Come icona popolare tra gli oggetti del Sistema Solare, la Grande Macchia Rossa di Giove (GRS) è probabilmente la struttura atmosferica più nota. Le sue grandi dimensioni (in questo momento, il suo diametro è quello della Terra) e il contrasto del suo colore rossastro con le pallide nubi del pianeta la rendono un oggetto che può essere facilmente visto anche con piccoli telescopi. La Grande Macchia Rossa di Giove è un enorme vortice anticiclonico con venti che viaggiano a 450km/h attorno alla sua periferia. È il vortice più grande e longevo tra tutti quelli esistenti nelle atmosfere dei pianeti del Sistema Solare, ma la sua età è oggetto di dibattito e il meccanismo che ha portato alla sua formazione rimane oscuro.
Ora ricercatori dell’Università dei Paesi Baschi (UPV/EHU), dell’Universitat Politècnica de Catalunya—BarcelonaTech (UPC) e del Barcelona Supercomputing Center (CNS-BSC) hanno analizzato le osservazioni storiche sin dal XVII secolo e hanno sviluppato modelli numerici per spiegare la longevità e la natura della Grande Macchia Rossa di Giove. I ricercatori hanno pubblicato i risultati delle loro osservazioni e dei modelli numerici sulla rivista Geophysical Research Letters.
Le osservazioni antiche
Le speculazioni sull’origine della GRS risalgono alle prime osservazioni telescopiche effettuate dall’astronomo Giovanni Domenico Cassini, che nel 1665 scoprì un ovale scuro alla stessa latitudine della GRS e lo chiamò “Macchia Permanente” (PS), poiché fu osservato da lui e da altri astronomi fino al 1713. Gli astronomi ne persero successivamente le tracce per 118 anni e solo nel 1831 e negli anni successivi S. Schwabe osservò di nuovo una struttura chiara, di forma approssimativamente ovale e alla stessa latitudine della GRS; questa può essere considerata la prima osservazione dell’attuale GRS, forse di una GRS nascente.
Da allora, la Grande Macchia Rossa di Giove è stata osservata regolarmente per mezzo di telescopi e dalle varie missioni spaziali che hanno visitato il pianeta fino ai giorni nostri.
Il nuovo studio
In questo nuovo studio, gli autori hanno prima analizzato l’evoluzione delle sue dimensioni nel tempo, la sua struttura e i movimenti di entrambe le formazioni meteorologiche, l’ex PS e la GRS; per farlo, hanno utilizzato fonti storiche risalenti alla metà del XVII secolo, poco dopo l’invenzione del telescopio.
“Dalle misurazioni delle dimensioni e dei movimenti abbiamo dedotto che è altamente improbabile che l’attuale GRS fosse la PS osservata da G. D. Cassini. La PS è probabilmente scomparsa tra la metà del XVIII e il XIX secolo, nel qual caso, possiamo dire che la longevità della Macchia Rossa ora supera almeno i 190 anni“, ha spiegato Agustín Sánchez-Lavega, Professore di fisica presso l’UPV/EHU, che ha guidato questa ricerca.
La Macchia Rossa, che nel 1879 era di 39.000km sul suo asse più lungo, si è ridotta fino agli attuali 14.000km e contemporaneamente è diventata più arrotondata. Inoltre, a partire dagli anni ’70, diverse missioni spaziali hanno studiato attentamente questo fenomeno meteorologico. Di recente, “vari strumenti a bordo della missione Juno in orbita attorno a Giove hanno mostrato che la GRS è poco profonda e sottile rispetto alla sua dimensione orizzontale, poiché verticalmente è lunga circa 500km“, ha spiegato Sánchez-Lavega.
Per scoprire come si è potuto formare questo immenso vortice, i team UPV/EHU e UPC hanno eseguito simulazioni numeriche su supercomputer spagnoli, come MareNostrum IV del BSC, parte della Spanish Supercomputing Network (RES), utilizzando due tipi di modelli complementari del comportamento dei vortici sottili nell’atmosfera di Giove.
Predominanti sul pianeta gigante sono le intense correnti di vento che scorrono lungo i paralleli alternandosi nella loro direzione con la latitudine. A nord della GRS, i venti soffiano in direzione ovest a velocità di 180km/h, mentre a sud soffiano nella direzione opposta, verso est, a velocità di 150km/h. Ciò genera un’enorme shear nord-sud nella velocità del vento, che è un ingrediente fondamentale che consente al vortice di crescere al suo interno.
Le origini della Grande Macchia Rossa di Giove
Nello studio, è stata esplorata una serie di meccanismi per spiegare la genesi della Grande Macchia Rossa, tra cui l’eruzione di una gigantesca supertempesta, simile a quelle raramente osservate sul pianeta gemello Saturno, o la fusione di molteplici vortici più piccoli prodotti dal wind shear.
I risultati indicano che, sebbene si formi un anticiclone in entrambi i casi, differisce in termini di forma e proprietà dinamiche da quelli della presente GRS. “Pensiamo anche che se uno di questi fenomeni insoliti si fosse verificato, esso o le sue conseguenze nell’atmosfera devono essere stati osservati e segnalati dagli astronomi all’epoca“, ha affermato Sánchez-Lavega.
In una terza serie di esperimenti numerici, il team di ricerca ha esplorato la genesi della GRS da una nota instabilità nei venti che si pensa sia in grado di produrre una cella allungata che li racchiude e li intrappola. Tale cella sarebbe una proto-GRS, una macchia rossa nascente, il cui successivo restringimento darebbe origine alla GRS compatta e in rapida rotazione osservata alla fine del XIX secolo. La formazione di grandi celle allungate è già stata osservata nella genesi di altri grandi vortici su Giove.
“Nelle nostre simulazioni, i supercomputer ci hanno permesso di scoprire che le celle allungate sono stabili quando ruotano attorno alla periferia della GRS alla velocità dei venti di Giove, come ci si aspetterebbe quando si formano a causa di questa instabilità“, ha affermato Enrique García-Melendo, ricercatore presso il Dipartimento di fisica dell’UPC.
Utilizzando due diversi tipi di modelli numerici, uno presso l’UPV/EHU e l’altro presso l’UPC, i ricercatori hanno concluso che se la velocità di rotazione della proto-GRS è inferiore a quella dei venti circostanti, la proto-GRS si romperà, rendendo impossibile la formazione di un vortice stabile. E, se è molto elevata, le proprietà della proto-GRS differiscono da quelle dell’attuale GRS.
La ricerca futura mirerà a provare a riprodurre il restringimento della GRS nel tempo per scoprire, in modo più dettagliato, i meccanismi fisici alla base della sua sostenibilità nel tempo. Allo stesso tempo, cercherà di prevedere se la Grande Macchia Rossa si disintegrerà e scomparirà quando raggiungerà un limite di dimensione, come potrebbe essere accaduto alla PS di Cassini, o se si stabilizzerà a un limite di dimensione al quale potrebbe durare per molti altri anni.
