Una nuova prospettiva sulle intemperie di Giove
Giove è un luogo tempestoso: i forti venti che spirano nel più grande pianeta del nostro sistema solare raggiungono solitamente i 360 km/h. Sebbene i flussi zonali del gigante gassoso siano noti da secoli, non siamo sinora stati in grado di spiegare cosa li renda così potenti. Il progetto JUMP, JUpiter Modeling Platform, finanziato dall’UE, ha finalmente iniziato a svelare questo mistero. Intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto è riuscito a dimostrare che l’intensità delle correnti su Giove è determinata dall’energia di rotazione del pianeta.
Dinamiche celate
«Sino ad ora è stata accettata la tesi secondo cui la forza energetica dei flussi zonali sarebbe direttamente connessa con la trasformazione dell’energia solare in fonti di movimento per tali correnti», afferma Stefania Espa, professoressa associata di idraulica presso il Dipartimento di Ingegneria Civile Edile e Ambientale dell’Università di Roma La Sapienza e coordinatrice del progetto JUMP. Ciononostante, sottolinea la docente, questa affermazione non è in grado di spiegare la ragione per cui i flussi zonali su Giove sono quattro volte più intensi rispetto a quelli sulla Terra, sebbene questo grande pianeta sia investito da una quantità di energia solare 30 volte inferiore. Per comprendere le dinamiche alla base delle formazione dei flussi zonali, il team di ricercatori ha creato il primo modello in laboratorio di un gigante gassoso. In tale contesto, essi hanno ricreato le correnti che spirano su Giove simulando i meccanismi che inducono la formazione dei flussi e approfondendo il trasferimento di energia esistente.
Combinare competenze e dati
Per simulare le correnti d’aria su Giove e anche su Saturno, un altro gigante gassoso, il team ha messo a punto una piattaforma che combina dati di modellizzazione numerica e laboratoriale. In tal modo, il team ha potuto raccogliere grandi set di dati che sono stati successivamente messi a disposizione ad accesso aperto in modo da poter essere sfruttati da altri ricercatori. I dati raccolti in laboratorio e mediante le simulazioni numeriche sono stati poi combinati con osservazioni planetarie effettuate da missioni spaziali. I ricercatori hanno inoltre sviluppato un nuovo strumento diagnostico basato sulla vorticità potenziale volto a quantificare la turbolenza planetaria, riuscendo così a mettere in evidenza per la prima volta che il trasferimento di energia nell’atmosfera di Saturno è quattro volte meno intenso rispetto a quello che si verifica su Giove. Riunendo le competenze di vari esperti, quali scienziati di fluidodinamica, planetologi e climatologi, Espa e i suoi colleghi hanno puntato allo sviluppo di un nuovo quadro che lega i flussi di correnti all’energia di rotazione di un pianeta. «Abbiamo dimostrato che i flussi zonali si sviluppano attraverso l’azione combinata di cascate atmosferiche turbolente e della curvatura sferica nei pianeti, il cosiddetto effetto beta», osserva Espa. «Abbiamo inoltre messo in evidenza il fatto che l’intensità energetica dei flussi dipende esclusivamente dalla velocità di rotazione e dal raggio planetario.» Questi risultati consentono di spiegare il motivo per cui i flussi zonali su Giove sono più forti rispetto a quelli sulla Terra: in effetti, Giove ruota 2,4 volte più rapidamente.
Un contributo alla ricerca sul clima
Oltre a migliorare la nostra comprensione in merito alle dinamiche interne di Giove, il lavoro svolto dal team di JUMP potrebbe fornire importanti indizi per la ricerca sul clima. «Si sa che i flussi zonali svolgono un ruolo cruciale nell’organizzazione del sistema climatico mediante il trasporto di calore, umidità, gas e sostanze nutritive in varie zone del pianeta», spiega Espa. «Una comprensione approfondita degli aspetti fisici da cui dipende la formazione di queste correnti è essenziale per analizzare i cambiamenti climatici tanto passati, quanto futuri.»
Parole chiave
JUMP, Giove, gigante gassoso, flusso zonale, modello laboratoriale, modellizzazione numerica, pianeta, vorticità potenziale, turbolenza, cambiamenti climatici