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JUNO e il mistero delle potenti aurore di Giove

Le letture dei potenti potenziali elettrici dello Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVS) a bordo di Juno.
Le letture dei potenti potenziali elettrici dello Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVS) a bordo di Juno. Crediti: NASA/JPL-Caltech/SwRI

I dati in arrivo da JUNO stanno cambiando radicalmente le nostre conoscenza di Giove: un esame delle informazioni collezionate dallo spettrometro a bordo della sonda ha mostrato che le enormi quantità di energia che circolano sui poli del pianeta non sempre sono direttamente responsabili dei potenti fenomeni aurorali.

Le aurore gioviane, a differenza di quelle terrestri che sono temporanee e legate all'attività solare, sono permanenti su entrambi i poli e sono anche le più potenti di tutto il Sistema Solare.
Sul nostro pianeta i fenomeni più intensi, detti "aurore discrete" a differenza di quelle "diffuse" che generano solo un debole chiarore di fondo, sono il risultato di potenti campi elettrici che si sviluppano lungo le linee del campo magnetico. In queste aree, gli elettroni in arrivo con il vento solare vengono accelerati in direzione della superficie ma, prima di raggiungerla, si scontrano con l'atmosfera superiore rilasciando energia. Questo scambio di elettroni tra atomi genera fotoni nello spettro del visibile, ossia luce. I diversi colori che vediamo dipendono poi dai gas interessati dal processo: ognuno risponde ad una caratteristica lunghezza d'onda e quindi produce un colore specifico.

Le aurore di Giove, invece, sono strettamente connesse alla veloce rotazione del potente campo magnetico del pianeta (in circa 10 ore) e all'ambiente ricco di plasma a causa delle tonnellate di materiale espulse dalla luna, Io. Tuttavia, nel complesso, gli scienziati ritenevano che il meccanismo con cui si innescano le aurore più intense fosse analogo a quello che guida il fenomeno sulla Terra anche se le energie in gioco arrivano 400.000 elettronvolt, cioè sono tra le 10 e le 30 volte superiori a quelle necessarie per innescare le aurore sul nostro pianeta. In effetti, la magnetosfera di Giove ha dei pozzi in cui il campo elettrico cambia notevolmente ma, stranamente, i dati di JUNO hanno mostrato che non sempre questi sono allineati con le emissioni aurorali.

"Questi potenziali elettrici non sono la fonte della più intensa attività aurorale di Giove. E questa è una sorpresa", ha commentato Barry Mauk del Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, nel Maryland, ricercatore principale del Jupiter Energetic Particle Detector Instrument (JEDI) a bordo di JUNO

"Su Giove, le aurore più brillanti sono causate da un processo di accelerazione turbolenta che ancora non è ben compreso", ha aggiunto nella press release.
"I nostri dati suggeriscono che di fronte a potenze molto elevate, il processo diventa instabile e ne subentra un altro".

Dato che Giove è così grande, i potenziali elettrici potrebbero diventare così forti ed instabili da trasformarsi in onde e turbolenze casuali le quali, a loro volta, potrebbero generare le aurore.

Giove: aurora del polo nord ripresa dallo spettromentro di Juno

Giove: aurora sul polo nord ripresa dallo spettromentro di Juno
Crediti: G. Randy Gladstone

Gli scienziati considerano Giove come laboratorio di fisica per i mondi al di là del nostro Sistema Solare ma la comprensione dei meccanismi che ruotano attorno al gigante gassoso hanno implicazioni anche nel nostro quartiere spaziale.

"Le energie più alte che osserviamo nelle regioni aurorali di Giove sono formidabili. Queste particelle energetiche che creano le aurore ci aiutano a comprendere le cinture di radiazioni del pianeta che sono una sfida per JUNO e per le prossime missioni spaziali in fase di sviluppo ", ha dichiarato Mauk.
"L'ingegneria necessaria per far fronte agli effetti debilitanti delle radiazioni è sempre stata una sfida per gli ingegneri spaziali anche per le missioni attorno alla Terra ed altrove nel Sistema Solare. Ciò che impariamo qui e grazie alle sonde tipo le Van Allen Probes della NASA e alla missione Magnetospheric Multiscale (MMS) che stanno esplorando la magnetosfera terrestre, ci insegnerà molto sulla meteorologia spaziale e sulla protezione dei luoghi e degli astronauti in ambienti difficili. Il confronto tra i processi di Giove e della Terra è incredibilmente prezioso per testare le nostre idee su come funziona la fisica planetaria".

Discrete and broadband electron acceleration in Jupiter’s powerful aurora [abstract]

The most intense auroral emissions from Earth’s polar regions, called discrete for their sharply defined spatial configurations, are generated by a process involving coherent acceleration of electrons by slowly evolving, powerful electric fields directed along the magnetic field lines that connect Earth’s space environment to its polar regions. In contrast, Earth’s less intense auroras are generally caused by wave scattering of magnetically trapped populations of hot electrons (in the case of diffuse aurora) or by the turbulent or stochastic downward acceleration of electrons along magnetic field lines by waves during transitory periods (in the case of broadband or Alfvénic aurora). Jupiter’s relatively steady main aurora has a power density that is so much larger than Earth’s that it has been taken for granted that it must be generated primarily by the discrete auroral process. However, preliminary in situ measurements of Jupiter’s auroral regions yielded no evidence of such a process. Here we report observations of distinct, high-energy, downward, discrete electron acceleration in Jupiter’s auroral polar regions. We also infer upward magnetic-field-aligned electric potentials of up to 400 kiloelectronvolts, an order of magnitude larger than the largest potentials observed at Earth. Despite the magnitude of these upward electric potentials and the expectations from observations at Earth, the downward energy flux from discrete acceleration is less at Jupiter than that caused by broadband or stochastic processes, with broadband and stochastic characteristics that are substantially different from those at Earth.

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
In cerca di una nuova occupazione, negli ultimi anni mi sono occupata di digital advertising, web e video analytics.
Dedico il tempo libero alla mia dolcissima bimba Sofia Vega, a questo sito (creato nel 2012 in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte) ed al processing delle immagini raw scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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