Le profondità nascoste di Giove: una simulazione suggerisce che il pianeta contenga 1,5 volte più ossigeno del Sole

Spettacolari nubi turbinano sulla superficie di Giove. Queste nubi contengono acqua, proprio come quelle della Terra, ma sono molto più dense sul gigante gassoso, così spesse che nessuna sonda spaziale è stata in grado di misurare esattamente cosa si trovi al di sotto. Ma un nuovo studio condotto dagli scienziati dell’Università di Chicago e del Jet Propulsion Lab ci ha offerto uno sguardo più approfondito sul pianeta, creando il modello più completo finora dell’atmosfera di Giove. Tra le altre cose, l’analisi affronta un interrogativo di vecchia data sulla quantità di ossigeno contenuta nel gigante gassoso: stima che Giove abbia circa una volta e mezza più ossigeno del Sole. Questo aiuta gli scienziati a restringere il quadro di come si siano formati tutti i pianeti del Sistema Solare.

“Questo è un dibattito di lunga data negli studi planetari“, ha affermato Jeehyun Yang, ricercatore post-dottorato presso l’Università di Chicago e primo autore dello studio. “È una testimonianza di come l’ultima generazione di modelli computazionali possa trasformare la nostra comprensione degli altri pianeti“.

Lo studio è stato pubblicato su The Planetary Science Journal.

Nuvole e chimica

Conosciamo i cieli tempestosi di Giove da almeno 360 anni: è da allora che gli astronomi, utilizzando i primi telescopi, documentarono una curiosa, grande macchia permanente sulla superficie di Giove. La Grande Macchia Rossa è una gigantesca tempesta, grande il doppio della Terra, che si è sviluppata per secoli. È solo una delle tante presenti sul pianeta, poiché venti impetuosi e nubi profonde fanno sì che l’intera superficie di Giove sia ricoperta da un caleidoscopio di tempeste.

Quello che non sappiamo con precisione è cosa si nasconda sotto quelle tempeste. Le nubi sono così dense che la sonda Galileo della NASA ha perso il contatto con la Terra mentre si immergeva nell’atmosfera più profonda nel 2003. La prossima missione a visitare Giove, Juno, sta attualmente catalogando il pianeta da una distanza di sicurezza in orbita.

Queste misurazioni dall’orbita possono rivelarci i componenti dell’alta atmosfera: ammoniaca, metano, idrosolfuro di ammonio, acqua e monossido di carbonio, tra gli altri. Gli scienziati hanno combinato queste informazioni con le conoscenze sulle reazioni chimiche per costruire modelli dell’atmosfera profonda di Giove.

Tuttavia, gli studi non sono concordi su alcuni punti, come la quantità di acqua – e quindi di ossigeno – contenuta nel pianeta. Yang ha visto l’opportunità di applicare una nuova generazione di modelli chimici a questa spinosa questione.

La chimica dell’atmosfera di Giove è incredibilmente complessa. Le molecole viaggiano tra le condizioni estremamente calde delle profondità dell’atmosfera e le regioni superiori più fredde, cambiando fase e riorganizzandosi in molecole diverse, attraverso migliaia di diversi tipi di reazioni. Ma anche il comportamento di nubi e goccioline deve essere preso in considerazione.

Per catturare meglio tutti questi fenomeni, Yang ha lavorato con un team di scienziati per incorporare chimica e idrodinamica in un unico modello: una novità assoluta. “Sono necessarie entrambe“, ha detto Yang. “La chimica è importante, ma non include le gocce d’acqua o il comportamento delle nuvole. L’idrodinamica da sola semplifica troppo la chimica. Quindi, è importante unirle“.

Domande elementari

Tra le scoperte c’è un nuovo calcolo della quantità di ossigeno presente su Giove. Secondo la loro analisi, Giove probabilmente ne ha circa una volta e mezza in più rispetto al Sole.

Per decenni, gli scienziati hanno discusso su questo numero. Un importante studio recente lo aveva stimato molto più basso, pari a solo un terzo di quello del Sole.

Ma conoscere questa statistica è particolarmente rilevante per comprendere come si è formato il nostro Sistema Solare.

Tutti gli elementi che compongono i pianeti – e noi stessi – sono gli stessi che compongono il Sole. Ma possono esserci differenze nelle quantità di questi materiali, e possiamo usare questi indizi per ricostruire come si siano formati i pianeti.

Ad esempio, Giove si è formato nello stesso luogo in cui si trova ora, oppure si è formato più vicino o più lontano e ha subito una deriva nel tempo? Gli indizi possono venire dal fatto che gran parte dell’ossigeno presente nel pianeta è legato all’acqua, che si congela – e si comporta in modo diverso – se si trova troppo lontana dal calore del Sole. Il ghiaccio si accumula più facilmente sui pianeti rispetto al vapore acqueo.

A sua volta, saperne di più sulle condizioni che creano quali tipi di pianeti può aiutarci nella ricerca di pianeti abitabili al di fuori del nostro Sistema Solare.

Il modello ha anche suggerito che l’atmosfera di Giove probabilmente si muove su e giù molto più lentamente di quanto si sia creduto a lungo. “Il nostro modello suggerisce che la diffusione dovrebbe essere da 35 a 40 volte più lenta rispetto a quanto ipotizzato finora“, ha affermato Yang. Ad esempio, una singola molecola impiegherebbe diverse settimane per attraversare uno strato dell’atmosfera, anziché ore.

“Questo dimostra davvero quanto abbiamo ancora da imparare sui pianeti, anche nel nostro Sistema Solare“, ha concluso Yang.