Hubble celebra un decennio di monitoraggio dei pianeti esterni: tante scoperte straordinarie da Giove a Nettuno

Dal 2014 al 2024, il telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA ha studiato i pianeti esterni nell’ambito di un programma denominato OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) per ottenere osservazioni con riferimento a lungo termine di Giove, Saturno, Urano e Nettuno al fine di comprenderne le dinamiche e l’evoluzione atmosferica. Hubble è l’unico telescopio in grado di fornire un’elevata risoluzione spaziale e stabilità delle immagini per studi globali sulla colorazione delle nubi, l’attività e il movimento atmosferico su una base temporale coerente per aiutare a limitare la meccanica sottostante dei sistemi meteorologici e climatici. Tutti e quattro i pianeti esterni hanno atmosfere profonde e nessuna superficie solida. Le loro atmosfere hanno i loro sistemi meteorologici unici, alcuni con bande colorate di nubi multicolori e con misteriose e grandi tempeste che spuntano o persistono per molti anni. Ognuno ha anche stagioni che durano molti anni mentre ruotano attorno al Sole.

Seguire questo comportamento complesso è simile a comprendere il meteo dinamico della Terra come seguito per molti anni, così come l’influenza del Sole sul meteo del Sistema Solare. Questi quattro mondi servono anche come proxy per comprendere il meteo e il clima su pianeti simili che orbitano attorno ad altre stelle.

Gli scienziati planetari hanno capito che un anno di dati da Hubble, sebbene interessante di per sé, non racconta la storia completa sui pianeti esterni. Il programma OPAL di Hubble ha visitato regolarmente i pianeti una volta all’anno quando sono più vicini alla Terra, un allineamento chiamato opposizione. Ciò ha prodotto un enorme archivio di dati che ha portato a una serie di straordinarie scoperte da condividere con gli astronomi planetari di tutto il mondo.

Di seguito sono riportati i punti salienti del decennio di scoperte del team OPAL.

Giove

Le bande di nubi di Giove presentano un caleidoscopio di forme e colori in continua evoluzione. Su Giove c’è sempre un clima tempestoso: cicloni, anticicloni, wind shear e la tempesta più grande del Sistema Solare, la Grande Macchia Rossa (GRS). Giove è ricoperto in gran parte da nubi di cristalli di ghiaccio di ammoniaca sopra un’atmosfera profonda decine di migliaia di chilometri.

Le immagini nitide di Hubble tracciano le nubi e misurano i venti, le tempeste e i vortici, oltre a monitorare le dimensioni, la forma e il comportamento della GRS. Hubble monitora mentre la GRS continua a ridursi di dimensioni, ma è ancora abbastanza grande da inghiottire la Terra. I dati OPAL hanno recentemente misurato la frequenza con cui misteriosi ovali scuri, visibili solo a lunghezze d’onda ultraviolette, sono apparsi nelle “cappe polari” della nebbia stratosferica. A differenza della Terra, Giove è inclinato solo di tre gradi sul suo asse (la Terra è di 23,5 gradi). Potrebbero non essere attesi cambiamenti stagionali, tranne per il fatto che la distanza di Giove dal Sole varia di circa 64 milioni di chilometri durante la sua orbita di 12 anni, e quindi OPAL monitora attentamente l’atmosfera per gli effetti stagionali. Un altro vantaggio di Hubble è che gli osservatori terrestri non possono osservare Giove ininterrottamente per due rotazioni del pianeta, perché ciò equivale a 20 ore. Durante questo periodo, un osservatorio terrestre entrerebbe in modalità giorno e Giove non sarebbe più visibile fino alla sera successiva.

Le scoperte di OPAL potrebbero anche supportare la sonda Juice (Jupiter Icy Moons Explorer) dell’ESA, lanciata il 14 aprile 2023. Juice effettuerà osservazioni dettagliate di Giove e delle sue tre grandi lune, Ganimede, Callisto ed Europa, con una serie di strumenti di telerilevamento, geofisici e in situ. La missione caratterizzerà queste lune sia come oggetti planetari che come possibili habitat, esplorerà in profondità il complesso ambiente di Giove e studierà il più ampio sistema di Giove come archetipo per i giganti gassosi in tutto l’Universo.

Saturno

Saturno impiega più di 29 anni per orbitare attorno al Sole, e quindi OPAL lo ha seguito per circa un quarto di anno saturniano (riprendendo nel 2018, dopo la fine della missione Cassini). Poiché Saturno è inclinato di 26,7 gradi, attraversa cambiamenti stagionali più profondi di Giove. Le stagioni saturniane durano circa sette anni. Ciò significa anche che Hubble può osservare lo spettacolare sistema di anelli da un angolo obliquo di quasi 30 gradi per vedere gli anelli inclinati di taglio. Di taglio, gli anelli quasi scompaiono perché sono relativamente sottili come la carta. Ciò accadrà di nuovo nel 2025.

OPAL ha seguito i cambiamenti nei colori dell’atmosfera di Saturno. Il colore variabile è stato rilevato per la prima volta dall’orbiter Cassini, ma Hubble fornisce una baseline più lunga. Hubble ha rivelato lievi cambiamenti di colore di anno in anno, probabilmente causati dall’altezza delle nuvole e dai venti. I cambiamenti osservati sono impercettibili perché OPAL ha coperto solo una frazione di anno saturniano. I cambiamenti più importanti si verificano quando Saturno avanza nella stagione successiva.

I raggi misteriosamente scuri degli anelli di Saturno, che tagliano il piano dell’anello, sono caratteristiche transitorie che ruotano insieme agli anelli. Il loro aspetto spettrale persiste solo per due o tre rotazioni attorno a Saturno. Durante i periodi attivi, i raggi appena formati si aggiungono continuamente allo schema. Sono stati visti per la prima volta nel 1981 dalla Voyager 2. Anche Cassini ha osservato i raggi durante la sua missione di 13 anni, che si è conclusa nel 2017. Hubble mostra che la frequenza delle apparizioni dei raggi è determinata dalla stagione, apparendo per la prima volta nei dati OPAL nel 2021. Il monitoraggio a lungo termine mostra che sia il numero che il contrasto dei raggi variano con le stagioni di Saturno.

Urano

Urano è inclinato su un lato in modo che il suo asse di rotazione si trovi quasi sul piano dell’orbita del pianeta. Ciò fa sì che il pianeta attraversi radicali cambiamenti stagionali durante il suo viaggio di 84 anni attorno al Sole. La conseguenza dell’inclinazione del pianeta significa che parte di un emisfero è completamente priva di luce solare, per periodi di tempo che durano fino a 42 anni. OPAL ha seguito il polo nord che ora si inclina verso il Sole.

Con OPAL, Hubble ha ripreso per la prima volta Urano dopo l’equinozio di primavera, quando il Sole splendeva per l’ultima volta direttamente sull’equatore del pianeta. Hubble ha risolto molteplici tempeste con nubi di cristalli di ghiaccio di metano che apparivano alle latitudini medio-settentrionali mentre l’estate si avvicinava al polo nord. Il polo nord di Urano ora ha una nebbia fotochimica più spessa con diverse piccole tempeste vicino al bordo del confine.

Hubble ha monitorato le dimensioni della calotta polare nord e continua a diventare più luminosa anno dopo anno. Con l’avvicinarsi del solstizio estivo settentrionale nel 2028, la calotta potrebbe diventare ancora più luminosa e sarà puntata direttamente verso la Terra, consentendo una buona visuale degli anelli e del polo nord. Il sistema di anelli apparirà quindi di fronte.

Nettuno

Quando la Voyager 2 sorvolò Nettuno nel 1989, gli astronomi rimasero sconcertati da una grande macchia scura delle dimensioni dell’Oceano Atlantico che incombeva nell’atmosfera. Era longeva come la Grande Macchia Rossa di Giove? La domanda rimase senza risposta finché Hubble non fu in grado di dimostrare nel 1994 che tali tempeste oscure erano transitorie, che apparivano e poi scomparivano in un arco di tempo che andava dai due ai sei anni ciascuna. Durante il programma OPAL, Hubble vide la fine di una macchia scura e il ciclo di vita completo di una seconda, entrambe in migrazione verso l’equatore prima di dissiparsi.

Le osservazioni di Hubble scoprirono un collegamento tra l’abbondanza di nubi mutevoli di Nettuno e il ciclo solare di 11 anni. Il collegamento tra Nettuno e l’attività solare è sorprendente per gli scienziati planetari perché Nettuno è il pianeta più lontano del nostro Sistema Solare. Riceve la luce solare con circa lo 0,1% dell’intensità che riceve la Terra. Eppure il meteo nuvoloso globale di Nettuno sembra essere influenzato dall’attività solare. Anche le quattro stagioni del pianeta (ognuna delle quali dura circa 40 anni) svolgono un ruolo? Potremmo scoprirlo, se il programma OPAL continuerà a funzionare su Hubble fino all’anno 2179!