Misteri di Giove: come le stazioni interplanetarie hanno studiato il gigante gassoso

Il 13 aprile 2023 l’Agenzia spaziale europea lancia la missione Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) per

Giove. La stazione interplanetaria automatica affronterà un lungo viaggio di quasi otto anni prima di iniziare a esplorare il pianeta più grande del sistema solare e i suoi satelliti ghiacciati. 

JUICE non sarà il primo esplorativoun veicolo che si avvicinerà al gigante gassoso: otto stazioni interplanetarie si sono avvicinate a Giove in passato, e proprio ora la sonda Juno della NASA sta esplorando il pianeta. Alcuni di loro hanno utilizzato il gigante gassoso solo come "fermata" intermedia per utilizzare la sua gravità per ottenere l'accelerazione ed entrare in una determinata orbita per raggiungere l'estrema periferia del sistema solare e oltre. Altri hanno studiato intenzionalmente il pianeta stesso e i suoi numerosi satelliti.

Fugaci vagabondi che volano in lontananza e le loro scoperte

Due veicoli spaziali gemelli progettati dalla NASAPioneer 10 e Pioneer 11 sono diventati i primi veicoli artificiali che hanno superato la fascia degli asteroidi e si sono avvicinati al pianeta più grande del sistema solare. Sebbene le missioni siano iniziate a circa un anno di distanza e abbiano seguito traiettorie diverse, insieme hanno compiuto una serie di imprese storiche.

Pioneer 10 è stato lanciato il 2 marzo 1972 conmissione ambiziosa per studiare la fascia degli asteroidi, l'atmosfera di Giove e il sistema solare esterno. Circa un anno e mezzo dopo il lancio, ha raggiunto Giove. Al suo massimo avvicinamento, il 4 dicembre 1973, volò a una distanza di 132.000 km dalle nuvole di Giove.

"Pioneer-10" ha scattato le prime foto dettagliateprimo piano del gigante gassoso e ha effettuato osservazioni delle sue cinture di radiazione, del campo magnetico e molto altro. Terminata la sua missione principale, la sonda si è diretta verso la stella Aldebaran, che dovrebbe raggiungere tra circa 2 milioni di anni.

Lanciato circa un anno dopo il suoil suo predecessore, Pioneer 11, ha attraversato la fascia degli asteroidi nel 1974. Aveva bisogno dell'aiuto della gravità di Giove per raggiungere Saturno: il 2 dicembre la stazione interplanetaria è passata a una distanza di circa 42,8mila km dal bordo delle nubi del pianeta. Come risultato di questa parte della missione, ha scattato foto delle regioni polari di Giove e delle sue lune.

Illustrazione artistica delle sonde Pioneer-10 e Pioneer-11. Immagine: NASA Ames

Immagini di Giove e delle due lune più grandi di Europa (a sinistra) e Ganimede (a destra) riprese dalla sonda Pioneer 10. Immagine: NASA

I prossimi "turisti" che hanno visitato il gasgigante, divennero due sonde: "gemelle" "Voyagers". Voyager 2 lanciato il 20 agosto 1977, seguito da Voyager 1 due settimane dopo. Quest'ultimo ha superato il suo "gemello", ha sorvolato Giove nel marzo 1979 e ha scattato più di 18mila immagini del gigante gassoso e dei suoi satelliti. La seconda sonda, che ha raggiunto Giove quattro mesi dopo, ha permesso ai ricercatori di confrontare come sta cambiando la faccia del pianeta.

Lo studio ha mostrato come si muove e si sviluppaatmosfera del pianeta. Tra le altre cose, la Voyager ha mostrato per la prima volta che la Grande Macchia Rossa era una tempesta che ruotava in senso antiorario e che interagiva con altre tempeste più piccole. Inoltre, i satelliti hanno scoperto un debole anello di polvere che circonda il pianeta e diverse lune precedentemente sconosciute, hanno scoperto vulcani attivi su Io e per la prima volta hanno mostrato faglie lineari sulla superficie di Europa - il primo segno di un oceano nascosto. 


Immagini della Voyager di Giove e della Grande Macchia Rossa. Foto: NASA

Nel 1992, un veicolo spaziale ha sorvolato Giove.apparato "Ulisse". La missione principale di questo satellite era studiare il Sole. Ma per andare oltre il piano dell'eclittica (il piano in cui si muovono i pianeti) e visualizzare le regioni polari della stella, la sonda ha utilizzato anche la gravità del pianeta più grande. Durante un sorvolo del pianeta, gli strumenti satellitari sono riusciti a misurare e perfezionare la forma e le dimensioni della magnetosfera di Giove.

La sonda Cassini-Huygens è un progetto congiunto della NASA,Agenzie Spaziali Europea e Italiana - è noto soprattutto per la sua esplorazione di Saturno: per più di 10 anni ha percorso l'orbita del pianeta. Ma sulla strada per il sito di ricerca, questo dispositivo è riuscito anche a studiare Giove. Le telecamere ad alta risoluzione della stazione interplanetaria hanno scattato 26.000 immagini dell'atmosfera di Giove durante diversi mesi di sorvolo. Queste fotografie hanno aiutato gli scienziati a ripensare alla loro comprensione delle bande rosse e bianche di gas attorno al pianeta.

Un'immagine di Giove ripresa dalla sonda Cassini. Foto: NASA/JPL/Istituto di scienze spaziali

L'ultima sonda a sorvolare Giove è stata"Nuovi orizzonti". Una visita al gigante gassoso nel 2007 è stata una parte importante della missione del veicolo spaziale, poiché la gravità del pianeta avrebbe dovuto aiutarlo a orientarlo verso Plutone. Durante il sorvolo di cinque mesi, New Horizons ha perfezionato i calcoli dell'orbita per le lune interne di Giove e ha scattato per la prima volta le prime fotografie ravvicinate della piccola macchia rossa.

Galileo è il primo a orbitare attorno a Giove

Quattro veicoli spaziali (“Pioneers” eI Voyager avevano già visitato Giove in precedenza, ma Galileo fu la prima sonda ad entrare intenzionalmente in orbita attorno al gigante gassoso. È stato lanciato il 18 ottobre 1989 e ha raggiunto il pianeta più grande nel dicembre 1995. 

Mentre era in orbita, Galileo è caduto nell'atmosferala sonda che per prima ha campionato l'atmosfera di un pianeta gassoso. Ha misurato la temperatura, la pressione, la composizione chimica, le caratteristiche delle nuvole, ha studiato la luce solare, i fulmini e l'energia interna del pianeta. Nei suoi 58 minuti di funzionamento, la sonda è penetrata per 200 km nell'atmosfera turbolenta di Giove prima di essere schiacciata, fusa o vaporizzata a causa dell'intensa pressione e temperatura.

Illustrazione artistica del Galileo che sorvola la superficie vulcanica di Io. Immagine: NASA

Per caso, era Galileo per la prima voltaha osservato una cometa che ha colpito un pianeta quando Shoemaker-Levy 9 si è scontrato con Giove. Inoltre, per 14 anni di lavoro nell'orbita del pianeta, il veicolo spaziale ha scoperto un'intensa fascia di radiazioni sopra le cime delle nuvole di Giove, l'elio approssimativamente nella stessa concentrazione del Sole, la presenza di un oceano salato sotto la superficie di Europa, e ha anche raccolto dati sul nucleo di ferro e sul campo magnetico su Ganimede.

21 settembre 2003, quando Galileo quasiesaurito il carburante, la NASA ha deliberatamente inviato la navicella spaziale a un "atterraggio" suicida. La sonda è bruciata nell'atmosfera di Giove per proteggere Europa, nei cui oceani gli scienziati ritengono che la vita possa nascondersi.

Le quattro lune più grandi di Giove fotografate da Galileo (da sinistra a destra in ordine crescente di distanza dal pianeta): Io, Europa, Ganimede, Callisto. Immagine: NASA/JPL/DLR

 Juno esplora le profondità dell'atmosfera

La missione Juno è solo il secondo spazioun dispositivo dedicato allo studio del pianeta più grande del sistema solare. È stato lanciato dalla NASA il 5 agosto 2011, è arrivato su Giove nel luglio 2016 ed è ancora operativo. 

L'obiettivo principale di Juno è saperne di piùl'origine di Giove e come il pianeta cambia nel tempo. Durante la sua permanenza su Giove, la stazione automatica ha esaminato le profondità dell'atmosfera del gigante gassoso. Le violente tempeste sul pianeta sembrano più caotiche e inarrestabili di quanto si pensasse: ad esempio, la navicella spaziale ha rilevato un ammasso di cicloni e anticicloni al polo nord di Giove, alcuni più grandi della Terra.

Immagine combinata basata su dati,raccolti da Juno nell'infrarosso, che mostra il ciclone centrale al polo nord del pianeta e otto cicloni circostanti. Immagine: NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

Sebbene Juno non possa osservare il nucleo di Giovedirettamente, il veicolo spaziale ha fornito agli scienziati la prova che il nucleo del pianeta è più grande e "più sfocato" di quanto si pensasse in precedenza. I ricercatori ritengono che il gigante gassoso abbia un nucleo "sfocato" piuttosto che un centro piccolo e solido.

Juno ha anche rilevato diversi tipi di fulminisu Giove, fornendo agli scienziati nuove informazioni sull'atmosfera del pianeta. Le conclusioni tratte dai dati raccolti suggeriscono che il tempo su Giove è, in alcuni casi, radicalmente diverso da quello terrestre. Ad esempio, sul nostro pianeta, la maggior parte dei fulmini proviene da nuvole d'acqua. Ma Giunone ha scoperto che almeno un tipo di fulmine si forma in alto nell'atmosfera di Giove, dove le temperature sono troppo basse per l'acqua. Forse sorgono a causa della collisione di cristalli di ghiaccio e ammoniaca.

Una sezione della regione equatoriale di Giove (i poli non sono visibili, sono a sinistra e a destra), ottenuta da Giunone. Immagine: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

La missione originale di Juno si è conclusa nel 2021, ma la NASA l'ha estesa fino al 2025. Durante questo periodo, la navicella spaziale osserverà più da vicino Ganimede, Europa e Io. 

JUICE è la prima sonda a orbitare attorno al satellite 

Nonostante numerosi studi, moltiLe domande su Giove e le sue lune rimangono senza risposta, soprattutto quelle relative alla possibilità di vita negli oceani nascosti sotto il ghiaccio, e forse JUICE può rispondere ad alcune di esse.

Il viaggio della sonda verso Giove durerà 7,5 anni eincluderà tre ritorni sulla Terra: la nave sfrutterà la gravità del nostro pianeta e un sorvolo di Venere per regolare la sua traiettoria ed entrare in orbita attorno al gigante gassoso nel dicembre 2031. 

Secondo il piano, trascorrerà tre anni in orbita del pianeta,effettuando sorvoli ravvicinati dei suoi tre satelliti principali: Europa, Ganimede e Callisto. Successivamente, andrà in orbita attorno al più grande satellite di Ganimede, diventando il primo dispositivo artificiale a orbitare attorno a un satellite diverso dalla Luna.

JUICE effettuerà solo due passaggi ravvicinati dell'Europa, volandoad una distanza di circa 400 km sopra la superficie del satellite. È troppo vicino a Giove perché i veicoli spaziali possano rimanere qui per molto tempo. Successivamente, eseguirà 21 sorvoli della più esterna delle quattro lune principali, Callisto, avvicinandosi a una distanza di 200 km dalla sua superficie. La missione si concluderà con un'orbita stabile attorno a Ganimede.


Animazione artistica di JUICE nell'orbita di Ganimede. Video: ESA

JUICE ha 10 strumenti scientifici installati,che aiuterà gli scienziati ad analizzare le lune di Giove e il loro potenziale per la vita. Questi includono telecamere, sensori per analizzare la composizione chimica delle croste ghiacciate delle lune e dei loro ambienti, magnetometri e radar che creeranno mappe dettagliate delle superfici dei satelliti e guarderanno sotto di loro per la prima volta. 

La missione sarà lanciata dallo spazioporto nella Guyana francese il 13 aprile 2023 alle 15:15 ora di Mosca. L'ESA inizierà il live streaming del lancio alle 14:45.

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Sulla copertina:illustrazione artistica della missione JUICE. Immagine: ESA/ATG medialab (veicolo spaziale); NASA/ESA/J. Nichols (Giove); NASA/JPL (Ganimede); NASA/JPL/Università dell'Arizona (Io); NASA/JPL/DLR (Callisto ed Europa)