Giove

Giove

Giòve [Dal nome del maggiore degli dei della mitologia greca, lat. Iuppiter, genitivo Iovis] [ASF] Il maggiore dei nove pianeti principali del Sistema Solare e il quinto in ordine di distanza dal Sole. Esso è noto fin dall'antichità, essendo (insieme a Mercurio, Venere, Marte e Saturno) uno dei cinque pianeti visibili a occhio nudo. La sua orbita ellittica ha il semiasse maggiore di 778 milioni di kilometri (5.20 UA) e un'eccentricità pari a 0.048 4. Nel corso dell'anno, la sua distanza dalla Terra varia tra 584 e 962 milioni di kilometri e, di conseguenza, variano anche la sua magnitudine apparente (da -2.5 a -1.4) e il suo diametro angolare (da 50'' a 31''). Il periodo del suo moto di rivoluzione intorno al Sole è 11.862 anni. Ha un diametro equatoriale di 142 984 km (11.2 volte quello della Terra) e una massa di ²1.90 1027 kg (318 volte quella della Terra) e una densità di 1.33 g/cm3 (circa 1/4 di quella della Terra): v. Sistema Solare: V 271 Tab. 1.1 e 1.2. Le dimensioni di G. sono quasi le massime possibili per un pianeta. I modelli teorici indicano, infatti, che un corpo di massa un po' maggiore di quella di G. si contrarrebbe di più, per effetto del proprio campo gravitazionale, finendo così con il diventare più piccolo. Se poi la massa fosse ancora più grande (70 o 80 volte quella di G.), il riscaldamento, prodotto dalla contrazione gravitazionale, porterebbe il nucleo a temperature di qualche milione di gradi, sufficienti per innescare la fusione nucleare dell'idrogeno: il corpo, allora, diverrebbe una stella. L'enorme massa di G. fa sì che l'accelerazione di gravità sulla sua superficie sia ²25 m/s2 (2.5 volte quella sulla Terra) e che la velocità di fuga sia ²60 km/s (5.5 volte quella terrestre); una velocità di fuga così grande (la maggiore fra quelle di tutti i corpi del Sistema Solare, eccettuato il Sole) ha avuto una decisiva importanza nel-l'evoluzione del pianeta, in quanto ha impedito che quantità significative dei gas più leggeri (idrogeno, elio) sfuggissero alla sua attrazione gravitazionale. G., pertanto, dovrebbe avere oggi la stessa composizione chimica che aveva all'epoca della sua formazione (circa 4.6 miliardi di anni fa). (a) L'esplorazione di G. con sonde spaziali. Si è svolta a partire dagli anni '70 (v. Sistema Solare, esplorazione del). Molte delle attuali conoscenze del pianeta si basano sui dati raccolti da quattro sonde: Pioneer 10 e 11 (che lo hanno incontrato rispettiv. nel dicembre 1973 e nel dicembre 1974) e Voyager 1 e 2 (che lo hanno incontrato nel marzo e nel luglio 1979). La prosecuzione dell'esplorazione di G. è attualmente (1996) affidata a tre sonde: Galileo (lanciata nell'ottobre del 1989, ha raggiunto G. nel 1995), Ulisse (lanciata nel 1990, ha raggiunto G. nel febbraio 1992) e Cassini (lancio previsto nel 1996). I risultati di queste missioni spaziali e delle osservazioni da Terra, accresciute in numero ed estensione spettrale (dal visibile all'ultravioletto X, gamma, infrarosso e radio), consentono di tracciare di G. un quadro assai più dettagliato che nel passato, anche recente. (b) Sorgenti interne di energia. G. irraggia nello spazio, sotto forma di radiazione infrarossa, circa il doppio dell'energia che riceve dal Sole. Le osservazioni hanno infatti mostrato che l'emissione termica del pianeta è ²4 10l7 W, mentre l'energia solare che esso assorbe ogni secondo è soltanto ²2 10l7 W; dunque G. è più caldo di quanto ci si aspetterebbe se esso fosse riscaldato unicamente dal Sole (la sua temperatura superficiale media è ²127 K, invece che ²107 K). Poiché nel suo interno certamente non hanno luogo reazioni termonucleari, bisogna pensare che G. sia riscaldato dall'energia gravitazionale liberata nella contrazione. Non è chiaro, però, se G. stia semplic. irraggiando calore immagazzinato nella fase di contrazione originaria, che ebbe luogo all'epoca della sua formazione, o se esso si stia contraendo tuttora. In quest'ultimo caso, si tratterebbe comunque di un proces-so lentissimo (il diametro del pianeta diminuirebbe di non più di 1 mm all'anno). (c) Composizione chimica e struttura interna. G. ha una densità (1.33 g/cm3) assai minore di quella dei pianeti interni e quasi uguale a quella del Sole; ciò sugge-risce che esso sia costituito essenzialmente da idrogeno ed elio, pressappoco nelle stesse proporzioni in cui questi due elementi compongono il Sole. Gli elementi più pesanti (ossigeno, carbonio, silicio, ecc.) rappresenterebbero soltanto il 2 % della massa del pianeta. La struttura interna si desume, oltre che dalla densità, da altre caratteristiche del pianeta: per es., la forma, la composizione chimica dell'atmosfera, l'andamento del campo gravitazionale nello spazio a esso circostante. Al di sotto di una densa atmosfera, spessa un migliaio di kilometri (v. oltre), ci sarebbe uno strato di idrogeno ed elio liquidi, fino a ²20 000 km di profondità. Ivi l'idrogeno si troverebbe nel suo usuale stato molecolare (H₂); al crescere ulteriore della profondità e, conseguentemente, della pressione, l'idrogeno, pur rimanendo liquido, viene ionizzato e si comporta quindi come un conduttore (idrogeno metallico); scendendo ancora verso il centro del pianeta, s'incontra un nucleo formato da ghiaccio e materiali rocciosi (qui i termini "ghiaccio" e "roccia" sono usati in un senso lato, per indicare composti allo stato solido, contenenti, oltre all'idrogeno, silicio, ossigeno, carbonio, azoto e metalli come il ferro e il nichel); in questo nucleo, avente un raggio di 10 000 o 15 000 km, si raggiungerebbero temperature di ²25 000 K e pressioni di ²5 1012 Pa. (d) Composizione dell'atmosfera. I primi gas a essere scoperti, già negli anni '40, nell'atmosfera di G., furono il metano (CH₄) e l'ammoniaca (NH₃); più difficile è stato individuare i due gas (l'idrogeno e l'elio) che sono i costituenti principali dell'atmosfera gioviana. L'elio, soprattutto, è sfuggito a lungo all'osservazione perché le sue bande di assorbimento cadono a lunghezze d'onda molto corte (nell'ultravioletto), rilevabili soltanto da poco tempo, con strumenti portati da satelliti artificiali terrestri. Soltanto le sonde Pioneer e Voyager hanno permesso di stabilire che l'atmosfera di G. è costituita quasi per intero da idrogeno (88÷89 % in massa) ed elio (11÷12 %), con altri elementi, come il carbonio e l'azoto, in combinazione con l'idrogeno e tracce di metano, ammoniaca, vapor acqueo, etano, acetilene, fosfina, ossido di carbonio (CO) e altri gas; un fatto notevole rispetto all'atmosfera del Sole è la scarsità dell'ossigeno (che è presente essenzialmente sotto forma di acqua) e l'apparente assenza dello zolfo. L'ipotesi più accreditata è che, nonostante queste apparenti discrepanze, la composizione di G. sia, complessivamente, simile a quella solare. (e) Meteorologia. L'aspetto più caratteristico della superficie di G., osservabile dalla Terra anche con un modesto telescopio, è l'alternarsi di bande chiare (le cosiddette zone) e scure (le fasce), disposte parallelamente all'equatore (v. V Tav. XXIII Fig. 1). Le zone sono grigiastre, mentre le fasce sono variamente colorate, con un prevalere di toni rossicci e bruni. La natura di queste strisce è stata chiari-ta grazie, soprattutto, ai dati raccolti dalle sonde Pioneer e Voyager. La superficie visibile del pianeta è, in realtà, una fitta coltre di nubi che si addensa nell'alta atmosfera. Le zone e le fasce sono originate dai moti convettivi dei gas atmosferici; le zone chiare corrispondono a materiale, proveniente dal basso, che si raffredda negli strati più alti dell'atmosfera, condensandosi in nuvole, mentre le fasce scure corrispondono a correnti discendenti: ivi le nuvole si formano a quote minori, come suggerito dalla loro temperatura, maggiore di quella delle nubi delle zone. Le nubi delle zone e delle fasce sono quasi certamente formate da cristalli di ammoniaca e, spec. le seconde, potrebbero contenere anche composti a base di zolfo, il che spiegherebbe, fra l'altro, l'assenza di questo elemento negli strati superiori dell'atmosfera. Recentemente, è stata proposta la presenza di fosforo nelle nubi delle fasce e, in partic., nella "grande macchia rossa" (v. oltre). In aggiunta ai moti verticali, nell'atmosfera di G. vengono osservati forti venti orizzontali con velocità che possono superare 300 km/h: questi soffiano in direzioni opposte nelle zone e nelle fasce (nelle prime da est a ovest, nelle seconde da ovest a est). Nelle fasce, e ancor più ai confini fra queste e le zone, s'individuano numerose strutture di tipo vorticoso, simili alle aree cicloniche e anticicloniche dell'atmosfera terrestre. La più estesa di queste strutture è la grande macchia rossa, una macchia rossastra, larga ²14 000 km e lunga ²30 000 km (v. V Tav. XX Fig. 4). Si tratta di un immenso vortice, in cui i gas ruotano in senso antiorario (trovandosi nell'e-misfero sud del pianeta, essa corrisponde dunque a un anticiclone terrestre, cioè a un'area di alta pressione). La sua caratteristica più sorprendente è l'estrema stabilità: essa infatti, pur mutando di dimensioni, è stata osservata con continuità per oltre 300 anni, dall'epoca della sua scoperta (per opera di G.D. Cassini nel 1664) fino a oggi. I vortici di dimensioni minori, pur avendo durata più breve, sono comunque di gran lunga più longevi delle corrispondenti strutture terrestri: per es., le tre piccole macchie ovali visibili immediatamente a sud della macchia rossa, esistono dai primi anni '50. La longevità delle aree cicloniche e anticicloniche gioviane e, più in generale, le profonde differenze che esistono fra i fenomeni meteorologici su G. e sulla Terra, vengono attribuite soprattutto alla diversa velocità di rotazione dei due pianeti (G. ruota su sé stesso molto più velocemente della Terra: v. oltre) e al fatto che G. non possiede una superficie solida (questa, infatti, sulla Terra, contribuisce fortemente a smorzare i movimenti della densa bassa atmosfera. (f) Struttura dell'atmosfera. Le occultazioni delle sonde Pioneer e Voyager dietro il disco di G. hanno fornito informazioni sull'andamento della temperatura e della pressione attraverso gli strati più esterni dell'atmosfera; infatti, a mano a mano che la sonda penetra nel cono d'ombra del pianeta, i segnali radio che essa invia alla Terra devono attraversare spessori crescenti di gas e sono, quindi, progressivamente attenuati; dall'intensità dei segnali ricevuti si può risalire alla densità atmosferica alle varie quote e di qui, utilizzando opportuni modelli teorici, alla pressione e alla temperatura. Queste due ultime grandezze sono riportate, in funzione dell'altitudine, nella fig., insieme alla presumibile distribuzione dei vari tipi di nubi descritti sopra. Partendo dal livello "0" (cioè la massima profondità che può essere sondata con il metodo delle occultazioni), la temperatura diminuisce con l'altezza, raggiungendo un minimo di ²100 K, e poi aumenta nuovamente verso l'esterno. Si distinguono dunque due strati nell'atmosfera (che vengono chiamati troposfera e mesosfera) separati da una superficie d'inversione termica (tropopausa). Fra la struttura delle atmosfere di G. e della Terra vi è dunque un'analogia, che risulta sorprendente, data la loro diversissima composizione chimica. Si pensa che il ruolo dell'ozono, che nell'atmosfera terrestre determina l'inversione termica a quote di ²11 km, sia giocato, nell'atmosfera gioviana, dalle molecole di idrocarburi, come l'etano e l'acetilene, che sono buoni assorbitori della radiazione ultravioletta solare. (g) Campo magnetico. Anche per la sua origine e i fenomeni ad esso connessi (aurore, intrappolamento di particelle cariche nelle fasce di radiazione, formazione della magnetosfera) v'è una forte analogia con il campo magnetico terrestre e per la magnetosfera di G. valgono sostanzialmente le considerazioni che si fanno per la Terra (v. magnetosfera). L'intensità del campo magnetico sulla superficie del pianeta è stimata circa decupla di quella che si ha sulla superficie della Terra (v. Sistema Solare: V 278 c). (h) Emissione radio. G. è un'intensa sorgente di onde radio; si distinguono tre campi di lunghezza d'onda, emissione millimetrica, emissione decimetrica ed emissione decametrica. La prima componente costituisce semplic. il prolungamento, alle lunghezze d'onda millimetriche e centimetriche, dello spettro di emissione termica del pianeta (G. irradia come un corpo nero a ²130 K, sicché il massimo della sua emissione cade nell'infrarosso). Le altre due componenti, invece, sono generate dal moto di particelle cariche (elettroni e protoni) di alta energia nella magnetosfera; quella decimetrica viene interpretata come radiazione di sincrotrone, prodotta da elettroni relativistici in moto nel campo magnetico gioviano, mentre la componente decametrica viene emessa, invece, sporadicamente, a fiotti (radioesplosioni, ingl. radio burst): la sua intensità è così grande che, durante i periodi attivi, G. diventa l'oggetto del cielo più "luminoso", dopo il Sole, a queste lunghezze d'onda. Essa viene attribuita a intense correnti elettriche che, di tanto in tanto, si sviluppano fra il satellite Io e la ionosfera gioviana (uno strato di gas ionizzato che circonda G., avente un'origine analoga a quella della ionosfera terrestre). (i) Rotazione. G. è il pianeta del sistema solare dotato del moto di rotazione più rapido. La sua velocità di rotazione viene determinata con due metodi, che si riferiscono, rispettiv., agli strati interni del pianeta e a quelli superficiali. Il primo metodo si basa sul fatto che l'emissione radio decimetrica di G. presenta una caratteristica periodicità, che è rimasta invariata dall'epoca della sua scoperta (circa 30 anni fa) fino a oggi; si pensa che questa variazione periodica sia prodotta dalla rotazione del pianeta, più precis. dei suoi strati interni di idrogeno metallico, dove ha origine il campo magnetico; si ottiene un periodo di rotazione di 9h 55m 29.86s. Il secondo metodo si basa, invece, sull'osservazione del moto di strutture atmosferiche (vortici, sistemi di nubi); mediando le velocità, misurate in zone e fasce adiacenti, nella regione equatoriale e in quelle polari si trova che l'atmosfera gioviana non ruota rigidamente: il periodo di rotazione è, infatti, più breve intorno all'equatore (9h 50m 30s) che alle alte latitudini (9h 55m 41s). L'asse di rotazione è quasi perpendicolare al piano dell'orbita (l'equatore è inclinato di soli 3° 7' sul piano dell'orbita e questo è inclinato di soli 1° 3' sull'eclittica), sicché sul pianeta non vi sono, in pratica, stagioni. Il rapido moto di rotazione produce un notevole schiacciamento polare (²1/16). (l) Satelliti. Di G. si conoscono 16 satelliti (i quattro maggiori, molto più splendenti degli altri, furono scoperti da Galileo nel 1610 e da lui chiamati, in onore dei Medici, pianeti medicei, mentre ora vengono designati come satelliti galileiani); per essi v. Sistema Solare: V 272 Tab. 1.3, 273 Tab. 1.4. (m) Anelli. G. possiede anelli, molto più "tenui" di quelli di Saturno e di Urano, scoperti dalle sonde Voyager nel 1979.