Giove

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Il pianeta Giove

Giove (dal latino Iuppiter, g. Iovis) è il quinto pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole, nonché il pianeta più massiccio del sistema: ha infatti una massa 2,468 superiore a quella di tutti i pianeti messi insieme [1]. Si tratta di un gigante gassoso (o pianeta gioviano), categoria di cui fanno parte anche Saturno, Urano e Nettuno; è il primo dei giganti gassosi in ordine di distanza dal Sole ed il secondo dei pianeti esterni, dopo Marte. Visto dalla Terra, il pianeta è in grado di raggiungere una magnitudine apparente massima di -2,8, che lo rende il quarto oggetto più brillante nel cielo notturno, dopo il Sole, la Luna e Venere [1].

Giove ha una composizione simile a quella del Sole: infatti è costituito principalmente da idrogeno, con una discreta percentuale di elio ed altri composti, quali ammoniaca e metano, in tracce. A causa della sua rapida rotazione, Giove presenta l'aspetto di uno sferoide oblato, ovvero possiede un rigonfiamento all'equatore e uno schiacciamento ai poli. Si ritiene che il pianeta possieda un nucleo solido costituito da carbonio e silicati, circondato da una vasta copertura atmosferica che genera su di esso delle altissime pressioni. L'atmosfera esterna è caratterizzata da numerose bande e strisce costellate da circoli ciclonici, tra i quali si annovera la grande macchia rossa, una formazione originatasi circa 300 anni fa tutt'ora in frenetica attività. La zona di transizione fra l'atmosfera e la superficie è formalmente identificata come la regione in cui i gas atmosferici, a causa dell'enorme pressione, cominciano a passare allo stato liquido [2][3]. Il volume del pianeta è tale che, al suo interno, potrebbe contenere circa 1 319 volte la Terra [4].

A causa delle sue dimensioni, Giove è talvolta considerato una stella fallita: infatti, avesse avuto l'opportunità di accrescere la propria massa sino a 90 volte quella attuale, il suo nucleo avrebbe ospitato le condizioni necessarie per innescare le reazioni di fusione nucleare dell'idrogeno in elio, il che avrebbe reso il sistema solare un sistema binario [5].

Il pianeta, conosciuto fin dall'antichità dai Babilonesi, dai Greci e dai Romani, è stato associato più volte al credo religioso di quest'ultime culture. Ai Romani, e prima ancora ai Greci, si deve l'attuale nome del pianeta: infatti ambedue le culture hanno identificato l'astro con il padre degli dei (Zeus per i Greci, Giove per i Romani) [6].

Il suo simbolo è una rappresentazione stilizzata del fulmine del dio ().

Osservazione

Giove osservato con un telescopio amatoriale da Terra.

Il moto apparente di Giove nella sfera celeste: Giove, come tutti i pianeti esterni, compie un moto retrogrado.

Giove è il quarto oggetto più brillante nel cielo, dopo il Sole, la Luna e Venere [7]. La sua magnitudine apparente varia, a seconda della posizione durante il suo moto di rivoluzione, da -1,6 a -2,8, mentre il suo diametro apparente varia da 29,8 a 50,1 secondi d'arco [8]; tuttavia, in alcuni punti della sua orbita, Marte riesce a superare Giove in luminosità, ma si tratta di un evento molto raro [7]. Le opposizioni favorevoli si verificano ogni qual volta Giove transiterà al perielio, un evento che si verifica una volta ogni rivoluzione. La prossima opposizione di Giove si verificherà intorno al settembre 2010 [9].

Il periodo sinodico del pianeta è di 398,88 giorni, al termine del quale sembra spostarsi in maniera retrograda (ovvero sembra spostarsi all'indietro nel cielo notturno) rispetto allo sfondo stelle, eseguendo una sorta di traiettoria ad anello. Giove, nei 12 anni circa della propria rivoluzione, percorre tutte le costellazioni dello zodiaco [4].

Il periodo di rivoluzione gioviano corrisponde anche a circa i due quinti il periodo orbitale di Saturno, col quale forma dunque una risonanza orbitale di 5:2. Poiché l'orbita di Giove è esterna all'orbita terrestre Terra, l'angolo di fase gioviano visto dalla Terra non è mai superiore a 11,5° ed è quasi sempre vicino vicino allo zero, ovvero il pianeta appare quasi sempre completamente illuminato quando osservato dalla Terra. Fu solo durante le missioni sulla Luna ed in orbita che Giove fu fotografato durante una sua fase di dicotomia [10].

Tabella delle effemeridi

Nella seguente tabella sono riportate le effemeridi di Giove, per alcuni giorni del mese. La tabella vuole essere d'ausilio per pianificare eventuali osservazioni sul pianeta. Le coordinate celesti [11], di natura topocentrica, sono riferite alle 0h 00m T.U. per le date indicate, esse verranno aggiornate di mese in mese. Gli istanti del sorgere e del tramonto sono dati in tempo civile italiano e riferiti a Roma; essi possono ritenersi validi per tutta l'Italia se si accetta un errore, nei tempi indicati, di pochi minuti.

Storia delle osservazioni

Galileo Galilei, scopritore dei quattro Satelliti Medicei.

Nel 1610, Galileo Galilei scoprì le quattro maggiori lune di Giove: Io, Europa, Ganimede e Callisto (ora note come lune galileiane o satelliti medicei, in onore della famiglia dei Medici) utilizzando il primo esemplare di telescopio: è la prima osservazione dettagliata su Giove e la prima osservazione di un satellite naturale del sistema solare. Tuttavia, uno storico cinese, Xi Zezong, ha affermato che De Gan, un astronomo sempre della stessa nazione, abbia scoperto almeno una delle lune di Giove nel 362 a.C., ad occhio nudo [12][13]. Comunque, questa scoperta è stata un importante punto a favore della teoria copernicana, in quanto è la prima osservazione di corpi che non ruotano attorno alla Terra; per questa scoperta, Galileo è stato anche sottoposto alla minaccia dell'Inquisizione [14].

Durante 1660, l'astronomo Gian Domenico Cassini utilizzando un nuovo telescopio scoprì alcune bande, la grande macchia rossa di Giove e scoprì che Giove ha la forma di uno sferoide oblato. Nel 1690, poi, Cassini notò che l'atmosfera di Giove è sottoposta a rotazione differenziale e che ha una qualche composizione diversa da quella terrestre.

La grande macchia rossa, è stata anche osservata nel 1664 da Robert Hooke.

Dopo due secoli di nessuna significativa scoperta, il farmacista Heinrich Schwabe disegnò la prima carta completa di Giove e della grande macchia rossa e la pubblicò nel 1831 [15]. La grande macchia rossa è stata osservata sparire e poi riapparire a più riprese nel 1883 [16]. Attenti astronomi formularono precise tavole del movimento delle 4 lune di Giove e grazie a quelle tavole ne prevedevano la posizione. Tuttavia, nel 1670-1700, è stato osservato che, quando Giove è sul lato opposto del Sole, il transito delle lune ha un ritardo di circa 17 minuti rispetto a quello previsto. L'astronomo Ole Rømer ne dedusse che la visione di Giove non fosse istantanea (conclusione che Cassini aveva precedentemente respinto [17]) e questa discrepanza è stata in futuro usata per il calcolo della velocità della luce e per il chiarimento sul concetto della velocità non infinita della luce stessa [18].

Nel 1892, E. E. Barnard osservò un quinto satellite di Giove: Amaltea [19]. Essa è stata l'ultima luna di Giove ad essere stata scoperta da un telescopio [20]. Ulteriori otto satelliti sono stati in seguito scoperti dal flyby del Voyager 1, nel 1979.

Nel 1932, Rupert Wildt ha individuato delle bande di assorbimento di ammoniaca e metano nello spettro elettromagnetico di Giove [21]. Nel 1938 sono stati osservati anche i tre anticicloni principali posti sotto la grande macchia rossa. Nel 1970, scienziati americani scoprono che Giove irradia il doppio dell'energia che riceve e che emette lampi radio. In seguito, è stata osservata la Schomaker Levi 9 (vedi l'apposita sezione).

Missioni spaziali

Molte missioni spaziali hanno portato delle sonde in vicinanza di Giove, gran parte delle quali hanno sfruttato l'effetto fionda gravitazionale (scoperto da Giuseppe Colombo) della Terra, del Sole e di Marte per raggiungere il pianeta in minor tempo e ridurre gli sprechi di carburante. Altre missioni, invece, non sono state dirette allo studio di Giove, ma di altri corpi del sistema solare, hanno però usato il re dei pianeti come fionda gravitazionale o hanno fatto un flyby [22].

Missioni flyby

Giove ripreso dalla sonda Cassini.

La Pioneer 10 ha fatto un flyby di Giove nel mese di dicembre del 1973, seguita dalla Pioneer 11 esattamente un anno più tardi. Sono state le prime sonde a sorvolare il pianeta gassoso, fotografando per la prima volta la superficie, scoprendo nuovi satelliti e misurando il campo magnetico per la prima volta. Occultazioni delle sonda dietro il pianeta migliorarono il valore dello schiacciamento e del diametro polare [4][23].

Sei anni più tardi, la Voyager 1 ha effettuato un flyby seguita dalla Voyager 2. Le missioni Voyager hanno migliorato enormemente la comprensione delle lune galileiane e dell'atmosfera di Giove, della quale diedero le prime riprese. Esse hanno scoperto gli anelli di Giove, altre 8 lune ed hanno inoltre confermato che la Grande macchia rossa è anticiclonica. Confrontando le immagini del Voyager con quelle del Pioneer risulta che la macchia, nel frattempo, si era leggermente sbiadita e rimpicciolita. Le sonde Voyager scattarono moltissime immagini e scoprirono i vulcani di Io. Il Voyager 2 osservò un lampo nell'atmosfera di Giove.^[1][2]

Nel febbraio del 1992, la sonda solare Ulysses ha effettuato un passaggio ravvicinato attorno a Giove ad una distanza di 450 000 km (6,3 raggi gioviani). Il flyby era necessario per raggiungere l'orbita polare attorno al Sole, ed è stato sfruttato per condurre studi sulla magnetosfera di Giove. Poiché la sonda non aveva telecamere a bordo, non è stata ripresa alcuna immagine. Nel febbraio 2004 la sonda si avvicinò nuovamente a Giove, anche se questa volta la distanza fu molto maggiore, circa 240 milioni di chilometri. ^[3]

Nel 2000, la sonda Cassini, durante il precorso verso Saturno, ha volato su Giove ed ha fornito alcune delle immagini a più alta risoluzione della storia di Giove. Il 19 dicembre 2000 il veicolo spaziale ha catturato l'immagine di luna Imalia, ma la risoluzione è stata troppo bassa per mostrare i dettagli della superficie.^[4]

La sonda New Horizons, durante il viaggio verso Plutone, ha eseguito un flyby per sfruttare la gravità di Giove. L'approccio più vicino è avvenuto il 28 febbraio 2007.^[5] Le telecamere della sonda al'uscita dall'orbita di Giove, hanno misurato l'energia del plasma emesso dai vulcani di Io ed hanno studiato brevemente, ma in dettaglio, i quattro satelliti medicei.^[6][7]

La missione Galileo

La conclusione della missione della sonda Galileo in una rappresentazione artistica.

Ad oggi l'unica sonda entrata in orbita a Giove è la sonda Galileo, che vi è entrata il 7 dicembre del 1995. Ha orbitato il pianeta per oltre 7 anni, compiendo flyby di tutti i satelliti galileiani e di Amaltea. Nel 1994, mentre si avvicinava a Giove, la sonda ha anche assistito all'impatto della cometa Shoemaker-Levy 9.
Sebbene le informazioni raccolte dalla sonda sul sistema gioviano siano molte estese, la missione non è stata un completo successo dato che la sua grande antenna ad alto guadagno non si è mai dispiegata.^[8]

Nel luglio del 1995 dalla Galileo è stata lanciata una sonda che è entrata nell'atmosfera di Giove il 7 dicembre. Si è paracadutata per 150 km attraverso l'atmosfera raccogliendo dati per 57,6 minuti, prima di essere schiacciata dalla pressione a cui era sottoposta. Con ogni probabilità in seguito si è fusa e poi vaporizzata.
La stessa sorte è toccata alla Galileo stessa quando, il 21 settembre del 2003, è stata deliberatamente spinta verso il pianeta a una velocità di oltre 50 km/s. La Galileo è stata distrutta per evitare qualsiasi possibilità che in futuro potesse collidere con il satellite Europa e contaminarlo.^[8]

Missioni future

La NASA sta progettando la missione Juno, il cui lancio è previsto per il 2011, per lo studio di Giove da un'orbita polare^[9].

La possibile presenza di un oceano liquido su una delle lune di Giove, Europa, ha portato ad un crescente interesse per uno studio ravvicinato delle lune ghiacciate. Dopo l'annullamento, per motivi di budget, di tre missioni proposte dalla NASA, Europa Orbiter pianificata per il 2002, JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter) attesa per il 2012 e di Pioneer H, l'ESA sta progettando l'invio della sonda JEO (Jovian Europa Orbiter)^[10] in data ancora da definirsi.

Caratteristiche chimico-fisiche

Composizione

L'atmosfera di Giove, nel suo insieme, è composta dall’88-92% di idrogeno e dall'8-12% di elio. Il suo interno, invece, è composto dal 76% d’idrogeno e dal 23% di elio, mentre il restante uno per cento consiste in altri elementi. L'atmosfera contiene anche tracce di metano, vapore acqueo, ammoniaca, carbonio, etano, idrogeno solforato, neon, ossigeno, fosforo e zolfo. All'esterno dell'atmosfera sono presenti strati di cristalli di ammoniaca congelati.^[2][11][12]

Sulla base della spettroscopia, si è pensato che Saturno possa essere molto simile per composizione a Giove, ma, anche se è così Giove presenta una quantità di elementi pesanti minori superiore a quella di Saturno.^[13] Tuttavia, possiamo affermare che la composizione di Giove è sempre molto più leggera rispetto a Urano e Nettuno.

Massa e dimensioni

Comparazione approssimativa delle dimensioni di Giove e della Terra

Giove è 2,468 volte più massiccio di tutti i pianeti del sistema solare messi insieme. È talmente massiccio che il centro di gravità Sole-Giove cade esternamente al Sole, essendo posto a 743 000 km di distanza dalla nostra stella. In raffronto alla Terra, Giove è 317,938 volte più pesante, ha un volume 1 319 volte superiore a quello terrestre e una densità estremamente bassa: 1,319 kg/dm². Il diametro è 11,2008 volte maggiore di quello terrestre.^[14][1]

Modelli teorici indicano, controintuitavamente, che se Giove fosse più massiccio avrebbe un diametro inferiore. Infatti aumentando la massa, il nucleo si comprimerebbe rilasciando calore. Il calore farebbe sciogliere parte dell'idrogeno metallico. Questo elemento allo stato liquido reagirebbe con l'atmosfera aumentando i gas volatili e la pressione al suolo, con conseguente compressione del pianeta, diminuzione del diametro, del volume e con aumento della densità. Questa dinamica varrebbe fino a circa 10 masse gioviane, oltre questo limite aumenti di massa determinerebbero aumenti effettivi di volume. Al raggiungimento del valore di circa 75 masse gioviane si raggiungerebbe il valore critico per l'innesco di reazioni termonucleari che porterebbe alla formazione di una nana bruna o, addirittura, di una nana rossa.^[15]

Anche se Giove dovrebbe essere circa 75 volte più massiccio per diventare una stella, la più piccola stella mai scoperta è solo il 40 per cento più grande del diametro di Giove. ^[16]

Probabilmente, questo fenomeno è generato dal meccanismo di Kelvin-Helmholtz, che comporta il raffreddamento della superficie di Giove ed un conseguente calo di pressione e di dimensioni. A sua volta questa compressione genera un riscaldamento del nucleo stellare o planetario. Attualmente Giove, con questo meccanismo, si comprime di circa 2 cm all'anno. ^[17]

Struttura interna

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La struttura interna di Giove

Secondo i modelli astrofisici più moderni e ormai accettati da tutta la comunità scientifica, Giove non possiede una crosta solida; il gas atmosferico diventa sempre più denso procedendo verso l'interno e gradualmente si converte in liquido, al quale si aggiunge una piccola percentuale di elio, ammoniaca, metano, zolfo, idrogeno solforato ed altri ^[18]

A circa 25000 km di profondità, ad una pressione maggiore di 3 milioni di atmosfere, l'idrogeno liquido molecolare si converte in idrogeno liquido metallico cioè in una mistura di protoni ed elettroni, estremamente compressi. ^[17]

Gli elettroni, strappati ai protoni, circolano liberamente creando correnti elettriche. Scendendo ancora più in profondità, a 37000 km, si incontrerebbe un nucleo roccioso del diametro di 12000 km probabilmente composto di silicati di ferro. Qui la temperatura raggiunge i 30000° C (gradi Celsius), mentre nella zona di transizione si aggira attorno a 11000° C. Nell'idrogeno "metallico" che costituisce il suo nucleo la rapida rotazione del pianeta produce un campo magnetico che è circa 10 volte più intenso di quello terrestre.

Il nucleo del pianeta è piccolo e roccioso, con presenza di carbonio. La presenza del nucleo è stata confermata da diverse osservazioni, tuttavia, potrebbe essere una stabilizzazione del carbonio e dei pochi materiali rocciosi presenti alla formazione di Giove. ^[19]

La temperatura e la pressione all'interno di Giove aumentano costantemente verso il nucleo. Nella fase di transizione tra l'idrogeno liquido e quello metallico liquido, si ritiene che la temperatura sia di 10.000 K e la pressione è di 200 GPa. La temperatura al centro confine è stimato a 36.000 K e la pressione interna è di circa 4500 GPa. ^[16]

L'accelerazione di gravità presente su Giove, a livello della superficie, è molto alta, la più intensa nel sistema solare, ad esclusione, naturalmente, del Sole. Si è calcolato che sia pari a 2,64 volte quella presente sulla Terra, grazie alla seguente formula (g è la gravità di Giove in unità terrestri, M è la massa di Giove in unità di massa terrestri ed <math>R^2</math> è il raggio di Giove, in unità terrestri, al quadrato):

<math>g=\frac{M}{R^2}</math>

Questo significa, fra l'altro, che un uomo che sulla Terra pesi 80 chili, su Giove peserebbe circa 210 chili. A meno di scoperte rivoluzionarie o di soluzioni fantasiose (l'astronauta immerso in un ambiente di acqua, contenuto in una speciale vasca nell'astronave), è impossibile per un essere umano odierno visitare la superficie liquida di Giove. È però possibile esplorarne l'atmosfera gassosa.

Gli altri pianeti gassosi (o meglio "liquidi"), e cioè Saturno, Urano e Nettuno, hanno un valore di accelerazione di gravità simile a quello che si sperimenta sulla Terra, e sono perciò teoricamente esplorabili dall'uomo.

Atmosfera

L'atmosfera gioviana appare tipicamente rossastra e poco uniforme, in quanto presenta bande, cicloni (le macchie), jet stream e via dicendo. Poco sotto l'equatore, spostata a sinistra, è visibile la più grande tempesta ciclonica mai scoperta: la Grande Macchia Rossa.

Nubi e strati

Giove è perennemente coperto di nubi, composte da ammoniaca, metano e idrogeno solforato. Le nuvole si trovano nella tropopausa e sono organizzate in bande di diverse latitudini, note come regioni tropicali. La velocità del vento nelle correnti a getto (jet stream) che si aprono nell'atmosfera è di 100-120 m/s (360-400 km/h) ^[20]

Le zone nuvolose, spesse circa 50 km, sono ricoperte anche da un sottile velo d'acqua, come dimostrano i fulmini captati dalla Sonda Galileo (l'acqua è una molecola polare che può portare ad un addebito di energia e pertanto è in grado di creare la carica di separazione necessaria per produrre un fulmine). Questi fulmini possono essere fino a mille volte più potenti di un fulmine terrestre. Le bande sono state osservate variare in larghezza, in colore e in intensità di anno in anno, ma esse sono rimaste sufficientemente stabili affinché gli astronomi potessero dare loro delle denominazioni o identificazioni.

Ogni tanto accade un fenomeno inusuale nelle nubi: delle colorazioni marrone-arancio, forse causate da composti chimici complessi che emettono luce in questo colore quando sono esposti alla radiazione ultravioletta del Sole. L'esatta composizione di queste sostanze rimane incerta, ma si ritiene che siano largamente composte da fosforo, zolfo o, eventualmente, idrocarburi complessi. Giove, avendo una bassa inclinazione assiale espone i propri poli a una radiazione solare inferiore rispetto a quella delle zone equatoriali. Per questa ragione il processo convettivo trasporta più energia ai poli, formando un vero e proprio ciclo delle nubi del pianeta di cui conosciamo ancora molto poco.^[1]

Grande Macchia Rossa ed altre tempeste

Vista della Grande Macchia Rossa di Giove e dei suoi dintorni ripresa dalla Voyager 1 il 25 febbraio 1979, quando la sonda si trovava a circa 9 milioni di chilometri di distanza. L'immagine mostra dettagli grandi circa 160 chilometri. La regione colorata e piena di onde a sinistra della Macchia Rossa è sede di moti straordinariamente complessi. L'ovale bianco subito sotto la Macchia Rossa ha le stesse dimensioni della Terra.

La Grande Macchia Rossa, come accennato in precedenza, è una vasta tempesta anticiclonica, posta a 22° sotto l'equatore del pianeta, che dura da almeno 300 anni. La tempesta è abbastanza grande da essere visibile con telescopi posti sulla Terra.

Fu osservata per la prima volta da Cassini o da Hooke attorno al 1665. Ha un colore rosso perché, si pensa, contiene un gas ricco di metano, che proviene dagli strati sottostanti dell'atmosfera. Questo modello rimane tuttavia speculativo.

L'oggetto ha una forma ovale e ruota in senso antiorario, con un periodo di circa 6 giorni. Le dimensioni della Grande Macchia Rossa, piuttosto variabili, sono 24-40.000 km per 12-14.000 km. È abbastanza grande da contenere due o tre pianeti della grandezza della Terra. Le nuvole in cima a questa tempesta si trovano circa 8 km più in alto di quelle circostanti.^[21]

Tempeste come queste non sono rare nelle atmosfere dei pianeti giganti gassosi. Per esempio, Nettuno ha una Grande Macchia Scura. Saturno ha avuto brevemente grandi macchie bianche. Anche Giove ha degli ovali bianchi, assieme ad altri marroni, tutte tempeste più piccole e senza una denominazione. Gli ovali bianchi sono in genere composti da nuvole relativamente fredde nell'alta atmosfera. Gli ovali marroni sono più caldi, e si trovano ad altezza normale. Queste tempeste possono durare indifferentemente poche ore o molti secoli. Oggiorno l'ovale bianco sotto la macchia Rossa è una nuova tempesta: è stata nominata la grande macchia rossa junior ed è grande quanto la Terra.^[22][23] Le simulazioni suggeriscono che la Macchia possa assorbire tempeste più piccole, e in effetti episodi simili sono stati intravisti al telescopio.

Nel settembre 2008 la NASA scopre un'altra nuova frammentazione della grande macchia rossa: si tratta della cosidetta Baby macchia rossa, una picolissima formazione ciclonica distaccatasi dalla grande macchia rossa ed all'inizio di ottobre 2008 riassorbita nuovamente dopo un transito. Attualmente (2008), la Grande Macchia Rossa è grande circa la metà di come lo era 100 anni fa, e il suo colore rosso è più sbiadito che in passato. Non si sa quanto la Macchia durerà, o se questi cambiamenti sono il risultato di normali fluttuazioni.^[24]

Campo magnetico

Il campo magnetico di Giove.

Giove possiede un ampio e potente campo magnetico, 14 volte più intenso di quello terrestre, inclinato di 10° rispetto all'asse di rotazione del pianeta e bipolare, che varia tra 4,2 gauss (0,42 miliTesla) all'equatore e 13 gauss (1,3 miliTesla) ai poli, il che lo rende il pianeta con il più intenso campo magnetico del sistema solare (con l' eccezione dei campi magnetici delle macchie solari). Questo campo magnetico, con molta probabilità, è generato nella zona del pianeta contenente l'idrogeno metallico liquido, che tramite interazioni degli elettroni produce l'energia sufficiente per innescare la dinamo e produrre quindi il campo magnetico stesso.

Il vento solare e le polveri dei vicini anelli rimangono, come analogalmente avviene sulla Terra, intrappolate nelle fasce di Van Allen, creando un'ampia ed estesa magnetosfera e delle spettacolari auroree polari. Gli elettroni di questo plasma ionizzano la nube solforosa emessa dall'attività vulcanica di Io, dandogli una caratteristica forma a toro. Particelle di idrogeno dell'atmosfera di Giove sono anche intrappolate nel campo magnetico. Gli elettroni all'interno della nuvola magnetosferica generano un forte disturbo radio che oscilla tra 0.6 e 30 MHz. ^[25]

Questa suggestiva immagine mostra un'aurora boreale di Giove, i tre punti sono generati dalle interazioni di Io, Ganimede ed Europa

A circa 75 raggi gioviani, vi è la magnetopausa, cioè il confine tra il normale campo magnetico del sistema solare e quello gioviano, dove ormai la magnetosfera gioviana è flebilissima. Il vento solare interagisce con queste regioni, fino all'orbita di Saturno. Le quattro maggiori lune di Giove orbitano tutte entro la magnetosfera, che le protegge dal vento solare.^[16]

La magnetosfera gioviana è anche responsabile di interferenze radio con la terra. Quando Io raggiunge il punto cruciale di intense emissioni magnetiche gioviane, si forma un cono dove vi è un notevole disturbo radio. Quando la terra interseca questo cono, le emissioni radio di Giove possono, addirittura, superare quelle del Sole.^[26]

Parametri orbitali e rotazione

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La distanza media Sole-Giove è di 778,33 milioni di km (5,202 UA) e completa una rivoluzione ogni 11,86 anni. L'orbita di Giove è inclinata di 1,31° rispetto all'eclittica. A causa di una eccentricità di 0,048, la distanza tra Giove ed il Sole varia da 740 742 598 km al perielio e 816 081 455 km all'afelio. La velocità orbitale media di Giove è di 47 051 km/h; la circonferenza orbitale misura complessivamente 4 774 000 000 km.

L'inclinazione assiale di Giove è relativamente modesta: solo 3,13°. Quindi il pianeta non presenta un ciclo stagionale, a differenza di Marte o della Terra.^[27]

Giove è il pianeta con il giorno più corto del sistema solare: completando un giro su se stesso in 9h 55m 40 36s all'equatore. Il risultato di questa veloce rotazione è la caratteristica forma di uno sferoide oblato e la rotazione differenziale delle bande atmosferiche. L'accelerazione centripeta è minima ai poli ed massima all'equatore e questo causa una precessione dell'asse di Giove che si compie nel giro di 12 000 anni.^[28]

Satelliti naturali

Template:Vedi anche Attorno a Giove ruotano 63 satelliti, di cui solo 16 hanno un nome ben definito e 47 hanno meno di 9 km di diametro. I più importanti, detti anche satelliti Galileiani o Medicei, furono scoperti da Galileo Galilei e da questi dedicati a Cosimo II de' Medici (da cui deriva il nome Satelliti Medicei): Io, Europa, Ganimede e Callisto. Un'altra importante luna è Amaltea.

Lune Galileiane

Le orbite dei satelliti galileiani sono molto perturbate dalla gravità di Giove.^[29]Essi possono transitare davanti o dietro al disco del pianeta, eccone una veloce descrizione:

I quattro satelliti galileiani: Io, Europa, Ganimede, Callisto.

• Io: caratterizzato da un'intensa attività vulcanica, provocata dalla piccola distanza che lo separa da Giove e dalla sua orbita eccentrica. Le potentissime maree indotte da Giove sulla superficie di Io provocano fusione delle rocce, e conseguenti fenomeni di emissiome di roccia fusa, cioè di lava. La superficie del satellite è in continua mutazione, provocata dall'emissione di materiale vulcanico.
• Europa: ha un nucleo roccioso ricoperto da una spessa coltre di ghiaccio, priva di crateri. Attualmente si ritiene possibile trovare acqua in forma liquida, nascosta sotto lo spesso strato di ghiaccio superficiale. A causa dei continui movimenti della crosta ghiacciata sulla superficie del satellite è impossibile rinvenire crateri meteoritici, ben visibili su tutti gli altri satelliti gioviani.
• Ganimede: il più grande dei satelliti, formato da ghiaccio e rocce. È anche il più grande di tutti i satelliti del Sistema Solare, primato che fino a pochi anni fa si riteneva appartenere a Titano, luna di Saturno.
• Callisto: composto da ghiaccio e roccia, ha una superficie craterizzata ed è molto antico, forse uno dei primi satelliti del sistema solare a formarsi.

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Classificazione delle lune gioviane

Prima delle missioni Voyager, le lune di Giove sono state classificate ordinatamente in quattro gruppi di quattro elementi, in base alle caratteristiche orbitali. Ma, dopo le missioni Voyager, la missione Galileo e moltissime osservazioni attraverso il telescopio, il gran numero di satelliti scoperti, con orbite irregolari o attorno agli anelli (questi ultimi son detti satelliti pastore), ha reso insufficiente questa classificazione. Quindi si è pensato di introdurre una classificazione basata su sei gruppi principali ed uno irregolare, ma, a causa della confusione tra lune-asteroidi e lune vere e proprie, anche questa suddivisione non è più valida.

Oggiorno, la classificazione più usate divide le lune di Giove in due gruppi: regolari e irregolari, in base alla loro forma. Le irregolari sono suddivise in sei sottogruppi e quelle regolari in due sotto gruppi, come si può osservare nella tabella qui sotto. Si pensa che gran parte delle lune irregolari, così come gli anelli, possano essere state originate da alcune lune regolari che, in seguito ad un cataclisma si sono spezzate in tanti frammenti e sono rimasti sotto l'influsso della gravità gioviana.^[30][31]

Anelli

Template:Vedi anche Il pianeta Giove possiede un debole sistema di anelli planetari composti da particelle simili a polvere, per la maggior parte provenienti dai satelliti naturali del pianeta in seguito a violenti impatti meteorici. Si tratta cioè di silicati (mentre, a titolo di confronto, gli anelli di Saturno sono composti principalmente di ghiaccio d'acqua).

Cenni storici

Gli anelli di Giove sono caratterizzati da un'albedo estremamente bassa, mediamente pari a circa 0,05^[33], e furono pertanto scoperti solamente nel 1979, quando la sonda spaziale Voyager 1 effettuò un sorvolo ravvicinato del pianeta.

I primi indizi della loro esistenza erano emersi nel 1974, quando la sonda Pioneer 10, nel corso di un fly-by, aveva individuato un intenso campo magnetico che trattiene particelle cariche in particolari regioni di spazio più o meno prossime al pianeta, analogamente a quanto avviene nelle fasce di van Allen terrestri; vi era tuttavia una inaspettata carenza di particelle fra i 50.000 e i 55.000 km di altitudine rispetto all'atmosfera del pianeta, che aveva portato ad ipotizzare l'esistenza di un satellite o di un anello planetario.

Gli anelli di Giove.

Dopo le osservazioni fortuite da parte del Voyager 1, che scattò una sola fotografia dei deboli anelli di Giove, il Voyager 2 fu riprogrammato mentre era già in viaggio verso Giove per predisporre i propri strumenti ad uno studio approfondito degli anelli.

Struttura

L'architettura del sistema gioviano di anelli è il risultato dell'interazione di un certo numero di forze; la forza gravitazionale esercitata da Giove e dai suoi satelliti (e in particolare dai satelliti pastore, che orbitano in prossimità o all'interno degli anelli); la forza elettromagnetica dovuta all'intenso campo magnetico rotante del pianeta; la forza di attrito dovuta alla presenza di polveri interplanetarie (più dense in prossimità di Giove).

Gli anelli si compongono di piccole polveri e microscopiche dendriti che ruotano attorno al pianeta. Gli anelli più interni si trovano all'interno del limite di Roche di Giove, ovvero la distanza dal centro del pianeta a cui un satellite può mantenere la propria struttura fisica senza disgregarsi per effetto delle forze di marea; per corpi aventi la stessa densità del pianeta madre, questo limite equivale a 2,456 volte il raggio del pianeta.

Segue un prospetto sulle principali strutture degli anelli di Giove.

Esiste infine un quarto anello più esterno, che ruota in direzione retrograda attorno a Giove e la cui origine è sconosciuta; si tratta forse di polveri interplanetarie catturate dal pozzo gravitazionale del pianeta. L'anello è stato scoperto dalla sonda Galileo. Il suo raggio interno è pari a circa 1.120.000 km.

Interazioni col resto del sistema solare

Insieme con il Sole, l'interazione gravitazionale di Giove ha contribuito a plasmare il sistema solare. Le orbite della maggior parte degli asteroidi e dei gruppi di meteoriti che vagano per il sistema solare, sono influenzate dalla gravità di Giove e il pianeta potrebbe essere stato il responsabile del cataclisma avvenuto su Urano, che ha portato alla formazione del satellite Miranda e all'inclinazione di 87° dell'asse di Mercurio; avendo spinto fino ad Urano un grosso planetoide.^[35]

Quest'immagine mostra Giove ed il gruppo degli asteroidi troiani.

In aggiunta alle sue lune, Giove, con il suo forte campo di gravità, possiede numerosi gruppi di asteroidi in orbita attorno ad esso, e che si sono stabiliti nei punti di Lagrange. Questi gruppo di meteoriti è noto come asteroidi troiani. I Troiani di Giove si dividono in due gruppi principali: l'uno precede il pianeta di 60° lungo il suo moto di rivoluzione attorno al Sole (il cosiddetto gruppo di Achille), l'altro lo segue di un uguale angolo (il gruppo di Patroclo, dal maggiore dei suoi asteroidi). Questi due punti corrispondono ai punti Lagrangiani L4 e L5 di Giove, dove il triangolo Giove-Sole-L4 oppure Giove-Sole-L5 permette ad un corpo di avere un'orbita stabile. Gli asteroidi ivi presenti provengono probabilmente dalla fascia principale, ed in seguito a varie perturbazioni gravitazionali hanno raggiunto una configurazione orbitale particolarmente stabile.

I nomi di questi asteroidi sono ispirati dagli eroi della guerra tra gli Achei e Troia. In origine un gruppo conteneva gli asteroidi con nomi greci e l'altro quelli troiani, ma il crescente numero di scoperte ha costretto l'Unione Astronomica Internazionale ad abolire il criterio. Il primo degli asteroidi troiani, 588 Achilles, fu scoperto da Max Wolf nel 1906; da allora sono stati osservati più di 2100 asteroidi.^[36] Il più grande è 624 Hektor.

Giove è stato chiamato l'aspirapolvere del sistema solare,^[37] in quanto con la sua gravità attira a sè centinaia di polveri, asteroidi, piccoli meteoriti, meteoridi e molte comete (come, ad esempio, la Schoomaker-Levi 9).^[38]Tuttavia, gli scienziati affermano che il numero di comete non diminuisce, in quanto ve ne sono più di 100 miliardi nella nube di Oort.^[39]

La collisione con la cometa Shoemaker-Levy 9

Gli effetti dell'impatto con la Shoemaker-Levy sulla superficie gioviana

Tra il 16 ed il 22 luglio del 1994, i frammenti della cometa Shoemaker-Levy 9 caddero su Giove in un vero e proprio bombardamento. L'evento era stato previsto da tempo, ma le previsioni su cosa sarebbe stato visibile erano incerte. I numerosissimi telescopi puntati sul pianeta, sia professionali che amatoriali, ripresero immagini che tutti definirono spettacolari. Le esplosioni causate dalla caduta della cometa furono anche utili per investigare le proprietà dell'atmosfera di Giove sotto gli immediati strati superficiali.

La collisione del primo frammento avvenne il 16 luglio alle 22,15, stupendo gli osservatori per la sua spettacolarità e per la sua energia. Il frammento toccò Giove ad una velocità di 216 000 chilometri orari, con una potenza pari a 200 000 megatoni: la temperatura dopo l'impatto salì a 30 000 gradi centigradi. L'impronta rimasta nell'atmosfera si è stimato raggiungesse un diametro esteso quanto circa la metà di quello terrestre.

Dalla prima collisione si poté constatare che i frammenti della cometa non erano solo composti da gas, ghiaccio e pietrisco, come ci si aspettava, ma da elementi decisamente più resistenti, tanto da permettere agli stessi frammenti di non disintegrarsi al contatto con l'atmosfera gioviana.

L'impatto ha permesso lo studio dei gas che compongono l'atmosfera.^[40][41]

Possibilità di vita primordiale

Nel 1953, l'esperimento di Miller-Urey ha dimostrato che delle scariche elettriche applicate ad acqua, metano, ammoniaca, zolfo e idrogeno potevano produrre amminoacidi e molecole essenziali per la vita, che portavano alla formazione di DNA. Gli elementi usati sono tutti presenti su Giove. Tuttavia, l'atmosfera di Giove ha una forte circolazione d'aria verticale, che ha la sola funzione di portare questi probabili composti che si dovrebbero formare nelle zone basse dell'atmosfera del pianeta, quasi a contatto con la superficie liquida. Le temperature elevate all'interno di queste regioni e le forti pressioni rompono queste sostanze chimiche, ostacolando la formazione della vita.^[42]

Per queste ragioni, si ritiene altamente improbabile che su Giove vi sia vita anche del tipo molto semplice, come alghe azzurre o batteri, in quanto la luce solare è molto scarsa, la pressione è forte e vi è una superficie liquida di idrogeno che non giova di certo anche agli organismi unicellulari più semplici. Tuttavia, nel 1976, prima delle missioni Voyager, è stato ipotizzato^[43][44] che vi siano semplici composti autoreplicanti che traggano energia da reazioni chimiche sostenute dall'idrogeno e dal calore sprigionato da Giove, che possano rimanere sospesi nell'alta atmosfera. Ma, questa teoria, ormai caduta, non fa altro che confermare l'ipotesi che non ci sia vita su Giove.

Nella cultura

Il pianeta Giove è noto fin dai primordi dell'umanità. È visibile ad occhio nudo nel cielo notturno e, occasionalmente, può essere visto durante la giornata quando il Sole è molto basso.^[45] Per i Babilonesi, questo oggetto rappresentava il loro dio Marduk. Attraverso dodici anni di osservazioni sul pianeta Giove, i Babilonesi hanno stabilito tutte le costellazioni dello zodiaco ed un atlante del sistema solare.^[1][46]

I romani, dopo aver chiamato il pianeta con il nome del loro principale dio (in latino: Iuppiter) , derivante dal proto-indoeuropeo vocativo dyeu e che significa dio-celeste,^[47] gli assegnarono anche il suo consueto simbolo e lo venerano con osservazioni astronomiche. Del resto il prefisso zeno- è derivato dal greco Zeus (Giove) e viene usato per formare parole con riferimento a Giove (zenografico, etc..). Nel medioevo l'aggettivo riguardante Giove (gioviano) veniva usato per indicare un ottimo influsso di Giove sullo zodiaco e ancora oggi l'aggettivo gioviale (da Giove) indica uno stato d'animo felice e rallegrato.^[48] In cinese il simbolo del pianeta è 木星 e si riferiva all'antico pittogramma che stava ad indicare il legno, nei cinque elementi cinesi.^[49] Infine, il giorno Giovedì, in inglese è reso come Thor's day, ossia giorno di Thor, in quanto Giove è associato al dio Thor nella mitologia nordica, che ha influenzato parecchio la cultura anglosassone, sopratutto nei modi di dire e nelle parole.^[50]

Note

1^ Peter J. Gierasch, Philip D. Nicholson, 2004, http://www.nasa.gov/worldbook/jupiter_worldbook.html , Jupiter, World Book @ NASA, 10-08-2006

2^ T Guillot, A comparison of the interiors of Jupiter and Saturn, Planetary and Space Science, 1999, volume 47, numero 10–11, pagg.1183–200, http://adsabs.harvard.edu/abs/1999astro.ph..7402G , 28-08-2007, 10.1016/S0032-0633(99)00043-4

3^ Kenneth R. Lang, 2003, http://ase.tufts.edu/cosmos/view_chapter.asp?id=9&page=3 , Jupiter: a giant primitive planet, NASA, 10-01-2007

4^ Eric Burgess, By Jupiter: Odysseys to a Giant, New York, Columbia University Press, 1982. ISBN 0-231-005176-X

5^ An Overview of the Solar System, nineplanets.org, http://www.nineplanets.org/overview.html , 15-02-2007

6^ Douglas Harper, novembre 2001, http://www.etymonline.com/index.php?term=Jupiter , Jupiter, Online Etymology Dictionary, 23-02-2007

7^ P. K. Seidelmann, V. K. Abalakin, M. Bursa, M. E. Davies, et al.. Report of the IAU/IAG Working Group on Cartographic Coordinates and Rotational Elements of the Planets and Satellites: 2000. HNSKY Planetarium Program, (2001). URL consultato il 02-02-2007.

8^ Jupiter Fact Sheet, NASA, David R. Williams, 08-08-2007, 16 novembre 2004

9^ Favorable Appearances by Jupiter, 2-01-2008, Horizons

10^ 1974, http://history.nasa.gov/SP-349/ch8.htm , Encounter with the Giant, NASA, 17-02-2007

11^ Queste coordinate sono state calcolate con il software astronomico Stellarium

12^ Z. Z. Xi, The Discovery of Jupiter's Satellite Made by Gan-De 2000 Years Before Galileo, Acta Astrophysica Sinica, 1981, volume 1, numero 2, pag.87, http://adsabs.harvard.edu/abs/1981AcApS...1...87X , 27-10-2007

13^ Paul Dong, 2002, China's Major Mysteries: Paranormal Phenomena and the Unexplained in the People's Republic, China Books, ISBN 0835126765

14^ Richard S. Westfall, http://galileo.rice.edu/Catalog/NewFiles/galilei_gal.html , Galilei, Galileo, The Galileo Project, 10-01-2008

15^ Paul Murdin, 2000, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, Institute of Physics Publishing, Bristol, ISBN 0122266900

16^ August 1974, http://history.nasa.gov/SP-349/ch1.htm , SP-349/396 Pioneer Odyssey—Jupiter, Giant of the Solar System, NASA, 10-08-2006

17^ Kunde, V. G. et al (10 settembre, 2004). Jupiter's Atmospheric Composition from the Cassini Thermal Infrared Spectroscopy Experiment. Science 305 (5690): 1582–86. DOI:10.1126/science.1100240. URL consultato il 04-04-2007.

18^ Roemer's Hypothesis, MathPages, 12-01-2008

19^ Joe Tenn, March 10, 2006, http://www.phys-astro.sonoma.edu/BruceMedalists/Barnard/ , Edward Emerson Barnard, Sonoma State University, 10-01-2007

20^ October 1, 2001, http://www2.jpl.nasa.gov/galileo/education/teacherres-amalthea.html , Amalthea Fact Sheet, NASA JPL, 21-02-2007

21^ Dunham Jr. Theodore, Note on the Spectra of Jupiter and Saturn, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 1933, volume 45, pagg.42–44, http://adsabs.harvard.edu/abs/1933PASP...45...42D , 01-02-2008, 10.1086/124297

22^ Wong Al, May 28, 1998, http://www2.jpl.nasa.gov/galileo/faqnav.html, Galileo FAQ - Navigation, NASA, 28-11-2006

Bibliografia

Titoli generali

• George Forbes, History of Astronomy (Free e-book from Project Gutenberg), Watts & Co., Londra, 1909, http://www.gutenberg.org/etext/8172
• Albrecht Unsöld, The New Cosmos, Springer-Verlag, New York, 1969
• Shipman H. L., L'Universo inquieto. Guida all'osservazione a occhio nudo e con il telescopio. Introduzione all'astronomia, Zanichelli, Bologna, 1984, ISBN 88-08-03170-5
• Stephen Hawking, A Brief History of Time, Stephen Hawking, 1988, Bantam Books, ISBN 0-553-17521-1
• Reeves H., L'evoluzione cosmica, Rizzoli–BUR, Milano, 2000, ISBN 88-17-25907-1
• AA.VV, L'Universo - Grande enciclopedia dell'astronomia, De Agostini, Novara, 2002
• Gribbin J., Enciclopedia di astronomia e cosmologia, Garzanti, Milano, 2005, ISBN 88-11-50517-8
• Owen W. et al, Atlante illustrato dell'Universo, Il Viaggiatore, Milano, 2006, ISBN 88-365-3679-4

Titoli specifici

Sul sistema solare

• Margherita Hack, Alla scoperta del sistema solare, 2003, pag.264, Mondadori Electa, Milano
• M. Rees, Universo. Dal big bang alla nascita dei pianeti. Dal sistema solare alle galassie più remote, 2006, pag.512, Milano, Mondadori Electa
• In viaggio nel sistema solare. Un percorso nello spazio e nel tempo alla luce delle ultime scoperte, F. Biafore, 2008, pag.146, Gruppo B
• Encyclopedia of the Solar System, AA.VV., 2006, pag.412, Gruppo B, 0120885891

Sul pianeta

• Linda T. Elkins-Tanton, 2006, Jupiter and Saturn, Chelsea House, New York, ISBN 0-8160-5196-8
• Eric Burgess, 1982, By Jupiter: Odysseys to a Giant, Columbia University Press, New York, ISBN 0-231-005176-X
• Reta Beebe, Jupiter: The Giant Planet, edizione 2°, 1996, Smithsonian Institute Press, Washington, ISBN 1560986859
• D. C. Jewitt; S. Sheppard ; C. Porco; F. Bagenal; T. Dowling; W. McKinnon, 2004, Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere, Cambridge, Cambridge University Press, ISBN 0521818087, http://www.ifa.hawaii.edu/~jewitt/papers/JUPITER/JSP.2003.pdf

Voci correlate

Generali

• Anelli di Giove
• Atmosfera di Giove
  • Grande Macchia Rossa
• Campo magnetico di Giove
• Formazione di Giove
• Giove nella fantascienza
• Osservazione di Giove
• Parametri orbitali di Giove
• Sistema di Giove
• Struttura interna di Giove

Sui satelliti

• Satelliti naturali di Giove
  • Gruppo di Ananke
  • Gruppo di Carme
  • Gruppo di Imalia
  • Satelliti medicei

Sull'esplorazione

• Esplorazione di Giove
• Europa Orbiter
• Sonda Galileo
• JEO
• JIMO
• Juno
• Pioneer H

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• Giove dal sito del CODAS
• Jupiter (en)Il profilo di Giove dalla NASA
• Video del fly-by della sonda New Horizons
• Scheda dettagliata di Giove in italiano del pd astro
• Scheda dettagliata di Giove in italiano del bo astro