La sonda Juno ha rilevato fulmini superficiali su Giove e “mushballs”, composte da acqua ed ammoniaca, nell’atmosfera gioviana

Nuovi risultati della missione Juno della NASA suggeriscono la presenza di fenomeni chiamati “fulmini superficiali” (forme inaspettate di scariche elettriche) nell’atmosfera gioviana. Le scariche provengono da nuvole contenenti una soluzione di ammoniaca-acqua, mentre i fulmini sulla Terra provengono da nuvole d’acqua. Altre nuove scoperte portano a dire che i violenti temporali per i quali è noto il gigante gassoso possono formare grandine ricche di ammoniaca. Il team scientifico di Juno li chiama “mushballs“, letteralmente palle poltigliose, dense. Hanno teorizzano che i mushballs incamerano essenzialmente ammoniaca e acqua nell’atmosfera superiore e li portano nelle profondità dell’atmosfera di Giove.

Questa animazione ci porta in un viaggio simulato nelle tempeste elettriche ad alta quota di Giove. Credit: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Kevin M. Gill Musica: Vangelis Animazione: Koji Kuramura

La missione Voyager

Da quando la missione Voyager della NASA ha osservato per la prima volta i fulmini gioviani nel 1979, si è pensato che fossero simili a quelli della Terra (si verificano solo nei temporali in cui l’acqua esiste in tutte le sue fasi: ghiaccio, liquido e gas). Le tempeste su Giove si formerebbero a 45-65 chilometri sotto le nuvole visibili, con temperature che si aggirano intorno ai 0 gradi Celsius, la temperatura alla quale l’acqua si congela. Voyager, e tutte le altre missioni sul gigante gassoso prima di Juno, osservarono i fulmini come punti luminosi sulle cime delle nuvole di Giove. Si suppose che dovevano avere origine in nuvole d’acque profonde. Ma le osservazioni di Juno raccontano una storia diversa.

I sorvoli ravvicinati di Juno delle cime delle nuvole ci hanno permesso di vedere qualcosa di sorprendente. Fulmini più piccoli e meno profondi che hanno origine ad altitudini molto più elevate nell’atmosfera di Giove di quanto si pensasse possibile in precedenza“, ha dichiarato Heidi Becker del Jet Propulsion Laboratory della NASA e autore principale dello studio.

Giove, nuvole
Questa illustrazione utilizza i dati ottenuti dalla missione Juno della NASA per rappresentare le tempeste elettriche ad alta quota su Giove. Credit: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Heidi N. Becker / Koji Kuramura

Becker e il suo team suggeriscono che i potenti temporali di Giove lanciano cristalli di ghiaccio d’acqua in alto nell’atmosfera del pianeta, oltre 25 chilometri sopra le nuvole d’acqua di Giove, dove incontrano vapore di ammoniaca atmosferica che scioglie il ghiaccio, formando una nuova soluzione di acqua e ammoniaca . A tale altitudini, le temperature sono inferiori a meno 88 gradi Celsius, troppo fredde per esistere acqua liquida.

A queste altitudini, l’ammoniaca si comporta come un antigelo, abbassando il punto di fusione del ghiaccio d’acqua e permettendo la formazione di una nuvola con liquido acqua-ammoniaca“, ha affermato Becker. “In questo nuovo stato, le gocce che cadono di acqua-ammoniaca possono scontrarsi con i cristalli d’acqua-ghiaccio e elettrizzare le nuvole. Questa è stata una grande sorpresa, poiché non esistono nuvole di acqua-ammoniaca sulla Terra.”

Juno
Al centro di questa immagine di JunoCam, piccole e luminose nuvole sorgono sopra le circostanti. Si ritiene che nuvole come queste siano le cime di violenti temporali responsabili dell’illuminazione superficiale. Credit: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Kevin M. Gill

Un ulteriore enigma

I fulmini superficiali si trasformano in un altro enigma circa il funzionamento interno dell’atmosfera di Giove: lo strumento radiometro a microonde di Juno ha scoperto che l’ammoniaca è mancante dalla maggior parte dell’atmosfera di Giove. Ancora più strano è stato il fatto che la quantità di ammoniaca cambia mentre ci si muove all’interno delle nubi.

In precedenza, gli scienziati si resero conto che c’erano piccoli vuoti di ammoniaca, ma nessuno capì quanto fossero profondi questi vuoti o se coprissero la maggior parte di Giove“, ha affermato Scott Bolton, del Southwest Research Institute di San Antonio. “Stavamo cercando di spiegare l’esaurimento dell’ammoniaca con la sola pioggia di acqua e ammoniaca, ma la pioggia non può andare abbastanza in profondità. Ho realizzato che un solido, come una pietra di grandine, potrebbe andare più in profondità e assorbire più ammoniaca. Quando abbiamo scoperto un fulmine superficiale, ci siamo resi conto di avere prove che l’ammoniaca si mescola con l’acqua alta nell’atmosfera, e che il fulmine è un pezzo chiave del puzzle”.

Mushballs
Questo grafico raffigura il processo evolutivo dei “fulmini superficiali” e dei “mushballs” su Giove. Credit: NASA / JPL-Caltech / SwRI / CNRS

I Mushballs “funghi gioviani”

Un secondo articolo, pubblicato sul Journal of Geophysical Research: Planets, prevede che la strana miscela di 2/3 di acqua e 1/3 di ammoniaca diventa chicchi di grandine noti come Mushballs. Sono composti da strati di fanghiglia d’acqua-ammoniaca e ghiaccio ricoperti da una crosta di ghiaccio-acqua più spessa. I Mushballs vengono generati in modo analogo alla grandine sulla Terra, diventando più grandi mentre si muovono su e giù nell’atmosfera gioviana.

Alla fine, i Mushballs diventano così grandi e cadono in profondità nell’atmosfera, incontrando temperature ancora più calde e alla fine evaporano completamente“, ha detto Tristan Guillot, un co-investigatore di Juno dell’Université Costa Azzurra a Nizza, in Francia, e autore principale del secondo documento. “La loro azione trascina l’ammoniaca e l’acqua fino a livelli profondi nell’atmosfera del pianeta.

Giove in 3D

Combinare questi due risultati è stato fondamentale per risolvere il mistero dell’ammoniaca mancante di Giove“, ha dichiarato Bolton. “Come si è scoperto, l’ammoniaca in realtà non manca; viene semplicemente trasportata in profondità “sotto mentite spoglie”, mescolandosi con l’acqua. Quando l’acqua e l’ammoniaca sono in un stato liquido sono invisibili fino a quando non raggiungono una profondità in cui evaporano“.

Considerazioni finali

Comprendere la meteorologia di Giove ci consente di sviluppare teorie circa la dinamica atmosferica per tutti i pianeti del nostro sistema solare e per gli esopianeti scoperti al di fuori. Confrontando il modo in cui si generano le tempeste violente con la fisica atmosferica, gli scienziati planetari possono testare teorie in diverse condizioni.

Riferimenti:

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