17 luglio 2017

Juno e le sue straordinarie immagini della Grande Macchia Rossa

L’incontro ravvicinato con Giove della sonda Juno della NASA sta fornendo straordinarie immagini della caratteristica più evidente del pianeta gigante: la grande macchia rossa visibile sulla sua superficie. All’elaborazione delle immagini grezze inviate a Terra dalla sonda contribuiscono moltissimi dilettanti sparsi in tutto il mondodi Lee Billings/Scientific American

VAI AL VIDEO: La Macchia di Giove come non si era mai vista

L’umanità ha appena ottenuto le sue immagini più belle della Grande Macchia Rossa di Giove, una tempesta abbastanza grande da inghiottire tutta la Terra, che da secoli attraversa l’atmosfera del pianeta gigante.

Scattate all’inizio della scorsa settimana dalla navicella Juno, grande come un campo da basket e alimentata a energia solare, le nuove immagini riprese da appena 9000 chilometri sopra Giove rivelano i dettagli della Grande Macchia Rossa e dei suoi turbolenti dintorni, che sollevano tante questioni quante ne risolvono.

Gli scienziati sanno che la sua forma è generalmente anticiclonica, cioè si avvolge in senso antiorario. Sanno anche che è molto più alta e più fredda di gran parte dell’atmosfera superiore di Giove: un nome più adatto sarebbe Grande Macchia Fredda, perché sale ben oltre il livello delle nuvole circostanti, espandendosi e raffreddandosi via via. Come la maggior parte dello strato di nubi di Giove, è ricca di ammoniaca.

Quello che ancora non si sa è come sia sopravvissuta per così tanto tempo, o fino a quale profondità si prolunghi verso Giove. Negli ultimi decenni, per motivi sconosciuti, è diventata lentamente più circolare che ovale, spingendo alcuni ricercatori a sospettare che sia sul punto di dissiparsi. Nessuno comprende pienamente le origini del suo colore rossastro.

Juno e le sue straordinarie immagini della Grande Macchia Rossa
Rappresentazione artistica dell’avvicinamento a Giove della sonda Juno (Credit: NASA/JPL/Björn Jónsson/Seán Doran)

Anche se è stata studiata per secoli attraverso piccoli telescopi a terra, la macchia ha ricevuto i suoi primi piani nella seconda metà del Ventesimo secolo grazie a una serie progressiva di incontri ravvicinati con la sonde della NASA Pioneer, Voyager e Galileo, nonché attraverso un dettagliato monitoraggio

a distanza da parte del telescopio spaziale Hubble e di altri osservatori. Con ogni osservazione, i ricercatori hanno gradualmente acquisito una comprensione più profonda della natura dinamica della tempesta e di Giove, e le ultime osservazioni non fanno eccezione.

“Le immagini di questa settimana della Grande Macchia Rossa sono le migliori ottenute finora e superano quelle del Voyager”, dice John Rogers, veterano delle osservazioni del pianeta gigante e direttore della sezione Giove della British Astronomical Association. “Sebbene il miglioramento della risoluzione e della qualità sia incrementale, quindi non rappresenti un grosso salto, ha oltrepassato una soglia che consente di rilevare onde di piccole dimensioni e piccole nuvole che proiettano la loro ombra nella Grande Macchia Rossa e che non erano mai state viste prima”.

Le nuove osservazioni “consentiranno grandi confronti con quello che abbiamo visto grazie alla sonda Galileo 20 anni fa e Voyager 20 anni prima”, dice Amy Simon, esperto di atmosfere planetarie del Goddard Space Flight Center della NASA. “Possiamo certamente dire che si è evoluta in vent’anni, è molto più rotonda, naturalmente, ma ad attirare la mia attenzione sono le modifiche al taglio nelle strutture interne della nube. Ci sono più gorghi e turbolenze nelle aree che di solito erano completamente allungate in lunghe bande. Dovremo analizzare queste caratteristiche per capire bene in che modo la Grande Macchia Rossa sta mutando nel tempo”.

Alcuni ricercatori stanno già speculando sulle sottili ombre e gradazioni di colore presenti nella Macchia, che le nuove immagini suggeriscono essere più intense nei pressi del suo torreggiante centro. Questo potrebbe aiutare a convalidare una recente teoria sulla sua colorazione, secondo cui il rosso sarebbe una sorta di scottatura solare. Poiché derivano dalla luce ultravioletta che bombarda l’ammoniaca e gli idrocarburi in tracce che si trovano negli strati più alti della stratosfera di Giove, le sfumature della Macchia sarebbero quindi più intense dove raggiunge il livello più alto rispetto alle nuvole circostanti.

Secondo Michael Wong, planetologo dell’Università della California a Berkeley, la morale complessiva da trarre da queste nuove immagini è quanto fossero relativamente miopi le nostre visioni precedenti. Wong ha usato il telescopio spaziale Hubble per monitorare Giove in concomitanza con l’incontro ravvicinato di Juno con la Grande Macchia Rossa. “Nelle immagini di Juno, le zone con la struttura più bella sono le aree che sembravano piane nell’immagine di Hubble”, dice Wong. “Come in un frattale, vediamo i dettagli al limite della risoluzione, non importa a quale scala si osserva”.

Juno e le sue straordinarie immagini della Grande Macchia Rossa
JunoCam, la fotocamera montata sulla sonda Juno (Credit: Malin Space Science Systems)

In senso lato, questi nuovi panorami sono una gentile concessione di Juno, che, lanciata nel 2011, è entrata in orbita polare attorno a Giove poco più di un anno fa: la loro vera origine è lo strumento più modesto della sonda, la fotocamera JunoCam, considerata scientificamente così irrilevante da ottenere un bilancio operativo ridotto all’osso e da essere ufficialmente inclusa solo per “sensibilizzare il pubblico”.

Le limitate risorse hanno fatto sì che gli scienziati di JunoCam si basino su un piccolo esercito di “cittadini scienziati” volontari che, utilizzando telescopi amatoriali, segnalano caratteristiche transitorie nell’atmosfera gioviana come “punti di interesse” per l’osservazione con lo strumento. A ogni caratteristica viene dato un nome di fantasia, come Mortyland, Hot Spot Tail e Carl Sagan Jawbreaker.

A causa dell’orbita polare che porta la sonda incredibilmente vicina al pianeta, la maggior parte delle immagini di queste caratteristiche riprese da JunoCam hanno una distorsione a clessidra dovuta agli orizzonti ripresi di scorcio; i colori sono pallidi, i contorni offuscati dalle nuvole. Un secondo gruppo di dilettanti estrae i dettagli più significativi da queste immagini grezze dopo che Juno le ha inviati a Terra. Trasmesse in streaming sul sito web di JunoCam, le migliori immagini elaborate da loro correggono la distorsione, migliorano i colori e aumentano il contrasto in un modo che lascia ammirati i professionisti.

Dopo l’arrivo delle immagini grezze “aggiorno il mio schermo ogni cinque minuti circa, e ogni volta trovo un numero sempre maggiore di questi pregevoli e preziosissimi prodotti”, dice Candice Hansen, coordinatrice del gruppo JunoCam della NASA. “Abbiamo una piccolissima squadra perché si tratta di uno strumento destinato alla divulgazione, e quindi il pubblico è il nostro vero team: contiamo molto sulla nostra squadra di dilettanti”.

Per dimostrarlo, tira fuori un’immagine ingrandita della Macchia con le elaborazioni sempre più raffinate effettuate da due volontari di JunoCam, Gerald Eichstädt, matematico a Stoccarda, in Germania, e Seán Doran, un artista di Londra. “Questi ragazzi in particolare – Gerald e Seán – hanno fornito immagini dei primi incontri  di Juno con Giove che mostrano tutte queste ‘piccole’ tempeste di soli 25 o 50 chilometri di larghezza che svettano dal tetto di nubi nella zona tropicale meridionale del pianeta”, afferma Hansen. “Le tempeste mi ricordano un po’ le linee di groppo (squall line) delle immagini meteorologiche terrestri. E sono qui, in cima alla Grande Macchia Rossa! Sembrano quasi spumose… Questo è il tipo di dettagli che si ottiene quando improvvisamente si ha una risoluzione sufficiente. Non sono in grado di dire che cosa ciò significhi per la dinamica atmosferica, ma sono sicura che è importante e che quando avremo risolto questo dilemma ne scaturirà un notevole risultato scientifico”.

“Per loro usiamo l’aggettivo ‘dilettante’ tra virgolette”, sottolinea Glenn Orton, ricercatore di JunoCam presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA. “Sanno veramente ciò che fanno e lavorano gratuitamente.”

Juno e le sue straordinarie immagini della Grande Macchia Rossa
Vista complessiva di Giove, in confronto con la Terra (a destra) (Credit: NASA/JPL)

Eichstädt ha iniziato a collaborare con JunoCam nel 2013, quando ha elaborato alcune immagini della Terra catturate dallo strumento mentre la sonda orbitava intorno alla Terra per acquisire la velocità sufficiente a iniziare il viaggio verso Giove. Da allora, è stato coinvolto nello sviluppo di un software proprietario di pipeline per migliorare le immagini di JunoCam, che richiede un’attenta calibrazione per rimuovere il rumore dovuto a pixel difettosi del rivelatore così come variabili di modellazione, quali l’angolo di illuminazione dal sole, l’assorbimento della luce dal pianeta e la traiettoria del veicolo spaziale. Complessivamente, spiega, la routine richiede alcune ore per produrre un’immagine elaborata, e questo gli lascia un sacco di tempo per riflettere sui più fini dettagli che altri potrebbero non notare.

Tra le altre cose, Eichstädt ha notato un piccolo numero di singoli pixel luminosi diffusi all’interno e intorno alle sue immagini elaborate della macchia. “Quelli che non sono stati individuati dal mio algoritmo di correzione, e che quindi probabilmente non sono artefatti della fotocamera, sono collisioni di particelle energetiche provenienti dall’ambiente d’intensa radiazione di Giove, oppure, se avessimo molta fortuna, fulmini”.

Documentati per la prima volta nelle nubi di Giove come rari lampi di luce diffusa durante il sorvolo di Voyager 1 e osservati decenni più tardi dalla sonda Galileo, i fulmini di Giove potrebbero essere un indice indiretto del contenuto di acqua del pianeta. Le osservazioni di Voyager e di Galileo indicano entrambe che ciascun fulmine emerge dalle profondità dell’atmosfera sotto le nubi di ammoniaca di Giove, in regioni in cui le temperature e le pressioni raggiungono il punto triplo dell’acqua e i moti vorticosi di vapore, pioggia e grandine determinano immensi accumuli di carica elettrica. I fulmini, tuttavia, non sono mai stati osservati nella Macchia, ed Eichstädt è il primo a dire che le sue osservazioni preliminari sono solo speculazioni che richiedono un follow-up molto più dettagliato.

Ciò avverrà più tardi, con ulteriori osservazioni ravvicinate di Juno, non solo quelle di JunoCam ma anche quelle degli altri otto strumenti che possono misurare la temperatura del pianeta, i suoi campi magnetici e gravitazionali le emissioni di microonde del suoi strati interni profondi e altro ancora. Le misurazioni gravitazionali e delle microonde, in particolare, potrebbero presto rivelare quanto si estende verso il basso la macchia di Giove, e cioè se galleggia come un iceberg nella parte superiore dell’atmosfera, o se invece si prolunga verso le profondità del pianeta.

Nei prossimi anni la sonda sarà immersa nell’atmosfera di Giove, portando la missione verso un infuocato finale progettato per evitare di contaminare una delle lune ghiacciate del pianeta, che sono di grande interesse per l’astrobiologia. JunoCam potrebbe smettere di funzionare molto prima, anche in autunno, a causa dell’intensa radiazione presente attorno al pianeta, sostengono i progettisti della missione. Ma la sua eredità durerà: Eichstädt, Doran e gli altri addetti all’elaborazione delle immagini dicono che la parte migliore del loro lavoro deve ancora venire.

“Due anni fa non ero neanche sicuro che tutto questo avrebbe funzionato”, dice Hansen. “Vorrei solo dire alla gente che non abbiamo un team dedicato alle immagini che aspetta dietro le quinte, quindi le stiamo solo pubblicando per vedere se qualcuno le prende! E’ meraviglioso vedere che ci siamo riusciti, ben oltre le più rosee previsioni”.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su Scientific American il 13 luglio 2017. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)

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