Introduzione

Al polo sud di Giove si annida una vista impressionante – anche per un pianeta gigante gassoso coperto di bande colorate che sfoggia una macchia rossa più grande della Terra. In basso, vicino al polo sud del pianeta, per lo più nascosto agli occhi indiscreti degli umani, c’è un insieme di tempeste vorticose disposte in un disegno insolitamente geometrico.

Una nuova ricerca pubblicata su Proceedings of the National Academy of Sciences spiega i motivi di queste formazioni.

Tempeste simili a quelle terrestri

Da quando sono state individuate per la prima volta dalla sonda spaziale Juno della NASA nel 2019, le tempeste sono state un mistero per gli scienziati. Queste sono analoghe agli uragani sulla Terra. Tuttavia, sul nostro pianeta, gli uragani non si radunano ai poli e non volteggiano l’uno intorno all’altro a forma di pentagono o di esagono, a differenza di quanto avviene su Giove.

Ora, un gruppo di ricerca che lavora nel laboratorio di Andy Ingersoll, professore di scienze planetarie della Caltech, ha scoperto perché le tempeste di Giove si comportano in modo così strano. Lo hanno fatto usando la matematica derivata da una prova scritta di Lord Kelvin, un fisico matematico e ingegnere britannico, quasi 150 anni fa.

Ingersoll, che era un membro del team di Juno, dice che le tempeste di Giove sono notevolmente simili a quelle che colpiscono la costa orientale degli Stati Uniti ogni estate e ogni autunno, solo su scala molto più ampia. “Se andaste sotto le cime delle nuvole, probabilmente trovereste gocce d’acqua liquida, grandine e neve“, dice. “I venti sarebbero venti da uragano. Gli uragani sulla Terra sono una buona analogia dei singoli vortici all’interno di queste disposizioni che vediamo su Giove, ma non c’è niente di così incredibilmente bello qui“.

Come sulla Terra, le tempeste di Giove tendono a formarsi più vicine all’equatore e poi vanno alla deriva verso i poli. Tuttavia, gli uragani e i tifoni della Terra si disperdono prima di avventurarsi troppo lontano dall’equatore. Su Giove, invece, continuano ad andare avanti fino a raggiungere i poli.

La differenza è che sulla Terra gli uragani finiscono l’acqua calda e si dirigono verso i continenti“, dice Ingersoll. Giove non ha terra, “quindi c’è molto meno attrito perché non c’è niente su cui sfregare. C’è solo più gas sotto le nuvole. Giove ha anche del calore rimasto dalla sua formazione che è paragonabile al calore che riceve dal sole, quindi la differenza di temperatura tra il suo equatore e i suoi poli non è così grande come sulla Terra“.

Tempeste geometriche: spiegazione dal passato

Tuttavia, dice Ingersoll, che tutto questo non spiega ancora il comportamento delle tempeste una volta raggiunto il polo sud di Giove, che è insolito anche rispetto ad altri giganti gassosi. Saturno, che è anch’esso un gigante gassoso, ha un’enorme tempesta a ciascuno dei suoi poli, piuttosto che un insieme di tempeste disposte geometricamente.

La risposta al mistero del perché Giove ha queste formazioni geometriche e altri pianeti non lo fanno, scoperto da Ingersoll e dai suoi colleghi, potrebbe venire dal passato, in particolare da un lavoro condotto nel 1878 da Alfred Mayer, un fisico americano, e Lord Kelvin. Mayer aveva collocato magneti circolari galleggianti in una pozza d’acqua e osservò che si sarebbero disposti spontaneamente in configurazioni geometriche, simili a quelle viste su Giove, con forme che dipendevano dal numero di magneti. Kelvin utilizzò le osservazioni di Mayer per sviluppare un modello matematico che spiegasse il comportamento dei magneti.

Nel XIX secolo, la gente pensava a come la rotazione di pezzi di fluido si organizzasse in poligoni“, dice Ingersoll. “Anche se c’erano molti studi di laboratorio su questi poligoni fluidi, nessuno aveva pensato di applicarli a una superficie planetaria“.

Simulazioni

Per farlo, il team di ricerca ha utilizzato una serie di equazioni note come equazioni delle acque basse per costruire un modello al computer di ciò che potrebbe accadere su Giove, e ha iniziato a eseguire simulazioni.

Volevamo esplorare la combinazione di parametri che rendesse stabili questi cicloni“, dice Cheng Li (dottorato nel ’17), autore principale. “Ci sono teorie consolidate che prevedono che i cicloni tendano a fondersi al polo a causa della rotazione del pianeta ed è quello che abbiamo trovato nelle prove iniziali”.

Alla fine, però, la squadra ha scoperto che si formerebbe una disposizione geometrica stabile simile a quella di Giove se le tempeste fossero circondate da un anello di venti che girasse in direzione opposta rispetto alle tempeste in rotazione, o un cosiddetto anello anticiclonico. La presenza di anelli anticiclonici fa sì che le tempeste si respingano l’una con l’altra, invece di fondersi.

Ingersoll dice che la ricerca potrebbe aiutare gli scienziati a capire meglio come si comporta il tempo sulla Terra. “Altri pianeti forniscono una gamma molto più ampia di comportamenti rispetto a quello che si vede sulla Terra“, dice, “così si studia il tempo su altri pianeti per mettere alla prova le proprie teorie“.

Citazioni e Approfondimenti