Júpiter (astronomía)
| Júpiter | |
|---|---|
 | |
| Estrella madre | sol |
| Clasificación | Gas gigante |
| Parámetros orbitales | |
| (en el momento J2000.0 [1] [N 1] ) | |
| Semieje mayor | 778412 027 kilometros (5.20336301 au ) |
| Perihelio | 740742598 km (4,95155843 au) |
| Afelio | 816081455 kilometros (5.45516758 au) |
| Circum. orbital | 4.888.000.000 km (32,67 au) |
| Periodo orbital | 4333,2867 días (11.863 892 años ) |
| Período sinódico | 398,88 días (1.092 073 años) [2] |
| Velocidad orbital | 12,446 km / s (min) 13.056 km / s (promedio) 13.712 km / s (máx.) |
| Inclinación orbital | 1,304 ° [2] |
| Excentricidad | 0.04839266 |
| Longitud de nodo ascendente | 100,55615 ° |
| Argom. del perihelio | 274.19770 ° |
| Satélites | 79 |
| Anillos | 4 |
| Datos físicos | |
| Equat. Diámetro | 142 984 km [3] [N 2] |
| Diámetro polar | 133 709 kilometros [3] |
| Aplastante | 0,06487 ± 0,00015 [3] |
| Superficie | 6.1418738571 × 10 10 km² [N 2] [4] |
| Volumen | 1,43128 × 10 24 m³ [2] [N 2] |
| Masa | |
| Densidad media | 1,326 × 10 3 kg / m³ [2] [N 2] |
| Aceleración de gravedad en la superficie | 23,12 m / s² (2,358 g) [2] [N 2] |
| Velocidad de escape | 59,5 km / s [2] |
| Período de rotación | 0,413 538021 d (9 h 55 min 29,685 s) [5] |
| Velocidad de rotacion (en el ecuador) | 12 580 m / s |
| Inclinación axial | 3.131 ° [2] |
| AR polo norte | 268.057 ° (17 h 52 m 14 s) [3] |
| Declinación | 64,496 ° [3] |
| Temperatura superficial | 110 K (−163 ° C ) (mínimo) 152 K (−121 ° C) (promedio) |
| Presión atm | 20-200 kPa [6] |
| Albedo | 0.522 [2] |
| Datos de observación | |
| Aplicación Magnitude. | −1,61 [2] (mínimo) −2,60 [2] (promedio) −2,808 [2] (máx.) |
| Aplicación Magnitude. | −1,6 y −2,94 |
| Magnitud abs. | −9,4 |
| Diámetro aparente | 29,8 " [2] (min) 44.0 " [2] (medio) 50,1 " [2] (máx.) |
Júpiter (del latín Iovem , acusativo de Iuppiter ) es el quinto planeta del sistema solar en orden de distancia al Sol y el más grande de todo el sistema planetario : su masa corresponde a dos veces y media la suma de las de todos los otros planetas juntos. [7] Está clasificado, como Saturno , Urano y Neptuno , como un gigante gaseoso .
Júpiter tiene una composición similar a la del Sol: de hecho, se compone principalmente de hidrógeno y helio con pequeñas cantidades de otros compuestos , como amoníaco , metano y agua . [8] Se cree que el planeta posee una estructura multicapa , con un núcleo sólido, presumiblemente de naturaleza rocosa y formado por silicatos de carbono y hierro , sobre el que pesa un manto de hidrógeno metálico y una vasta cubierta atmosférica [9] ] que ejercen sobre él presiones muy elevadas. [10]
El ambiente exterior se caracteriza por numerosas bandas y zonas de tonalidades que varían del crema al marrón , salpicado de formaciones ciclónicas y anticiclónicas , entre las que destaca la Gran Mancha Roja . [11] La rápida rotación del planeta le da la apariencia de un esferoide aplanado en los polos [3] y genera un intenso campo magnético que da lugar a una extensa magnetosfera ; [12] Además, debido al mecanismo de Kelvin-Helmholtz , Júpiter (como todos los demás gigantes gaseosos) emite más energía de la que recibe del Sol. [10] [13] [14]
Debido a su tamaño y composición similar a la solar, Júpiter ha sido considerado durante mucho tiempo una " estrella fallida": [15] en realidad solo si tuviera la oportunidad de aumentar su masa hasta 75-80 veces la actual [N 3] [16] su núcleo habría albergado las condiciones de temperatura y presión favorables al inicio de las reacciones de fusión del hidrógeno en helio, lo que habría hecho del sistema solar un sistema estelar binario . [17]
El intenso campo gravitacional de Júpiter influye en el sistema solar en su estructura perturbando las órbitas de los otros planetas [18] y lo "limpia" parcialmente de los escombros que pueden golpear los planetas más internos . [19] Numerosos satélites orbitan alrededor de Júpiter [20] y un sistema de anillos apenas visibles; [10] La acción combinada de los campos gravitacionales de Júpiter y el Sol también estabiliza las órbitas de dos grupos de asteroides troyanos . [21]
El planeta, conocido desde la antigüedad, ha jugado un papel preponderante en la creencia religiosa de numerosas culturas, entre ellas la babilonia , la griega y la romana , quienes lo identificaron con el gobernante de los dioses. [22] El símbolo astronómico del planeta (♃) es una representación estilizada del rayo , el principal atributo de esa deidad.
Observación
Júpiter aparece a simple vista como una estrella blanquecina muy brillante debido a su alto albedo . [2] Es el cuarto objeto más brillante del cielo, después del Sol , la Luna y Venus [23] con el que, cuando este último es indetectable, comparte el papel de "lucero de la mañana" o "lucero de la tarde".[24] Su magnitud aparente varía, dependiendo de la posición durante su revolución , de -1,6 a -2,8, mientras que su diámetro aparente varía de 29,8 a 50,1 segundos de arco . [2]
El período sinódico del planeta es de 398,88 días, al final de los cuales el cuerpo celeste comienza una fase de aparente movimiento retrógrado , en la que parece moverse hacia atrás en el cielo nocturno con respecto al fondo de las estrellas "fijas", siguiendo una trayectoria sigmoidea . Júpiter, en unos 12 años de su propia revolución, atraviesa todas las constelaciones del zodíaco . [25]
El planeta es interesante desde el punto de vista de la observación ya que ya con pequeños instrumentos se pueden apreciar algunos detalles característicos de la superficie. Los períodos más propicios para observar el planeta corresponden a las oposiciones y en particular a las "grandes oposiciones" , que ocurren cada vez que Júpiter pasa por el perihelio . Estas circunstancias, en las que la estrella alcanza su máximo tamaño aparente, permiten al observador aficionado , equipado con el equipo adecuado, ver más fácilmente la mayoría de las características del planeta. [26]
Unos prismáticos de 10 × 50 o un pequeño telescopio refractor ya permiten observar cuatro pequeños puntos de luz alrededor del planeta, dispuestos a lo largo de la extensión del ecuador del planeta: estos son los satélites mediceanos . [27] Dado que orbitan el planeta con bastante rapidez, es posible notar sus movimientos ya entre una noche y otra: el más interno, Io , alcanza una órbita casi completa entre una noche y la siguiente. [28]
Un telescopio de 60 mm ya nos permite observar las características bandas de nubes [29] y, si las condiciones atmosféricas son perfectas, incluso el rasgo más famoso del planeta, la Gran Mancha Roja que, sin embargo, es más visible con un telescopio de 25 cm de apertura que permite observar mejor las nubes y las formaciones más finas del planeta. [30]
El planeta es observable no solo en el visible , sino también en otras longitudes de onda del espectro electromagnético , principalmente en el infrarrojo . La observación a varias longitudes de onda es útil sobre todo en el análisis de la estructura y composición de la atmósfera [31] [32] y en el estudio de los componentes del sistema de Júpiter . [33]
Historia de observaciones
Una de las primeras civilizaciones en estudiar los movimientos de Júpiter y otros planetas visibles a simple vista ( Mercurio , Venus , Marte y Saturno ) fue la asiria - babilónica . Los astrónomos de la corte de los reyes babilónicos pudieron determinar con precisión el período sinódico del planeta; además, utilizaron su movimiento a través de la esfera celeste para delinear las constelaciones zodiacales. [22] El descubrimiento en los archivos reales de Nínive de tablillas con relatos precisos de observaciones astronómicas y el frecuente descubrimiento de partes de instrumentos con probable destino astronómico, como lentes de cristal de roca y tubos de oro (fechados en el primer milenio antes de Cristo ), llevó algunos arqueoastrónomos plantearon la hipótesis de que la civilización asiria ya estaba en posesión de un "prototipo" de telescopio , con el que se cree que también era posible observar a Júpiter. [34]
Incluso los chinos , conocidos por el refinamiento de sus técnicas astronómicas, pudieron derivar con precisión los períodos sinódico y orbital de los planetas visibles a simple vista. [35] En 1980, el historiador chino Xi Zezong anunció que Gan De , el astrónomo contemporáneo de Shi Shen, podría observar al menos uno de los satélites de Júpiter ya en el 362 a. C. a simple vista , presumiblemente Ganímedes , protegiendo la vista del planeta con un árbol o algo similar. [36] [37] [38] Sin embargo, fue necesario esperar hasta el siglo XVII antes de que Galileo Galilei determinara la existencia de los satélites de Júpiter, quien, en 1610 , descubrió los cuatro satélites mediceanos: Io , Europa , Ganímedes y Calisto. ; [39] [40] sin embargo fue Simon Marius , quien se atribuyó a sí mismo la autoría del descubrimiento de los satélites, alimentando así una feroz diatriba con Galileo, [41] [42] quien confirió en 1614 los nombres mitológicos actualmente en uso a cada de ellos. [42]
En el otoño de 1639 el óptico napolitano Francesco Fontana , difusor del telescopio ocular convergente (keplerio) , probando un telescopio de 22 palmas de su propia producción descubrió las bandas características de la atmósfera del planeta. [43]
En los años sesenta del siglo XVII el astrónomo Gian Domenico Cassini descubrió la presencia de manchas en la superficie de Júpiter y que el propio planeta tiene la forma de un esferoide achatado . El astrónomo pudo entonces determinar el período de rotación , [44] y en 1690 descubrió que la atmósfera está sujeta a una rotación diferencial ; [10] también se le acredita como el descubridor, junto, pero de forma independiente , de Robert Hooke , de la Gran Mancha Roja. [45] [46] El propio Cassini, junto con Giovanni Alfonso Borelli , elaboró informes precisos sobre el movimiento de los cuatro satélites galileanos, formulando modelos matemáticos que permitieron predecir sus posiciones. Sin embargo, en los treinta años 1670 - 1700 , se observó que, cuando Júpiter está en un punto de la órbita cerca de la conjunción con el Sol, un retraso de unos 17 minutos, se registró en el tránsito de los satélites en comparación con lo esperado. El astrónomo danés Ole Rømer planteó la hipótesis de que la visión de Júpiter no era instantánea (una conclusión que Cassini había rechazado previamente [44] ) y que, por tanto, la luz tenía una velocidad finita (indicada por c ). [47]
Después de dos siglos sin descubrimientos significativos, el farmacéutico Heinrich Schwabe dibujó el primer mapa completo de Júpiter, incluida la Gran Mancha Roja, y lo publicó en 1831 . [45] [48] Las observaciones de la tormenta permitieron registrar momentos en los que apareció más débil (como entre 1665 y 1708, en 1883 y principios del siglo XX ), y otros en los que apareció reforzada, por lo que mucho para ser muy evidente en la observación telescópica (como en 1878 ). [49]
En 1892 Edward Emerson Barnard descubrió, gracias al telescopio refractor de 910 mm del Observatorio Lick , la presencia alrededor del planeta de un quinto satélite, bautizado Amaltea . [50] [51]
En 1932 Rupert Wildt identificó, analizando el espectro del planeta, algunas bandas de absorción de amoniaco y metano . [52] Seis años más tarde , se observaron tres tormentas anticiclónicas al sur de la Gran Mancha Roja que aparecieron como peculiares rasgos ovalados blanquecinos . Durante varias décadas, las tres tormentas siguieron siendo entidades distintas, y nunca lograron fusionarse mientras se acercaban periódicamente; sin embargo, en 1998 , dos de estos óvalos se fusionaron, absorbiendo finalmente el tercero en 2000 y dando lugar a la tormenta que ahora se conoce como BA Oval . [53]
En 1955, Bernard Burke y Kenneth Franklin detectaron destellos de radio procedentes de Júpiter a una frecuencia de 22,2 MHz; [10] fue la primera evidencia de la existencia de la magnetosfera joviana . La confirmación llegó cuatro años después , cuando Frank Drake y Hein Hvatum descubrieron emisiones de radio decimétricas. [10]
En el período comprendido entre el 16 y el 22 de julio de 1994, más de 20 fragmentos del cometa Shoemaker-Levy 9 chocaron con Júpiter en su hemisferio sur; fue la primera observación directa de la colisión entre dos objetos del sistema solar. El impacto permitió obtener datos importantes sobre la composición de la atmósfera joviana. [54] [55]
Misiones espaciales
Desde 1973, numerosas sondas automáticas han visitado el planeta, tanto como objetivo de estudio como paso intermedio , para explotar su potente efecto tirachinas y reducir la duración del vuelo a las regiones ultraperiféricas del sistema solar. [56] Los viajes interplanetarios requieren una gran cantidad de energía, que se utiliza para provocar un cambio brusco en la velocidad de la nave espacial conocida como delta-v (Δv). [56] Llegar a Júpiter desde la Tierra requiere un Δv de 9,2 km / s , [57] comparable con el Δv de 9,7 km / s necesario para alcanzar la órbita terrestre baja . [56] El efecto cabestrillo te permite cambiar la velocidad del vehículo sin consumir combustible. [57]
Misiones de vuelo
| Investigacion | Fecha de máximo Acercarse | Distancia minima |
|---|---|---|
| Pionero 10 | 3 de diciembre de 1973 | ~ 200.000 km [58] [59] |
| Pionero 11 | 4 de diciembre de 1974 | 34 000 km [58] [60] |
| Voyager 1 | 5 de marzo de 1979 | 349 000 km [61] |
| Voyager 2 | 9 de julio de 1979 | 722 000 km [62] |
| Ulises | 8 de febrero de 1992 | 450 000 km [63] |
| 4 de febrero de 2004 | ~ 120 000 000 km [64] | |
| Cassini | 30 de diciembre de 2000 | ~ 10 000 000 kilometro [65] [66] |
| Nuevos horizontes | 28 de febrero de 2007 | 2 304 535 km [67] |
Desde 1973, diferentes sondas han realizado sobrevuelos cercanos (sobrevuelos) del planeta. El primero fue Pioneer 10 , que realizó un sobrevuelo de Júpiter en diciembre de 1973 , seguido por Pioneer 11 un año después. Las dos sondas obtuvieron las primeras imágenes de primer plano de la atmósfera, las nubes jovianas y algunos de sus satélites, la primera medición precisa de su campo magnético; También encontraron que la cantidad de radiación en las cercanías del planeta era mucho mayor de lo esperado. Las trayectorias de las sondas se utilizaron para refinar la estimación de masa del sistema joviano, mientras que la ocultación de las sondas detrás del disco del planeta mejoró las estimaciones del diámetro ecuatorial y el aplanamiento polar. [25] [68]
Seis años después fue el turno de las misiones Voyager ( 1 y 2 ). Las dos sondas mejoraron enormemente la comprensión de algunas dinámicas de los satélites galileanos y de la atmósfera de Júpiter, incluida la confirmación de la naturaleza anticiclónica de la Gran Mancha Roja y la detección de formaciones de tormentas y relámpagos; las sondas también permitieron descubrir los anillos de Júpiter y ocho satélites naturales, que se sumaron a los cinco ya conocidos. Los Voyager rastrearon la presencia de un toro de plasma y átomos ionizados en correspondencia con la órbita de Io, en cuya superficie se descubrieron numerosos edificios volcánicos , algunos de ellos en erupción . [25]
En febrero de 1992, la sonda solar Ulises llegó a Júpiter, que sobrevoló el planeta a una distancia mínima de 450.000 km (6,3 rayos jovianos). [63] El sobrevuelo se planeó para alcanzar una órbita polar alrededor del Sol, pero se utilizó para realizar estudios sobre la magnetosfera de Júpiter . La sonda no tenía cámaras y no se tomó ninguna imagen. [64]
En 2000, la nave espacial Cassini , en su camino a Saturno, voló sobre Júpiter y proporcionó algunas de las imágenes más detalladas jamás tomadas del planeta. [66] Siete años más tarde, a Júpiter se le unió la sonda New Horizons , que se dirigía a Plutón y al cinturón de Kuiper . [69] Mientras cruzaba el sistema de Júpiter, la sonda midió la energía del plasma emitida por los volcanes de Io y estudió breve pero en detalle los cuatro satélites mediceanos, y también llevó a cabo investigaciones remotas de los satélites más externos Imalia y Elara . [70]
La misión Galileo
La primera sonda diseñada para estudiar el planeta fue Galileo , que entró en órbita alrededor de Júpiter el 7 de diciembre de 1995 y permaneció allí durante más de 7 años, haciendo sobrevuelos cercanos de todos los satélites galileanos y Amaltea. En 1994 , mientras se dirigía al planeta gigante, la nave registró el impacto del cometa Shoemaker-Levy 9 . [71] [72]
En julio de 1995 se soltó un pequeño módulo de sonda de la sonda madre y entró en la atmósfera del planeta el 7 de diciembre; [72] el módulo recopiló datos durante 75 minutos, penetrando 159 km antes de ser destruido por las altas presiones y temperaturas de la atmósfera inferior (alrededor de 28 atmósferas - ~ 2,8 × 10 6 Pa y 185 ° C (458 K ) [73] . La misma suerte corrió la sonda madre cuando, el 21 de septiembre de 2003 , fue empujada deliberadamente hacia el planeta a una velocidad superior a 50 km / s, para evitar cualquier posibilidad de que en el futuro pudiera colisionar con el satélite Europa y contaminarlo. . [72]
La misión Juno
La NASA ha diseñado una sonda para estudiar Júpiter desde una órbita polar ; bautizado como Juno , fue lanzado en agosto de 2011 y llegó cerca del planeta en julio de 2016 . [74] Juno descubrió 8 vórtices iguales al polo norte dispuestos en los vértices de un octágono (el octágono de Júpiter ), con un noveno vórtice en el centro, y 5 vórtices iguales al polo sur dispuestos como los vértices de un pentágono con al centro un sexto vórtice. [75] En un pasaje posterior en noviembre de 2019, el descubrimiento de un nuevo vórtice mostró una nueva forma de la disposición del mismo, que a diferencia del anterior que era un pentágono tomó la forma de un hexágono, [76] similar al Hexágono de Saturno .
Misiones futuras
La posible presencia de un océano de agua líquida en los satélites Europa, Ganímedes y Calisto ha provocado un interés creciente en un estudio detenido de los satélites helados del sistema solar exterior. [77] La ESA investigó una misión para estudiar Europa llamada Jovian Europa Orbiter (JEO); [78] Sin embargo, el proyecto de la misión fue implementado por el de Europa Jupiter System Mission (EJSM), resultado de la colaboración con la NASA y diseñado para la exploración de Júpiter y satélites, cuyo lanzamiento se espera alrededor de 2020. [79] El EJSM consiste de dos unidades, el Jupiter Europa Orbiter , gestionado y desarrollado por la NASA, y el Jupiter Ganymede Orbiter , gestionado por la ESA. [80]
Parámetros orbitales y de rotación
Júpiter orbita a una distancia media del Sol de 778,33 millones de kilómetros ( 5,202 au ) [1] [N 1] y completa su revolución alrededor de la estrella cada 11,86 años; este período corresponde exactamente a las dos quintas partes del período orbital de Saturno, con el que, por tanto, se encuentra en una resonancia de 5: 2. [81] La órbita de Júpiter está inclinada 1,31 ° con respecto al plano de la eclíptica ; debido a su excentricidad igual a 0,048, la distancia entre el planeta y el Sol varía en unos 75 millones de kilómetros entre los dos ábsides , el perihelio (740 742 598 km) y el afelio (816 081 455 km). [1] [N 1] La velocidad orbital media de Júpiter es de 13 056 m / s (47 001 km / h ), mientras que la circunferencia orbital mide un total de 4 774 000 000 km.
La inclinación del eje de rotación es relativamente pequeña, solo 3,13º, y precede cada 12.000 años ; [82] en consecuencia, el planeta no experimenta variaciones estacionales significativas, al contrario de lo que ocurre en la Tierra y Marte . [83]
Dado que Júpiter no es un cuerpo sólido, su atmósfera superior está sujeta a una rotación diferencial : de hecho, la rotación de las regiones polares del planeta es aproximadamente 5 minutos más larga que la del ecuador. Se adoptaron tres sistemas de referencia para monitorear la rotación de estructuras atmosféricas permanentes. El sistema I se aplica a latitudes entre 10º N y 10º S; su período de rotación es el más corto del planeta, igual a 9 h 50 min 30,0 s. [5] El sistema II se aplica a todas las latitudes al norte y al sur del sistema I; su período es igual a 9 h 55 min 40,6 s. [5] El Sistema III fue originalmente definido por observaciones de radio y corresponde a la rotación de la magnetosfera del planeta ; su duración se toma como el período de rotación "oficial" del planeta (9 h 55 min 29,685 s [5] ); [84] Por lo tanto, Júpiter tiene la rotación más rápida de todos los planetas del sistema solar. [5]
La alta velocidad de rotación está en el origen de una marcada hinchazón ecuatorial , fácilmente visible incluso a través de un telescopio de aficionado; esta hinchazón es causada por la alta aceleración centrípeta en el ecuador, igual a aproximadamente 1,67 m / s², que, combinada con la aceleración de la gravedad promedio del planeta (24,79 m / s²), da una aceleración resultante igual a 23,12 m / s²: en consecuencia , un objeto hipotético colocado en el ecuador del planeta pesaría menos que un cuerpo de masa idéntica colocado en latitudes medias. Estas características, por tanto, dan al planeta la apariencia de un esferoide achatado , cuyo diámetro ecuatorial es mayor que el diámetro polar : el diámetro medido en el ecuador de hecho excede 9 275 km el diámetro medido en los polos. [3] [85]
Formación
Después de la formación del Sol , que ocurrió hace unos 4.600 millones de años, [86] [87] el material residual del proceso, rico en polvos metálicos , se dispuso en un disco circunestelar a partir del cual los planetesimales se originaron por primera vez, por lo tanto, por agregación. de estos últimos, los protoplanetas . [88]
La formación de Júpiter comenzó a partir de la coalescencia de planetesimales de naturaleza helada [89] [90] justo más allá de la llamada línea de escarcha , una línea más allá de la cual los planetesimales que consisten principalmente en material de bajo punto de fusión se espesaron; [91] la línea de escarcha actuó como una barrera, provocando una rápida acumulación de materia a aprox. 5 au del Sol. [91] [92] El embrión planetario así formado, con una masa igual a al menos 10 masas terrestres (M ⊕ ), [89] [93] comenzó a aumentar la materia gaseosa a partir del hidrógeno y el helio avanzado por la formación del Sol y confinado a las regiones periféricas del sistema por el viento de la estrella recién formada. [90] [91] La tasa de crecimiento de los planetesimales, inicialmente más intensa que la de los gases, continuó hasta que el número de planetesimales en el cinturón orbital de proto-Júpiter experimentó una fuerte disminución; [90] en este punto la tasa de crecimiento de los planetesimales y la de los gases alcanzó primero valores similares, luego este último comenzó a predominar sobre el primero, favorecido por la rápida contracción de la creciente envoltura gaseosa y la rápida expansión del límite exterior del sistema , proporcional al aumento de masa del planeta. [90] El proto-Júpiter crece a un ritmo rápido restando hidrógeno de la nebulosa solar y alcanzando 150 M ⊕ en aproximadamente mil años y, después de unos pocos miles de años, los 318 M ⊕ definitivos. [91]
Il processo di accrescimento del pianeta è stato mediato dalla formazione di un disco circumplanetario all'interno del disco circumsolare; terminato il processo di accrescimento per esaurimento dei materiali volatili, ormai andati a costituire il pianeta, i materiali residui, in prevalenza rocciosi, sono andati a costituire il sistema di satelliti del pianeta, [92] [94] che si è infoltito a seguito della cattura, da parte della grande forza di gravità di Giove, di numerosi altri corpi minori . [95]
Conclusa la sua formazione, il pianeta ha subito un processo di migrazione orbitale : [96] [97] il pianeta infatti si sarebbe formato a circa 5,65 UA, circa 0,45 UA (70 milioni di chilometri) più esternamente rispetto ad oggi, [93] e nei 100 000 anni successivi, a causa della perdita del momento angolare dovuta all'attrito con il debole disco di polveri residuato dalla formazione della stella e dei pianeti, sarebbe man mano scivolato verso l'attuale orbita, [93] stabilizzandosi ed entrando in risonanza 5:2 con Saturno. [98] Durante questa fase Giove avrebbe catturato i suoi asteroidi troiani , originariamente oggetti della fascia principale o della fascia di Kuiper [99] destabilizzati dalle loro orbite originarie e vincolati in corrispondenza dei punti lagrangiani L 4 ed L 5 . [100]
Caratteristiche chimico-fisiche
Composizione
| Composizione Atmosferica [101] | |
|---|---|
| Idrogeno molecolare (H 2 ) | 89,8 ± 2,0% |
| Elio (He) | 10,2 ± 2,0% |
| Metano (CH 4 ) | ~0,3% |
| Ammoniaca (NH 3 ) | ~0,026% |
| Deuteruro di idrogeno (HD) | ~0,003% |
| Etano (C 2 H 6 ) | 0,0006% |
| Acqua (H 2 O) | 0,0004% |
| Ghiacci | |
| Ammoniaca | |
| Acqua | |
| Idrosolfuro di ammonio (NH 4 SH) | |
L'atmosfera superiore di Giove è composta in volume da un 88-92% di idrogeno molecolare e da un 8-12% di elio . [101] [102] Queste percentuali cambiano se si tiene in considerazione la proporzione delle masse dei singoli elementi e composti , dal momento che l' atomo di elio è circa quattro volte più massiccio dell' atomo di idrogeno ; l'atmosfera gioviana è quindi costituita da un 75% in massa di idrogeno e da un 24% di elio, mentre il restante 1% è costituito da altri elementi e composti presenti in quantità molto più esigue. [101] [102] La composizione varia leggermente man mano che si procede verso le regioni interne del pianeta, date le alte densità in gioco; alla base dell'atmosfera si ha quindi un 71% in massa di idrogeno, un 24% di elio e il restante 5% di elementi più pesanti e composti: vapore acqueo , [103] ammoniaca , composti del silicio , carbonio e idrocarburi (soprattutto metano ed etano ), [104] acido solfidrico , neon , ossigeno , fosforo e zolfo . [105] Nelle regioni più esterne dell'atmosfera sono inoltre presenti dei consistenti strati di cristalli di ammoniaca solida. [8] [102] [104]
Le proporzioni atmosferiche di idrogeno ed elio sono molto vicine a quelle riscontrate nel Sole e teoricamente predette per la nebulosa solare primordiale; [106] tuttavia le abbondanze dell'ossigeno, dell' azoto , dello zolfo e dei gas nobili sono superiori di un fattore tre rispetto ai valori misurati nel Sole; [101] invece la quantità di neon nell'alta atmosfera è pari in massa solamente a 20 parti per milione , circa un decimo rispetto alla sua quantità nella stella. [107] Anche la quantità di elio appare decisamente inferiore, [108] presumibilmente a causa di precipitazioni che, secondo le simulazioni, interessano una porzione abbastanza profonda dell'atmosfera gioviana in cui il gas condensa in goccioline anziché mescolarsi in modo omogeneo con l'idrogeno. [109] Le quantità dei gas nobili di peso atomico maggiore ( argon , kripton , xeno , radon ) sono circa due o tre volte quelle della nostra stella. [101]
Massa e dimensioni
| Il maggior volume per una massa fredda |
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 Giove possiede il maggior volume per una massa fredda: i dati teorici indicano che se il pianeta fosse più massiccio avrebbe dimensioni minori. Infatti, a basse densità della materia come quelle del pianeta, l'oggetto è mantenuto tale da forze di natura elettromagnetica : gli atomi interagiscono tra loro formando dei legami . Se la massa è piuttosto grande, come quella di Giove, la gravità al centro del corpo è talmente elevata che la materia è ionizzata : gli elettroni degli orbitali sono strappati all'attrazione dei loro nuclei e sono liberi di muoversi, rendendo impossibile la formazione di legami. [110] [N 4] Pertanto, l'incremento di gravità dovuto all'aumento di massa non è più esattamente controbilanciato e il pianeta subisce una contrazione. Un ulteriore aumento di massa provoca la degenerazione degli elettroni, costretti a occupare il livello quantico ad energia più bassa disponibile. [110] Gli elettroni obbediscono al principio di esclusione di Pauli ; [111] di conseguenza sono di norma obbligati a occupare una banda piuttosto vasta di livelli a bassa energia. In questa circostanza, quindi, le strutture atomiche sono alterate dalla crescente gravità, che costringe tale banda ad allargarsi, sicché la sola pressione degli elettroni degeneri manterrebbe in equilibrio il nucleo contro il collasso gravitazionale cui sarebbe naturalmente soggetto. [112] |
Giove è il pianeta più massiccio del sistema solare, 2 volte e mezzo più massiccio di tutti gli altri pianeti messi insieme; [7] la sua massa è tale che il baricentro del sistema Sole-Giove cade esternamente alla stella, precisamente a 47 500 km (0,068 R ☉ ) dalla sua superficie . Il valore della massa gioviana (indicata con M J ) è utilizzato come raffronto per le masse degli altri pianeti gassosi ed in particolare dei pianeti extrasolari . [112]
In raffronto alla Terra, Giove è 317,938 volte più massiccio, ha un volume 1 319 volte superiore ma una densità più bassa, appena superiore a quella dell'acqua: 1,319 × 10³ kg/m³ contro i 5,5153 × 10³ kg/m³ della Terra. Il diametro è 11,2008 volte maggiore di quello terrestre. [23] [25]
Giove si comprime di circa 2 cm all'anno. [14] Probabilmente alla base di questo fenomeno sta il meccanismo di Kelvin-Helmholtz : il pianeta compensa, comprimendosi in maniera adiabatica , la dispersione nello spazio del calore endogeno . Questa compressione riscalda il nucleo, incrementando la quantità di calore emessa; il risultato è che il pianeta irradia nello spazio una quantità di energia superiore a quella che riceve per insolazione , [10] [13] [14] con un rapporto emissione/insolazione stimato in 1,67 ± 0,09. [13] Per queste ragioni, si ritiene che, appena formato, il pianeta dovesse essere più caldo e grande di circa il doppio rispetto ad ora. [113]
Giove ha il maggior volume possibile per una massa fredda. Tuttavia i modelli teorici indicano che se Giove fosse più massiccio avrebbe un diametro inferiore a quello che possiede attualmente (si veda il box al lato). Questo comportamento varrebbe fino a masse comprese tra 10 e 50 volte la massa di Giove; oltre questo limite, infatti, ulteriori aumenti di massa determinerebbero aumenti effettivi di volume e causerebbero il raggiungimento di temperature, nel nucleo, tali da innescare la fusione del deuterio (13M J ) e del litio (65M J ): si forma così una nana bruna . [114] [115] [116] Qualora l'oggetto raggiungesse una massa pari a circa 75-80 volte quella di Giove [16] [117] si raggiungerebbe la massa critica per l'innesco di reazioni termonucleari di fusione dell'idrogeno in elio , che porterebbe alla formazione di una stella, nella fattispecie una nana rossa . [114] Anche se Giove dovrebbe essere circa 75 volte più massiccio per essere una stella, il diametro della più piccola stella sinora scoperta, AB Doradus C , è solamente il 40% più grande rispetto al diametro del pianeta. [10] [116]
Struttura interna
La struttura interna del pianeta è oggetto di studi da parte degli astrofisici e dei planetologi; si ritiene che il pianeta sia costituito da più strati, ciascuno con caratteristiche chimico - fisiche ben precise. Partendo dall'interno verso l'esterno si incontrano, in sequenza: un nucleo , un mantello di idrogeno metallico liquido, [118] uno strato di idrogeno molecolare liquido, elio ed altri elementi, ed una turbolenta atmosfera . [119] 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 , acido solfidrico ed altri composti in percentuale minore. [119] La temperatura e la pressione all'interno di Giove aumentano costantemente man mano che si procede verso il nucleo. [119]
Al nucleo del pianeta è spesso attribuita una natura rocciosa , ma la sua composizione dettagliata, così come le proprietà dei materiali che lo costituiscono e le temperature e le pressioni cui sono soggetti, e persino la sua stessa esistenza, sono ancora in gran parte oggetto di speculazione. [120] Secondo i modelli, il nucleo, con una massa stimata in 14-18 M ⊕ , [89] sarebbe costituito in prevalenza da carbonio e silicati , con temperature stimate sui 36 000 K e pressioni dell'ordine dei 4500 gigapascal (GPa) . [10]
La regione nucleare è circondata da un denso mantello di idrogeno liquido metallico [14] [118] , che si estende sino al 78% (circa i 2/3) del raggio del pianeta ed è sottoposto a temperature dell'ordine dei 10 000 K e pressioni dell'ordine dei 200 GPa. [10] Al di sopra di esso si trova un cospicuo strato di idrogeno liquido e gassoso, che si estende sino a 1000 km dalla superficie e si fonde con le parti più interne dell'atmosfera del pianeta. [9] [10] [85]
Atmosfera
L'atmosfera di Giove è la più estesa atmosfera planetaria del sistema solare; [101] [103] manca di un netto confine inferiore, ma gradualmente transisce negli strati interni del pianeta. [9]
Dal più basso al più alto, gli stati dell'atmosfera sono: troposfera , stratosfera , termosfera ed esosfera ; ogni strato è caratterizzato da un gradiente di temperatura specifico. [121] Al confine tra la troposfera e la stratosfera, ovvero la tropopausa , è collocato un sistema complicato di nubi e foschie costituito da stratificazioni di ammoniaca, idrosolfuro di ammonio ed acqua. [103]
Nubi e bandeggio atmosferico
La copertura nuvolosa di Giove è spessa circa 50 km e consiste almeno di due strati di nubi di ammoniaca: uno strato inferiore piuttosto denso ed una regione superiore più rarefatta. I sistemi nuvolosi sono organizzati in fasce orizzontali lungo le diverse latitudini . Si suddividono in zone , di tonalità chiara, e bande , le quali appaiono scure per via della presenza su di esse di una minore copertura nuvolosa rispetto alle zone. La loro interazione dà luogo a violente tempeste, i cui venti raggiungono, come nel caso delle correnti a getto delle zone, velocità superiori ai 100-120 m/s (360-400 km/h ). [11] Le osservazioni del pianeta hanno mostrato che tali formazioni variano nel tempo in spessore, colore e attività, ma mantengono comunque una certa stabilità, in virtù della quale gli astronomi le considerano delle strutture permanenti e hanno deciso di assegnare loro una nomenclatura. [25] Le bande sono inoltre occasionalmente interessate da fenomeni, noti come disturbi , che ne frammentano il decorso; uno di questi fenomeni interessa a intervalli irregolari di 3-15 anni la banda equatoriale meridionale ( South Equatorial Belt , SEB), [122] la quale improvvisamente "scompare", dal momento che vira sul colore bianco rendendosi indistinguibile dalle chiare zone circostanti, per poi tornare otticamente individuabile nel giro di alcune settimane o mesi. [123] La causa dei disturbi è attribuita alla momentanea sovrapposizione con le bande interessate di alcuni strati nuvolosi posti ad una quota maggiore. [124]
La caratteristica colorazione marrone - arancio delle nubi gioviane è causata da composti chimici complessi, noti come cromofori , che emettono luce in questo colore quando sono esposti alla radiazione ultravioletta solare. L'esatta composizione di queste sostanze rimane incerta, ma si ritiene che vi siano discrete quantità di fosforo , zolfo ed idrocarburi complessi; [10] [125] questi composti colorati si mescolano con lo strato di nubi più profondo e più caldo. Il caratteristico bandeggio si forma a causa della convezione atmosferica: nelle zone si ha l'emergere in superficie delle celle convettive dell'atmosfera inferiore, che determina la cristallizzazione dell'ammoniaca che di conseguenza cela alla vista gli strati immediatamente sottostanti; nelle bande invece il movimento convettivo è discendente ed avviene in regioni a temperatura più alte. [23]
È stata ipotizzata la presenza di un sottile strato di vapore acqueo al di sotto delle nubi di ammoniaca, come dimostrerebbero i fulmini registrati dalla sonda Galileo, che raggiungono intensità anche decine di migliaia di volte superiori a quelle dei fulmini terrestri: [126] la molecola dell'acqua, essendo polare , è infatti capace di assumere una parziale carica in grado di creare la differenza di potenziale necessaria per generare la scarica. [10] Le nubi d'acqua, grazie all'apporto del calore interno del pianeta, possono quindi formare dei complessi temporaleschi simili a quelli terrestri. [127]
I fulmini gioviani, in precedenza studiati visivamente o in onde radio dalle sonde Voyager 1 e 2, Galileo, Cassini, sono stati oggetto di analisi approfondite dalla sonda Juno in un ampio spettro di frequenze ea quote molto inferiori. Tali studi [128] hanno evidenziato un'attività temporalesca ben diversa da quella terrestre: su Giove l'attività è più concentrata vicino ai poli [129] e quasi assente in prossimità dell'equatore. Questo è dovuto alla maggiore instabilità atmosferica presente ai poli gioviani che, pur essendo meno calda dell'area equatoriale, consente ai gas caldi provenienti dall'interno del pianeta di salire in quota favorendo la convezione . [130]
Giove, in virtù della sua seppur bassa inclinazione assiale, espone i propri poli a una radiazione solare inferiore, anche se di poco, rispetto a quella delle regioni equatoriali; la convezione all'interno del pianeta trasporta tuttavia più energia ai poli, bilanciando le temperature degli strati nuvolosi alle diverse latitudini. [25]
La Grande Macchia Rossa e altre tempeste
L'atmosfera di Giove ospita centinaia di vortici , strutture rotanti circolari che, come nell'atmosfera della Terra, possono essere divisi in due classi: cicloni ed anticicloni ; [131] i primi ruotano nel verso di rotazione del pianeta ( antiorario nell'emisfero settentrionale ed orario in quello meridionale), mentre i secondi nel verso opposto. Una delle principali differenze con l' atmosfera terrestre è che su Giove gli anticicloni dominano numericamente sui cicloni, dal momento che il 90% dei vortici con un diametro superiore ai 2000 km sono anticicloni. [131] La durata dei vortici varia da diversi giorni a centinaia di anni in base alle dimensioni: per esempio, la durata media di anticicloni con diametri compresi tra i 1000 ed i 6000 km è di 1–3 anni. [131] Non sono mai stati osservati vortici nella regione equatoriale di Giove (entro i 10° di latitudine), in quanto la circolazione atmosferica di tale regione li renderebbe instabili. [131] Come accade su ogni pianeta rapidamente rotante, gli anticicloni su Giove sono centri di alta pressione , mentre i cicloni lo sono di bassa pressione. [131]
Il vortice sicuramente più noto è la Grande Macchia Rossa (GRS, dall' inglese Great Red Spot ), una vasta tempesta anticiclonica posta 22º a sud dell'equatore del pianeta. La formazione presenta un aspetto ovale e ruota in senso antiorario con un periodo di circa sei giorni. [132] Le sue dimensioni, variabili, sono 24-40 000 km × 12-14 000 km: è quindi abbastanza grande da essere visibile già con telescopi amatoriali. [30] [133] Si tratta di una struttura svincolata da altre formazioni più profonde dell'atmosfera planetaria: le indagini infrarosse hanno mostrato che la tempesta è più fredda rispetto alle zone circostanti, segno che si trova più in alto rispetto ad esse: [32] lo strato più alto di nubi della GRS infatti svetta di circa 8 km sugli strati circostanti. [32] [134] Anche prima che le sonde Voyager dimostrassero che si trattava di una tempesta, vi era già una forte evidenza che la Macchia fosse una struttura a sé stante, come d'altronde appariva dalla sua rotazione lungo il pianeta tutto sommato indipendente dal resto dell'atmosfera. [135]
La Macchia varia notevolmente di gradazione, passando dal rosso mattone al salmone pastello , e talvolta anche al bianco ; non è ancora noto cosa determini la colorazione rossa della macchia. Alcune teorie, suffragate dai dati sperimentali, suggeriscono che possa essere causata dai medesimi cromofori, in quantità differenti, presenti nel resto dell'atmosfera gioviana.
Non è noto se i cambiamenti che la Macchia manifesta siano il risultato di normali fluttuazioni periodiche, né tanto meno per quanto ancora essa durerà; [136] i modelli fisico-matematici suggeriscono però che la tempesta sia stabile e quindi possa costituire, al contrario di altre, una formazione permanente del pianeta. [137]
Tempeste simili a questa, anche se temporanee, non sono infrequenti nelle atmosfere dei pianeti giganti gassosi : per esempio, Nettuno ha posseduto per un certo tempo una Grande Macchia Scura , [138] e Saturno mostra periodicamente per brevi periodi delle Grandi Macchie Bianche . [139] [140] Anche Giove presenta degli ovali bianchi (detti WOS, acronimo di White Oval Spots , Macchie Ovali Bianche ), assieme ad altri marroni; si tratta tuttavia di tempeste minori transitorie, per questo prive di una denominazione. Gli ovali bianchi sono in genere composti da nubi relativamente fredde poste nell'alta atmosfera; gli ovali marroni sono invece più caldi, e si trovano ad altitudini medie. La durata di queste tempeste si aggira indifferentemente tra poche ore o molti anni. [141]
Nel 2000, nell'emisfero australe del pianeta, si è originata dalla fusione di tre ovali bianchi una formazione simile alla GRS, ma di dimensioni più piccole. [142] Denominata tecnicamente Ovale BA , la formazione ha subito un'intensificazione dell'attività e un cambiamento di colore dal bianco al rosso, che le è valso il soprannome di Red Spot Junior . [134] [136] [143]
Infine Juno ha scoperto 8 vortici uguali al polo nord disposti ai vertici di un ottagono (l' ottagono di Giove ), con al centro un nono vortice, e 5 vortici uguali al polo sud disposti come i vertici di un pentagono (il pentagono di Giove ), con al centro un sesto vortice, poi trasformatosi in un esagono [75] con al centro un settimo vortice (l' esagono di Giove ). Sono simili all' esagono di Saturno , anche lui un vortice.
Campo magnetico e magnetosfera
Le correnti elettriche all'interno del mantello di idrogeno metallico generano un campo magnetico dipolare , [144] inclinato di 10º rispetto all'asse di rotazione del pianeta. Il campo raggiunge un'intensità variabile tra 0,42 millitesla - mT - all'equatore e 1,3 mT ai poli, che lo rende il più intenso campo magnetico del sistema solare (con l'eccezione di quello nelle macchie solari ), 14 volte superiore al campo geomagnetico . [23] Il campo magnetico di Giove preserva la sua atmosfera dalle interazioni col vento solare deflettendolo e creando una regione appiattita, la magnetosfera , costituita da un plasma di composizione molto differente da quello del vento solare. [12] La magnetosfera gioviana è la più grande e potente fra tutte le magnetosfere dei pianeti del sistema solare, nonché la struttura più grande del sistema non appartenente al Sole: si estende nel sistema solare esterno per molte volte il raggio di Giove (R J ) e raggiunge un'ampiezza massima che può superare l'orbita di Saturno. [12] [144]
La magnetosfera di Giove è convenzionalmente divisa in tre parti: la magnetosfera interna, intermedia ed esterna. La magnetosfera interna è situata ad una distanza inferiore a 10 raggi gioviani (R J ) dal pianeta; il campo magnetico al suo interno rimane sostanzialmente dipolare, poiché ogni contributo proveniente dalle correnti che fluiscono dal plasma magnetosferico equatoriale risulta piccolo. Nelle regioni intermedie (tra 10 e 40 R J ) ed esterne (oltre 40 R J ) il campo magnetico non è più dipolare e risulta seriamente disturbato dalle sue interazioni col plasma solare. [12]
Le eruzioni che avvengono sul satellite galileiano Io contribuiscono ad alimentare la magnetosfera gioviana generando un importante toroide di plasma, [12] che carica e rafforza il campo magnetico formando la struttura denominata magnetodisk . [144] Le forti correnti che circolano nella regione interna della magnetosfera danno origine ad intense fasce di radiazione, simili alle fasce di van Allen terrestri, ma migliaia di volte più potenti; [12] queste forze generano delle aurore perenni attorno ai poli del pianeta [145] ed intense emissioni radio . [146] [147]
L'interazione delle particelle energetiche con la superficie delle lune galileiane maggiori influenza notevolmente le loro proprietà chimiche e fisiche, ed entrambi influenzano e sono influenzati dal particolare moto del sottile sistema di anelli del pianeta. [148]
Ad una distanza media di 75 R J (compresa tra circa 45 e 100 R J a seconda del periodo del ciclo solare ) [12] [149] dalla sommità delle nubi del pianeta è presente una lacuna tra il plasma del vento solare e il plasma magnetosferico, che prende il nome di magnetopausa . Al di là di essa, ad una distanza media di 84 R J dal pianeta, si trova il bow shock , il punto in cui il flusso del vento viene deflesso dal campo magnetico. [144] [150]
Emissione radio magnetosferica
Le correnti elettriche delle fasce di radiazione generano delle emissioni radio di frequenza variabile tra 0,6 e 30 MHz , [146] che rendono Giove un'importante radiosorgente . [10] Le prime analisi, condotte da Burke e Franklin, rivelarono che l'emissione è caratterizzata da flash intorno ai 22,2 MHz e che il loro periodo coincideva con il periodo di rotazione del pianeta, la cui durata fu quindi determinata con maggiore accuratezza. Essi riconobbero inizialmente due tipologie di emissione: i lampi lunghi ( long o L-bursts ), della durata di alcuni secondi, ei lampi corti ( short o S-bursts ), che durano poco meno di un centesimo di secondo. [151]
Sono state in seguito scoperte altre tre forme di segnale radio trasmesse dal pianeta:
- Esplosioni radio decametriche (con lunghezze d'onda di decine di metri), che variano con la rotazione del pianeta e sono influenzate dalle interazioni tra Io e la magnetosfera gioviana . [152]
- Emissioni radio decimetriche (con lunghezze d'onda di alcune decine di centimetri), [10] la cui origine è stata imputata alla radiazione di ciclotrone emessa dagli elettroni accelerati dal campo magnetico in un'area toroidale che ne circonda l'equatore. [153]
- Irraggiamento termico prodotto dal calore dell'atmosfera del pianeta. [10]
La forte modulazione periodica dell'emissione radio e particellare, che corrisponde al periodo di rotazione del pianeta, rende Giove affine ad una pulsar . [147] È bene comunque considerare che l'emissione radio del pianeta dipende fortemente dalla pressione del vento solare e, quindi, dall' attività solare stessa. [145]
Anelli
Giove possiede un debole sistema di anelli planetari , il terzo ad esser stato scoperto nel sistema solare , dopo quello di Saturno e quello di Urano . Fu osservato per la prima volta nel 1979 dalla sonda Voyager 1 , [154] ma fu analizzato più approfonditamente negli anni novanta dalla sonda Galileo[155] e, a seguire, dal telescopio spaziale Hubble [156] e dai più grandi telescopi di Terra. [157]
Il sistema di anelli consiste principalmente di polveri, presumibilmente silicati . [154] [158] È suddiviso in quattro parti principali: un denso toro di particelle noto come anello di alone ; una fascia relativamente brillante, ma eccezionalmente sottile nota come anello principale ; due deboli fasce più esterne, detti anelli Gossamer (letteralmente garza ), che prendono il nome dai satelliti il cui materiale superficiale ha dato origine a questi anelli: Amaltea ( anello Gossamer di Amaltea ) e Tebe ( anello Gossamer di Tebe ). [159]
L'anello principale e l'anello di alone sono costituiti da polveri originarie dei satelliti Metis e Adrastea ed espulse nello spazio in seguito a violenti impatti meteorici .[155] Le immagini ottenute nel febbraio e nel marzo 2007 dalla missione New Horizons hanno mostrato inoltre che l'anello principale possiede una ricca struttura molto fine. [160]
All'osservazione nel visibile e nell' infrarosso vicino gli anelli hanno un colore tendente al rosso, eccezion fatta per l'anello di alone, che appare di un colore neutro o comunque tendente al blu. [156] Le dimensioni delle polveri che compongono il sistema sono variabili, ma è stata riscontrata una netta prevalenza di polveri di raggio pari a circa 15 μm in tutti gli anelli tranne in quello di alone, [161] probabilmente dominato da polveri di dimensioni nanometriche . La massa totale del sistema di anelli è scarsamente conosciuta, ma è probabilmente compresa tra 10 11 e 10 16 kg . [162] L'età del sistema è sconosciuta, ma si ritiene che esista sin dalla formazione del pianeta madre . [162]
Satelliti naturali
Giove è circondato da una nutrita schiera di satelliti naturali , i cui membri attualmente identificati sono 79 [163] , che lo rendono il pianeta con il più grande corteo di satelliti con orbite ragionevolmente sicure del sistema solare [164] . Otto di questi sono definiti satelliti regolari e possiedono orbite prograde (ovvero, che orbitano nello stesso senso della rotazione di Giove), quasi circolari e poco inclinate rispetto al piano equatoriale del pianeta. [162] La classe è suddivisa in due gruppi:
- Gruppo di Amaltea o interno, che costituisce il gruppo di satelliti più vicino al pianeta; ne fanno parte Metis , Adrastea , Amaltea e Tebe , che sono la sorgente delle polveri che vanno a formare il sistema di anelli del pianeta. [162]
- Gruppo principale o Satelliti medicei o galileiani; vi appartengono Io , Europa , Ganimede e Callisto e sono gli unici a presentare, in virtù della loro massa, una forma sferoidale .
Le restanti 71 lune sono annoverate tra i satelliti irregolari , le cui orbite, sia prograde sia retrograde (che orbitano in senso opposto rispetto al senso di rotazione di Giove), sono poste a una maggiore distanza dal pianeta madre e presentano alti valori di inclinazione ed eccentricità orbitale . Questi satelliti sono spesso considerati più che altro degli asteroidi (cui spesso assomigliano per dimensioni e composizione) catturati dalla grande gravità del gigante gassoso e frammentati a seguito di collisioni; [165] [166] di questi ventisette non hanno ancora ricevuto un nome, mentre altri undici non sono stati più osservati dopo la loro scoperta e sono considerati persi [163]
L'identificazione dei gruppi (o famiglie) satellitari è sperimentale; si riconoscono due principali categorie, che differiscono per il senso in cui orbita il satellite: i satelliti progradi e quelli retrogradi; queste due categorie a loro volta assommano le diverse famiglie. [20] [99] [167]
- Satelliti progradi:
- Satelliti retrogradi:
Non tutti i satelliti appartengono ad una famiglia; esulano infatti da questo schema Temisto , [167] Carpo , [20] , Valetudo , S/2003 J 12 e S/2003 J 2 .
Il numero preciso di satelliti non sarà mai quantificato esattamente, perché i frammenti ghiacciati che compongono i suoi anelli possono tecnicamente essere considerati tali; inoltre, a tutt'oggi, l' Unione astronomica internazionale non ha voluto porre con precisione una linea arbitraria di distinzione tra satelliti minori e grandi frammenti ghiacciati. [99]
I nomi dei satelliti di Giove sono ispirati a quelli di amanti o figlie del dio romano Giove , o del suo equivalente greco , Zeus . [169]
Interazioni col resto del sistema solare
La forza di gravità di Giove ha contribuito, insieme a quella del Sole, a plasmare il sistema solare. Giove possiede infatti una vasta sfera di Hill , la più grande del sistema solare eccetto, ovviamente, quella del Sole; essa si estende da un minimo di 0,30665 ad un massimo di 0,33786 au dal centro del pianeta, pari a rispettivamente 45,87 ea 50,54 milioni di chilometri . [170] Tali dimensioni rendono quindi l'idea del ruolo che il pianeta svolge nel regolare gli assetti gravitazionali del sistema planetario.
Il pianeta è il responsabile di gran parte delle lacune di Kirkwood nella fascia principale degli asteroidi, e si ritiene che sia stato il principale fautore dell' intenso bombardamento tardivo nelle prime fasi della storia del sistema solare. [18] Inoltre, la maggioranza delle comete periodiche appartiene alla famiglia delle comete gioviane , i cui membri sono caratterizzati da avere orbite i cui semiassi maggiori sono inferiori a quello del pianeta. [171] Tali comete si sarebbero formate all'interno della fascia di Kuiper , ma la loro orbita particolarmente ellittica sarebbe il risultato dell'attrazione del Sole e delle perturbazioni gravitazionali esercitate da Giove durante il passaggio delle comete nei pressi del gigante gassoso. [172]
Cattura temporanea di satelliti
La grande sfera di Hill permette al pianeta di catturare temporaneamente diversi corpi minori e di porli in orbita intorno ad esso; l'avverbio temporaneamente può essere inteso sia su una scala temporale "astronomica", quindi dell'ordine del milione di anni o più, sia su scale temporali "umane", da alcuni mesi sino a qualche decennio. [173]
Tra i satelliti temporanei, noti anche come TSC (dall'inglese Temporary Satellite Capture ), catturati nell' ultimo secolo si annoverano anche alcune comete periodiche , come 39P/Oterma , [174] 82P/Gehrels , 111P/Helin-Roman-Crockett , 147P/Kushida-Muramatsu , P/1996 R2 Lagerkvist e probabilmente anche la famosa D/1993 F2 Shoemaker-Levy 9 . [175]
Giove sicuramente cattura in via temporanea anche asteroidi, ma non è stato finora osservato alcun caso; si ipotizza comunque che i satelliti irregolari del sistema gioviano esterno potrebbero essere degli asteroidi catturati. [176] [177]
Asteroidi troiani
Oltre al sistema di satelliti, il campo gravitazionale di Giove controlla numerosi asteroidi , detti asteroidi troiani , [21] che sono vincolati in corrispondenza di alcuni punti di equilibrio del sistema gravitazionale Sole-Giove, i punti di Lagrange , in cui l'attrazione complessiva è nulla. In particolare, il maggiore addensamento di asteroidi si ha in corrispondenza dei punti L 4 ed L 5 (che, rispettivamente, precede e segue di 60º Giove nel suo tragitto orbitale), poiché il triangolo di forze con vertici Giove-Sole-L 4 oppure Giove-Sole-L 5 permette ad essi di avere un'orbita stabile. [21] Gli asteroidi troiani si distribuiscono in due regioni oblunghe e curve attorno ai punti lagrangiani , [178] e possiedono orbite attorno al Sole con semiasse maggiore medio di circa 5,2 au . [179]
Il primo asteroide troiano, 588 Achilles , fu scoperto nel 1906 da Max Wolf ; [180] attualmente se ne conoscono oltre 4000, [181] ma si ritiene che il numero di troiani più grandi di 1 km sia dell'ordine del milione, vicino a quello calcolato per gli asteroidi più grandi di 1 km nella fascia principale. [179] Come nella maggior parte delle cinture asteroidali , i troiani si raggruppano in famiglie . [99] I troiani di Giove sono degli oggetti oscuri con spettri tendenti al rosso e privi di formazioni, che non rivelano la presenza certa di acqua o composti organici. [99]
I nomi degli asteroidi troiani di Giove derivano da quelli degli eroi che, secondo la mitologia greca , presero parte alla Guerra di Troia ; [180] i troiani di Giove si dividono in due gruppi principali: il campo greco (o gruppo di Achille ), posto sul punto L 4 , in cui gli asteroidi hanno i nomi degli eroi greci, e il campo troiano (o gruppo di Patroclo ), sul punto L 5 , i cui asteroidi hanno il nome degli eroi troiani. [180] Tuttavia, alcuni asteroidi non seguono questo schema: 617 Patroclus e 624 Hektor vennero denominati prima che venisse scelto di operare questa divisione; di conseguenza, un eroe greco appare nel campo troiano e un eroe troiano si trova nel campo greco. [182]
Impatti
Giove è stato spesso accreditato come lo "spazzino" del sistema solare, [183] per via del suo immane pozzo gravitazionale e della sua posizione relativamente vicina al sistema solare interno, che lo rendono l'attrattore della maggior parte degli oggetti vaganti nelle sue vicinanze; [19] per tale ragione è anche il pianeta con la maggior frequenza di impatti dell'intero sistema solare. [184]
Testimonianze di impatti sul pianeta gigante sembrano risalire già al XVII secolo : l' astrofilo giapponese Isshi Tabe ha scoperto tra i carteggi delle osservazioni di Giovanni Cassini alcuni disegni che rappresentano una macchia scura, apparsa su Giove il 5 dicembre 1690 , e ne seguono l'evoluzione durante diciotto giorni; potrebbero quindi costituire la prova di un impatto antecedente a quello della Shoemaker-Levy 9 (vedi sotto). [185] Un altro impatto degno di nota , [186] presumibilmente di un asteroide di circa 500 m di diametro [187] che apparteneva alla famiglia Hilda , [188] si è verificato nel luglio del 2009 e ha prodotto nell'atmosfera del pianeta una macchia scura, simile in dimensioni all'Ovale BA, [189] dissoltasi nell'arco di poche settimane. [190]
L'impatto della cometa Shoemaker-Levy 9
Tra il 16 ed il 22 luglio del 1994 i frammenti della cometa D/1993 F2 Shoemaker-Levy 9 precipitarono su Giove; [71] è stata la prima, e finora unica, cometa ad essere osservata durante la sua collisione con un pianeta. Scoperta il 25 marzo 1993 dagli astronomi Eugene e Carolyn Shoemaker e da David Levy , [192] la cometa destò immediato interesse nella comunità scientifica perché in orbita attorno al pianeta e non direttamente intorno al Sole. Catturata da Giove presumibilmente tra la seconda metà degli anni sessanta ei primi anni settanta , la Shoemaker-Levy 9, il cui nucleo era stato disgregato in 21 frammenti dalle forze di marea del gigante gassoso, si presentava nel 1993 come una lunga fila di punti luminosi immersi nella luminescenza delle loro code . [193] [194]
Studi orbitali permisero di concludere già poco dopo la scoperta che la cometa sarebbe caduta sul pianeta entro il luglio del 1994; [71] fu quindi avviata un'estesa campagna osservativa che coinvolse numerosi strumenti per la registrazione dell'evento. Le macchie scure che si formarono sul pianeta a seguito della collisione furono osservabili dalla Terra per diversi mesi, prima che l'attiva atmosfera gioviana riuscisse a cancellare tali cicatrici. [54] [195]
L'evento ebbe una rilevanza mediatica considerevole, ma contribuì notevolmente anche alle conoscenze scientifiche sul sistema solare; in particolare, le esplosioni causate dalla caduta della cometa si rivelarono molto utili per investigare sulla composizione chimica e sulle proprietà fisiche dell'atmosfera di Giove sotto gli immediati strati superficiali. [19] [54] [55]
Possibilità di sostenere la vita
Nel 1953 il neolaureato Stanley Miller e il suo professore Harold Urey realizzarono un esperimento che provò che molecole organiche si sarebbero potute formare spontaneamente sulla Terra primordiale a partire da precursori inorganici. [196] In quello che è passato alla storia come l'" esperimento di Miller-Urey " si fece uso di una soluzione gassosa altamente riducente , contenente metano , ammoniaca , idrogeno e vapore acqueo , per formare, sotto l'esposizione di una scarica elettrica continua (che simulava i frequenti fulmini che dovevano squarciare i cieli della Terra primitiva [197] ), sostanze organiche complesse e alcuni monomeri di macromolecole fondamentali per la vita, come gli amminoacidi delle proteine . [198] [199]
Poiché la composizione dell'atmosfera di Giove ricalca quella che doveva essere la composizione dell'atmosfera terrestre primordiale e al suo interno avvengono con una certa frequenza intensi fenomeni elettrici, lo stesso esperimento è stato replicato per verificarne le potenzialità nel generare le molecole che stanno alla base della vita . [200] Tuttavia, la forte circolazione verticale dell'atmosfera gioviana porterebbe via gli eventuali composti che si verrebbero a produrre nelle zone basse dell'atmosfera del pianeta; inoltre, le elevate temperature di queste regioni provocherebbero la decomposizione di queste molecole, impedendo in tal modo la formazione della vita così come la conosciamo. [201]
Per queste ragioni, si ritiene altamente improbabile che su Giove vi possa essere vita simile a quella terrestre, anche in forme molto semplici come i procarioti , per via degli scarsi quantitativi d'acqua, per l'assenza di una superficie solida e per le altissime pressioni che si riscontrano nelle aree interne. Tuttavia nel 1976 , prima delle missioni Voyager, si ipotizzava che nelle regioni più alte dell'atmosfera gioviana potessero evolversi delle forme di vita basate sull'ammoniaca e su altri composti dell'azoto; la congettura è stata formulata prendendo spunto dall'ecologia dei mari terrestri in cui, a ridosso della superficie, si addensano semplici organismi fotosintetici , come il fitoplancton , subito al di sotto dei quali si trovano i pesci che si cibano di essi, e più in profondità i predatori marini che si nutrono dei pesci. [202] [203] I tre ipotetici equivalenti di questi organismi su Giove sono stati definiti da Sagan e Salpeter [203] rispettivamente:"galleggiatori", "sprofondatori" e "cacciatori" (in lingua inglese, floaters , sinkers e hunters ), e sono stati immaginati come delle creature simili a bolle di dimensioni gigantesche che si muovono per propulsione , espellendo l'elio atmosferico. [202]
I dati forniti dalle due Voyager nel 1979 hanno confermato la non idoneità del gigante gassoso a supportare eventuali forme di vita. [204]
Giove nella cultura
Etimologia e significato mitologico-religioso
La grande luminosità di Giove, che lo rende ben visibile nel cielo notturno, lo ha reso oggetto di numerosi culti religiosi da parte delle civiltà antiche, per prime le civiltà mesopotamiche. Per i Babilonesi, il pianeta rappresentava Marduk , il primo fra gli dei e il creatore dell'uomo. [205]
L'analogo greco di Marduk era Zeus (in greco antico Ζεύς ), che era spesso poeticamente chiamato con il vocativo Ζεῦ πάτερ ( Zeu pater , O padre Zeus! ). Il nome è l'evoluzione di Di̯ēus , il dio del cielo diurno della religione protoindoeuropea , chiamato anche Dyeus ph 2 tēr ( Padre Cielo ). [206] Il dio era conosciuto con questo nome anche in sanscrito ( Dyaus/Dyaus Pita ) e in latino ( Iuppiter , originariamente Diespiter ), lingue che elaborarono la radice * dyeu - ("splendere" e nelle sue forme derivate "cielo, paradiso, dio") [206] ; in particolare, il nome latino della divinità, che deriva dal vocativo * dyeu-ph 2 tēr [22] , presenta molte analogie con il sostantivo deus - dīvus ( dio , divino ) e dis (una variazione di dīves , ricco [207] ) che proviene dal simile sostantivo * deiwos . [207] Zeus/Giove è quindi l'unica divinità del Pantheon olimpico il cui nome abbia un'origine indoeuropea così marcata. [208] Zeus/Giove era re degli dei, sovrano dell' Olimpo , dio del cielo e del tuono . Famoso per le sue frequentissime avventure erotiche extraconiugali, fu padre di divinità, eroi ed eroine e la sua figura è presente nella maggior parte delle leggende che li riguardano. [209]
Dalla medesima radice indoeuropea trae origine anche il nome dell'equivalente nella religione germanica e in quella norrena (* Tīwaz , confronta in alto tedesco antico Ziu e in norreno Týr ). Tuttavia, se per Greci e Romani il dio del cielo era anche il più grande degli dei, nelle culture nordiche questo ruolo era attribuito ad Odino : di conseguenza questi popoli non identificavano, per il suo attributo primario di dio del tuono, Zeus/Giove né con Odino né con Tyr, quanto piuttosto con Thor ( Þórr ). Da notare comunque come il quarto giorno della settimana sia dedicato da entrambe le culture, quella greco romana e quella nordica, come il giorno dedicato a Giove: giovedì deriva infatti dal latino Iovis dies , mentre l'equivalente inglese, Thursday , significa Thor's day , ossia giorno di Thor . [210]
Nell'astrologia
Nell' astrologia occidentale il pianeta Giove è associato al principio della crescita, dell'espansione, della prosperità e della buona sorte, così come al senso interiore di giustizia di una persona, alla moralità e ai suoi più alti intenti e ideali. Governa i viaggi lunghi, specialmente quelli all'estero, l'educazione più elevata, la religione e la legge; [211] è inoltre associato ad una propensione alla libertà e all'esplorazione, ai ruoli umanitari e protettivi, e con la capacità di rendere allegri e felici, o gioviali . [212] Il pianeta è domiciliato nel Sagittario (domicilio diurno) e nei Pesci (domicilio notturno), in esaltazione nel Cancro , in esilio nei Gemelli e nella Vergine , in caduta nel Capricorno . [213]
Nell'astrologia moderna Giove è ritenuto il possessore della nona e della dodicesima casa , ma tradizionalmente gli erano assegnate la seconda e la nona (rispettivamente, la casa dei valori e dei pensieri) ed aveva "gioia" nell'undicesima casa, degli amici e delle aspirazioni. [211]
Nell' astrologia medica il pianeta governa il sangue ed è associato al fegato , all' ipofisi e alla disposizione del tessuto adiposo . [214]
Nell' astrologia cinese Giove era chiamato la stella del legno (木星) [215] ed era importante in quanto considerato foriero di prosperità, al punto che al tempo della dinastia Zhou era noto con il nome Sui Xing , che significa Il Pianeta dell'Anno . [35] La sua importanza era tale che l'imperatore nominava direttamente un funzionario astronomo il cui compito specifico era l'osservazione del pianeta, di cui doveva registrare scrupolosamente la posizione rispetto alle costellazioni zodiacali, gli spostamenti al loro interno, e perfino il suo colore: [35] se questo appariva tendente al rosso l'opulenza avrebbe regnato nelle regioni dell'impero situate geograficamente verso la direzione in cui il pianeta era visibile nel cielo; se invece il colore era giallo allora la prosperità era da ritenersi diffusa su tutto l'impero. [35]
Nell' astrologia indiana Giove è chiamato Guru o Bṛhaspati ed è noto come il "grande maestro". [216] [217] [218]
Nella letteratura e nelle opere di fantascienza
Giove, nonostante la sua grande luminosità, non ha goduto di grande attenzione nel mondo letterario antico e medioevale; il pianeta, infatti, compare principalmente come riferimento per il suo significato astrologico. Marco Manilio , nei suoi Astronomicon libri , descriveva Giove come un pianeta dagli influssi temperati e benigni, e lo definiva come il pianeta più benefico. [219] [220] Dante Alighieri , nel Convivio , associa Giove all' arte della geometria , poiché come Giove è la « stella di temperata complessione » (Con - II, 14) tra il cielo caldo di Marte e quello freddo di Saturno, così la geometria spazia tra il punto, suo principio primo, e il cerchio, figura perfetta e quindi sua massima realizzazione. [221]
Il pianeta compare anche nel capolavoro del poeta fiorentino , la Divina Commedia , e in particolare nel Paradiso , di cui rappresenta il sesto Cielo . [222] La virtù caratteristica dei beati di questo Cielo è la giustizia : [223] esso è infatti sede delle anime di principi saggi e giusti (tra cui Re Davide , Traiano e Costantino [224] ), che appaiono a Dante come luci che volano e cantano, formando lettere luminose che compongono la frase « Diligite iustitiam qui iudicatis terram » («Amate la giustizia voi che giudicate il mondo»); [225] in seguito i beati, a partire dall'ultima M (che è anche l'iniziale della parola " Monarchia ", tematica cara a Dante ), danno forma all'immagine di un' aquila , [226] allegoria dell' Impero . [227] Questo cielo è mosso dalle intelligenze angeliche della seconda gerarchia , cioè dalle dominazioni .
Solamente a partire dal XVIII secolo il pianeta fu utilizzato in quanto tale, come ambientazione fittizia per diverse opere letterarie a carattere filosofico: in Micromega , scritto da Voltaire nel 1752 , l'eroe eponimo e il suo compagno saturniano si fermano su Giove per un anno, durante il quale hanno «imparato alcuni segreti veramente degni di nota». [228]
Fu soprattutto verso la fine del XIX secolo che il pianeta divenne in maniera costante l' ambientazione di numerosi racconti del filone fantascientifico . [229] Giove è stato spesso rappresentato, soprattutto nelle opere dei primi anni del Novecento , come un enorme pianeta roccioso circondato da un' atmosfera molto densa e spessa, [230] prima che si scoprisse la sua vera natura di gigante gassoso , privo di una vera e propria superficie. Oltre al pianeta stesso è stato spesso utilizzato come ambientazione fantascientifica anche il suo sistema di satelliti . [229] [231]
Nel cinema è celebre l'ambientazione nel sistema gioviano dei film 2001: Odissea nello spazio di Stanley Kubrick , e 2010 - L'anno del contatto , sequel del precedente, di Peter Hyams .
Note
- Note al testo
- ^ a b c I parametri orbitali sono riferiti al centro di massa del sistema di Giove e sono dei valori osculatori istantanei all'epoca J2000.0 . I parametri del centro di massa sono stati presi a modello poiché essi, al contrario del centro del pianeta, non mostrano delle variazioni apprezzabili su base giornaliera dovute all' attrazione gravitazionale dei satelliti lungo il loro moto di rivoluzione .
- ^ a b c d e f Come quota superficiale si prende convenzionalmente quella in cui l' atmosfera esercita una pressione di 1 bar .
- ^ Il limite minimo perché una stella possa dirsi tale è pari a 1,5913 × 10 29 kg , corrispondenti a 0,08 M ☉ ea 75-80 volte la massa gioviana; gli oggetti di massa inferiore a questo limite e sino ad un minimo di 11 masse gioviane sono detti nane brune , in grado di fondere nel loro nucleo solamente il deuterio .
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Voci correlate
Generali
Sull'esplorazione
Altri progetti
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Collegamenti esterni
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