Pioggia di elio su Giove

Sulla Terra, l'elio è un gas usato per gonfiare i palloncini. Negli strati interni di Giove, tuttavia, le condizioni sono così estreme che, secondo le previsioni degli scienziati dalla University of California, Berkeley, si condenserebbe in gocce cadendo come pioggia. La teoria della pioggia  di elio era stata proposta in precedenza per spiegare l'eccessiva luminosità di Saturno, un gigante gassoso come Giove, ma un terzo della sua massa.

 

Gli scienziati della UC Berkeley sostengono che la presenza di pioggia di elio su Giove sia il modo migliore per spiegare la scarsità di neon negli strati esterni dell'atmosfera del pianeta. Il Neon si dissolve nell'elio e nelle gocce di pioggia, impoverendo gli strati superiori di entrambi gli elementi, coerentemente con le osservazioni. "Una condensa di elio inizialmente come nebbia del livello superiore, e come gocce più grandi, cade verso l'interno più profondo", ha detto Hugh Wilson, co-autore di una relazione che figura in questa settimana sulla rivista Physical Review Letters. "il Neon si dissolve nella pioggia e l'elio e cade con esso. Così il nostro studio collega il neon disperso nell'atmosfera a un altro processo proposto, la pioggia di elio".

 

[grafico: Una sezione dell'interno di Giove che mostra gli strati superiori vanno esaurrendo le conmcentrazioni di elio e neon, dove il sottile strato di elio si condensa cadendo in gocce e lo strato interno dove l'elio e il neon si mescolano con l'idrogeno metallico. (Credit: Militzer Burkhard / UC Berkeley)]

 

Burkhard Militzer co-autore della UC Berkeley, professore assistente di terra e di scienze planetarie e di astronomia, ha osservato che la "pioggia" - le goccioline d'acqua che cadono sulla Terra - è un fenomeno analogo a quanto avviene nell'atmosfera di Giove. Le gocce di elio si formano da 10.000 a circa 13.000 chilometri (6,000-8,000 miglia) al di sotto della sommità delle nubi di idrogeno di Giove, a pressioni e temperature così alte che "non si può dire se l'idrogeno e l'elio siano allo stato gassoso o liquido", ha detto . Essi sono fuidi, per cui la pioggia è davvero composta da goccioline di elio liquido mescolato con il neon per cadere attraverso un fluido di idrogeno metallico.
Lo studio proposto contribuirà a perfezionare i modelli atmosferici interni di Giove e quelli degli altri pianeti, secondo Wilson. Lo studio interno dei pianeti gassosi è diventato un settore di ricerca molto seguito dopo la scoperta di centinaia di pianeti extrasolari che esistono in ambienti estremi attorno ad altre stelle. Lo studio sarà anche rilevante per la missione della NASA su Giunone a Giove, che dovrebbe essere lanciata il prossimo anno. 

Militzer e Wilson hanno creato il modello teorico usando la la "Teoria funzionale della densità" per prevedere le proprietà interne di Giove, in particolare ciò che accade ai componenti di dominanti, idrogeno ed elio, con l'aumento della temperatura e delle pressioni verso il centro del pianeta. Queste condizioni sono ancora troppo estreme per essere riprodotte in laboratorio. Anche gli esperimenti nelle cellule a incudine di diamante possono solo produrre pressioni simili a quelle del nucleo terrestre. Nel 2008, le simulazoni Militzer al computer hanno portato alla conclusione che il nucleo roccioso di Giove è circondato da una spessa coltre di metano, acqua e ghiacci di ammoniaca che lo rende due volte più grande rispetto alle precedenti previsioni.

I due modelli in corso di studio, si basano sui dati della sonda Galileo che si tuffò attraverso l'atmosfera di Giove nel 1995 fornendo misurazioni della temperatura, della pressione e degli elementi fino a quando a quando fu distrutta dal peso dell'atmosfera gioviana. Tutti gli elementi sembravano essere leggermente arricchiti rispetto al Sole - come gli elementi presenti 4,56 miliardi anni fa, quando si formò il Sistema Solare - ad eccezione di elio e neon. Il neon spiccava perché era un decimo più abbondante rispetto al Sole.

Le loro simulazioni hanno mostrato che l'unico modo per la rimozione del neon dall'atmosfera superiore potrebbe essere stato la rimozione dall'elio, essendo ad esso miscelato, un pò come l'alcool e l'acqua. I calcoli di Militzer e Wilson indicano che tra i 10.000 e i 13.000 chilometri, dove la temperatura è di circa 5.000 gradi centigradi e la pressione è tra 1 e 2 milioni di volte la pressione atmosferica sulla Terra, l'idrogeno si trasformerebbe in un metallo conduttore. L'elio, non ancora un metallo, non si mescolerebbe con l'idrogeno metallico, ma formerebbe delle gocce ben distinte da esso, come ad esempio l'olio nell'acqua.

Ciò ha fornito una spiegazione per la rimozione del neon dall'atmosfera superiore.

"Elio e neon stanno cadendo in quantità nelle profondità del pianeta, e la quantità residua di idrogeno si sta lentamente impoverendo sia di neon che di elio," Militzer detto. "Le concentrazioni misurate di entrambi gli elementi sembrano essere quantitativamente in accordo con i nostri calcoli". La pioggia di elio su Saturno era stata prevista a causa di una differente osservazione: Saturno è più caldo di quanto dovrebbe essere, in base alla sua età e al tasso previsto di raffreddamento. La caduta di pioggia rilascerebbe quel calore che spiegherebbe la differenza.

La temperatura di Giove è in accordo con i modelli della sua velocità di raffreddamento e della sua età, e non aveva bisogno di nessuna ipotesi come la pioggia di elio per essere dimostrata, fino a quando è avvenuta la scoperta dell'esaurimento di neon nell'atmosfera. È interessante notare che, il teorico David Stevenson del California Institute of Technology (Caltech) aveva predetto l'esaurimento del neon su Giove prima delle misurazioni della sonda Galileo, ma non aveva mai compreso quale fosse il fenomeno che lo provocasse.

fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100322101527.htm

Callisto e Ganimede: scoperta la loro differenza

E' recentissima la notizia che le differenze geologiche tra i due satelliti di Giove è giunta ad una spiegazione scientifica concreta. 

A pubblicare lo studio è stato il Southwest Research Institute con un articolo apparso apparso sul "Nature Geoscience". 

Le due lune di Giove sono simili nelle dimensioni e sono costituiti da una miscela di ghiaccio e roccia, ma i dati delle sonde Galileo e Voyager mostrano che essi sono differenti sia per l'aspetto della superficie sia per la struttura degli strati geologici interni; finora, tuttavia, nessuno è riuscito a fornire una spiegazione esaustiva della circostanza.

I ricercatori Amy C. Barr e Robin M. Canup del Planetary Science Directorate dell'SwRI hanno realizzato un modello dei processi di fusione da impatto e di formazione delle rocce del nucleo per mostrare il processo evolutivo dei due satelliti, che ha cominciato a divergere circa 3,8 miliardi di anni fa, durante il cosiddetto Tardo bombardamento pesante, la fase della storia lunare dominata da grandi eventi di impatto.

"Gli impatti di questo periodo hanno determinato processi di fusione su Ganimede così diffusi e profondi che il calore non poteva essere dissipato velocemente: ciò ha fatto sì che tutta la roccia di Ganimede sia affondata verso il centro", ha commentato Barr. "Callisto ha subito meno impatti e a velocità inferiori, e ha così evitato la fusione completa."

Nel modello di Barr e Canup, l'enorme gravità di Giove ha concentrato gli impatti cometari su Ganimede e Callisto. Ciascun impatto sulla superficie di ghiaccio e roccia dei due satelliti ha creato masse di acqua liquida, permettendo l'affondamento degli oggetti più pesanti.

Ganimede è più vicino a Giove e perciò è stato colpito da un numero di oggetti all'incirca doppio rispetto a Callisto, e con una velocità media più alta. Queste differenti condizioni hanno determinato un continuo afflusso di energia che si è autosostenuto su Ganimede ma non su Callisto.

Lo studio ha così gettato una luce nuova sulla cosiddetta "Dicotomia Ganimede-Callisto", un problema classico nella planetologia comparativa, un ambito di studi che cerca di spiegare perché alcuni oggetti del sistema solare abbiano la stessa costituzione ma un aspetto radicalmente differente.

In particolare, lo studio collega l'evoluzione dei satelliti di Giove alla migrazione orbitale dei pianeti esterni e alla storia dei bombardamenti della Luna terrestre.

"Così come la Terra e Venere, Ganimede e Callisto sono gemelli e comprendere come siano nati insieme e si siano evoluti in modo così differente è di estemo interesse per la planetologia", ha spiegato Barr. "Il nostro studio mostra che Ganimede e Callisto hanno registrato le impronte delle prime fasi evolutive del sistema solare, che sono veramente eccitanti e non tutte attese.

Callisto è uno dei quattro satelliti maggiori di Giove scoperti da Galileo Galieo nel 1610. La sua etá stimata si aggira intorno ai 4 miliardi di anni.

Inoltre per le sue dimensioni è terzo satellite dell'intero Sistema Solare raggiungendo quelle di Mercurio.

Se callisto orbitasse in una sua orbita, sarebbe un pianeta capace pribabilmente capace di ripulire la sua orbita da corpi minori e sarebbe considerato un vero e proprio pianeta.

La sua orbita è posta all'esterno della cintura di radiazioni di Giove, condizione che ha permesso di mantenere una tenue atmosfera composta da anidride carbonica, rilevata attraverso lo spettrometro della sonda Galileo. Secondo le stime della pressione atmosferica di 7,5×10-12 bar ed una densità di 4×108 cm−3. Callisto dovrebbe perderla teoricamente entro 4 giorni, ma ciò non accade in quanto qualche processo sconosciuto la reintegra costantemente. L'ipotesi più verosimile è che la sublimazione del ghiaccio di anidride carbonica presente sulla superficie ghiacciata la reintegri continuamente.

Inoltre gli elevati valori valori della inosfera ( 7–17×104 cm−3) suggeriscono avviene la fotoionizzazione dell'anidride carbonica in ossigeno molecolare, non ancora rilevato da Hubble che non ha gli strumenti adeguati.

Sempre l'Hubble però, ha individuato ossigeno condensato ed intrappolato sulla superficie.

La sua superfice, attentamente studiata dal Voyager 2, è la più fortemente craterizzata del Sistema Solare con regioni crateriche di 1600 km (bacino Asgard), 600 km (bacino Valhalla) e anelli concentrici che raggiungono i 3000 chilometri di diametro;

Un'altra caratteristica interessante è la Gipul Catena, una lunga serie di crateri da impatto posti su una linea retta lungo la superficie di Callisto, probabilmente i resti dell'impatto di una cometa frammentatasi prima a causa della forte mare di Giove (un pò come la Cometa Shoemaker-Levy 9).

La struttura interna di Callisto.

La superficie butterata di Callisto si estende al di sopra di uno strato ghiacciato spesso circa 200 chilometri. Sotto la crosta si trova probabilmente un oceano salato, spesso 10 chilometri.

L'oceano fu scoperto indirettamente attraverso studi del campo magnetico attorno a Giove e ai suoi satelliti più interni; fu trovato che il campo magnetico di Callisto è variabile in direzione, in risposta alle diverse configurazioni orbitali del satellite rispetto al campo magnetico di Giove. Questo suggerisce che all'interno di Callisto si trovi uno strato di fluido molto conduttivo.

Un altro indizio è che l'emisfero del satellite direttamente opposto al bacino Valhalla non mostra alcuna frattura, a differenza di quanto succede agli antipodi di crateri di simili dimensioni sulla Luna o su Mercurio; uno strato liquido sarebbe probabilmente in grado di assorbire le onde sismiche prima che esse possano rifocalizzarsi sul punto opposto della crosta planetaria.

Sotto l'oceano, Callisto sembra presentare un nucleo particolare, non interamente uniforme, ma tuttavia stabile. I dati della sonda Galileo suggeriscono che questo nucleo sia composto da roccia e ghiaccio compressi, con una percentuale di roccia crescente all'aumentare della profondità.

Video:

link:
http://www.swri.org/9what/releases/2010/BarrCanup.htm

traduzione: 
http://lescienze.espresso.repubblica.it/