Le forze che guidano il tempo meteorologico su Saturno e Giove

Il tempo meteorologico su Saturno e Giove può essere guidato da forze molto diverse dal tempo meteorologico che sperimentiamo sulla Terra. A trovare le prove due ricercatori dell’Università di Harvard e un ricercatore dell’Università dell’Alberta.
Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Science Advances, Rakesh Kumar Yadav, Moritz Heimpel e Jeremy Bloxham descrivono simulazioni al computer che mostrano come i principali sistemi meteorologici sui due giganti gassosi potrebbero essere guidati da forze interne piuttosto che esterne, forze che portano alla genesi di anticicloni giganti.
Giove è il quinto pianeta in ordine di distanza dal Sole e il più grande, per massa e dimensioni, del Sistema solare, con un diametro circa 11 volte quello della Terra; la sua massa corrisponde a 318 volte quella del nostro pianeta (il doppio della massa di tutti gli altri pianeti messi insieme). Per questo potremo tranquillamente affermare che il Sistema solare è composto dal Sole, Giove e sette piccoli pianeti. Giove orbita intorno al Sole ad una distanza media di circa 778 milioni di chilometri, ruota attorno al proprio asse in poco meno di 10 ore, mentre il suo periodo di rivoluzione corrisponde a circa 12 anni.
Il suo nucleo è probabilmente di piccole dimensioni, denso e composto da ferro e silicati. Qui la compressione gravitazionale del pianeta produce elevatissime pressioni (450 milioni di atmosfere) e temperature che raggiungono i 24.000°C. Il calore generato dal nucleo causa correnti convettive negli strati fluidi più esterni. Il mantello di idrogeno alla pressione di 2 milioni di atmosfere si trova allo stato metallico ed è responsabile del campo magnetico del gigante gassoso; l’idrogeno si trova, poi, dapprima in forma liquida e poi in forma gassosa.
Lo strato più esterno, spesso circa 1.000 km, costituisce l’atmosfera del pianeta. E’ composta da dense nubi rosse, marroni, gialle e bianche, con una temperatura che decresce all’aumentare della quota, (raggiunge i -145°C negli strati più esterni). L’atmosfera di Giove è molto turbolenta, i venti sono generati dal calore interno del pianeta (e non dal calore del Sole come avviene sulla Terra).
Saturno è il sesto pianeta del Sistema solare, in ordine di distanza dal Sole, è un pianeta gassoso o “gioviano”. Rispetto alla Terra, ha un diametro circa 10 volte più grande e un volume 700 volte maggiore; a causa della bassa densità, però, la sua massa è soltanto 95 volte quella del nostro pianeta. Saturno orbita intorno al Sole ad una distanza media di circa 1.427 milioni di chilometri e compie una rotazione su se stesso in poco più di 10 ore, mentre il suo periodo di rivoluzione corrisponde circa a 19 anni e mezzo.
Saturno è costituito (come Giove) prevalentemente da idrogeno ed elio, e presenta una struttura complessa, il cui materiale diventa progressivamente più denso procedendo verso la parte interna del pianeta; la suddivisione tra i diversi strati non è tuttavia ben definita. Il nucleo è probabilmente di piccole dimensioni, denso e di natura rocciosa (ferro e silicati), con una composizione simile a quella della Terra. Qui, la compressione gravitazionale del pianeta produce elevatissime pressioni e temperature che raggiungono i 12.000°C. Il calore generato dal nucleo causa delle correnti convettive negli strati fluidi più esterni. Esternamente al nucleo, esiste un mantello di idrogeno ad alta pressione che si trova allo stato metallico ed è responsabile del campo magnetico del pianeta; l’idrogeno si trova dapprima in forma liquida e poi in forma gassosa.
L’ultimo strato costituisce l’atmosfera del pianeta formata da dense nubi e una temperatura decrescente all’aumentare della quota, che raggiunge i -189°C negli strati più esterni. L’atmosfera è molto turbolenta, con venti mossi dal calore interno del pianeta che soffiano fino a 1.800 km/h; alle alte latitudini si verificano inoltre cicloni dalla durata relativamente breve che si estendono anche per 1.200 km.
Il tempo meteorologico sulla Terra è principalmente guidato da processi che avvengono in un sottile strato di atmosfera prossimo alla superficie del pianeta. Per molti anni si è pensato che processi simili guidassero il tempo meteorologico su pianeti come Giove e Saturno. Nel loro studio gli scienziati dimostrano che l’accostamento potrebbe essere completamente sbagliato.
I ricercatori hanno realizzato due simulazioni per imitare le condizioni su Giove e Saturno. Piuttosto che presumere che i modelli meteorologici siano guidati dalla turbolenza appena sopra la superficie, i ricercatori hanno programmato le loro simulazioni per tenere conto della convezione turbolenta che si verifica all’interno dei gusci sferici in rotazione. In una di queste simulazioni, che hanno chiamato “approccio al guscio sottile”, si è riprodotto ciò che accade con gli strati di convezione su giganti gassosi come Saturno e Giove – eventi che hanno pochissima interazione con il campo magnetico dei pianeti. Hanno scoperto che la simulazione ha mostrato cicloni, getti zonali e anticicloni che si formano spontaneamente sia su Giove che su Saturno.
La seconda simulazione, che hanno chiamato “approccio guscio spesso”, è stata programmata per imitare le interazioni tra la dinamo interna del pianeta e lo strato idrodinamico esterno. La simulazione mostra pennacchi espulsi dallo strato magnetico che danno origine a ciò che descrivono come modelli meteorologici a forma di frittella vicino alla superficie.
I ricercatori suggeriscono che alcuni dei modelli meteorologici su entrambi i pianeti sono probabilmente guidati da correnti a getto e processi che avvengono sotto la superficie. Suggeriscono anche che le loro simulazioni mostrano che la famosa grande macchia rossa di Giove potrebbe essersi formata quando la regione della dinamo del pianeta ha innescato processi che hanno portato alla produzione di grandi anticicloni nell’atmosfera.
Fonte: http://www.lavocedellestelle.com/pianeti/giove.aspx
Fonte: https://phys.org/news/2020-11-weather-jupiter-saturn-driven-earth.html