoc fellowship finanziata da un grant della Royal Society. Media Inaf lo ha raggiunto mentre era in Francia per motivi di lavoro, proprio durante i preparativi in vista delle misure restrittive che il governo francese sta attuando in queste ore per rispondere all’emergenza coronavirus.
Giulio Facchini, postdoc all’Università di Roehampton (Uk) e coautore dello studio
Nello studio si parla di dinamica dei vortici gioviani e di forze d’equilibrio che creano questi anticicloni e ne forgiano la forma tridimensionale. Ci spieghi meglio.
«La dinamica dell’atmosfera di Giove, come quella terrestre, è fortemente influenzata da due ingredienti principali: la rotazione del pianeta e la stratificazione in densità, che si esprimono attraverso la forza apparente di Coriolis e la spinta di Archimede. Queste due forze possono mantenere anomalie di pressione locali (cicloni e anticicloni) che possono durare settimane sulla Terra, e perfino secoli su Giove. Qui le cose si complicano per la presenza delle famose bande che aggiungono ai vortici una tensione interna chiamata sforzo tangenziale o sforzo di taglio».
Che tipo di esperimenti e analisi avete condotto, per studiarle?
«Il nostro gruppo è specializzato nello studio di sistemi geofisici con esperimenti di laboratorio che riproducono solo gli elementi che sono ritenuti all’origine del fenomeno osservato. In questo studio abbiamo ricreato la stratificazione con acqua salata a diverse concentrazioni e lo sforzo di taglio con un sistema di pareti mobili, mentre tutto l’esperimento è stato montato su una piattaforma rotante. In parallelo abbiamo fatto simulazioni numeriche e sviluppato un modello che predice correttamente i risultati sperimentali».
E cosa dice, il vostro modello, riguardo alla Grande Macchia Rossa?
«Il modello permette di scrivere un’equazione di stato che mette in relazione le variabili ambientali (stratificazione, rotazione, sforzo di taglio) e quelle interne al vortice, che sono la sua velocità, la stratificazione interna e soprattutto la sua forma, sia nel piano orizzontale che verticale. In questo modo è stato possibile predire che la forma della Grande Macchia Rossa nel piano verticale – un dato che non si può misurare – è praticamente invariata da secoli, sebbene la sua forma nel piano orizzontale (quella che osserviamo) sia cambiata, apparendo meno ellittica – quindi più simile a una circonferenza – di quarant’anni fa (dati Hubble Space Telescope), o di centoquarant’anni fa, se si considerano i dati più antichi da telescopi terrestri».
Quale è stato il suo contributo a questo lavoro? E sopratutto, ci tolga una curiosità: come mai tra gli studi che ha firmato ce n’è uno sulle termiti?
«Questo lavoro è il risultato del mio lavoro di tesi di dottorato, in cui ho costruito l’esperimento e studiato diverse combinazioni di rotazione, stratificazione e sforzo di taglio, e di quello di Daphné Lemasquerier, che ha fatto le misure sperimentali con me e poi sviluppato il modello. Adesso ho cambiato settore e studio come le termiti costruiscono il loro nido. Un argomento diverso, è vero, ma l’approccio è sempre lo stesso: trovare gli ingredienti fondamentali e costruire un modello semplice che riproduca la realtà!»
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Physics l’articolo “Remote determination of the shape of Jupiter’s vortices from laboratory experiments” di Daphné Lemasquerier, Giulio Facchini, Benjamin Favier e Michael Le Bars