Ci è voluta una super macchina, la MareNostrum del Barcelona Supercomputer Center, in grado di elaborare i dati delle osservazioni effettuate a partire dal XVII secolo, insieme al supporto dei computer del Planetary Sciences Group di Bilbao, per svelare il luogo più esotico del pianeta cosmo, un gigantesco anticiclone rossastro che trasforma Giove in un pianeta inconfondibile. Ora abbiamo rivelato la sua età e origine.
La Macchia Rossa ha almeno, e per ora, una longevità di oltre 190 anni. Nel 1879 aveva una dimensione di 39.000 km lungo il suo asse maggiore e si è contratto durante l’arrotondamento, fino a raggiungere attualmente circa 14.000 km.
Lo strumento essenziale: un supercomputer
Lo studio è stato un lavoro congiunto con ricercatori dell’Università dei Paesi Baschi, dell’Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC) e del Barcelona Supercomputing Center – National Supercomputing Center (CNS-BSC). Abbiamo analizzato osservazioni storiche a partire dal XVII secolo e sviluppato modelli numerici per spiegare la longevità e la natura di questo impressionante fenomeno meteorologico nell’atmosfera del pianeta gigante gassoso. Un lavoro che è stato pubblicato dalla rivista Lettere di ricerca geofisica, dell’Unione Geofisica Americana.
La Grande Macchia Rossa di Giove (conosciuta come GRS) Grande Macchia Rossa), è probabilmente la struttura atmosferica più conosciuta, un’icona popolare tra gli oggetti del sistema solare.
Le sue grandi dimensioni (ha attualmente il diametro della Terra) e il contrasto del suo colore rossastro con le pallide nubi del pianeta lo rendono un oggetto facilmente visibile anche con piccoli telescopi. Si tratta di un enorme vortice anticiclonico lungo la cui periferia circolano venti a 450 km/h. 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 resta nascosto il meccanismo che ha dato origine alla sua formazione.
Scomparso per 118 anni
Le speculazioni sull’origine della Grande Macchia Rossa risalgono alle prime osservazioni telescopiche dell’astronomo Giovanni Domenico Cassini, che nel 1665 scoprì un ovale scuro alla stessa latitudine della Grande Macchia Rossa e lo chiamò “Macchia Permanente”. Sia Giovanni Domenico che altri astronomi lo osservarono fino al 1713. Successivamente se ne perse traccia per 118 anni.
Nel 1831 e negli anni successivi Samuel Heinrich Schwabe osservò nuovamente una struttura chiara, di forma approssimativamente ovale e alla stessa latitudine, che può essere considerata la prima osservazione dell’attuale Grande Macchia Rossa, forse dal momento in cui iniziò a formarsi.
Osservazioni dall’invenzione del telescopio
La Grande Macchia Rossa è stata osservata regolarmente con i telescopi e dalle diverse missioni spaziali che fino ad oggi hanno visitato il pianeta. Nello studio abbiamo analizzato l’evoluzione delle dimensioni nel tempo, la sua struttura e i movimenti di entrambe le formazioni meteorologiche, l’antica Macchia Permanente e la Grande Macchia Rossa. Abbiamo fonti storiche risalenti alla metà del XVII secolo, poco dopo l’invenzione del telescopio.
Dalle misurazioni delle dimensioni e degli spostamenti deduciamo che è altamente improbabile che l’attuale Macchia Rossa sia la stessa osservata da GD Cassini. La macchia permanente probabilmente non era affatto permanente e scomparve tra la metà del XVIII e il XIX secolo.
Pertanto, la macchia rossa che osserviamo oggi su Giove ha almeno 190 anni e ha ridotto le sue dimensioni. Nel 1879 aveva una dimensione di 39.000 km lungo il suo asse maggiore e si è contraente arrotondandosi fino a raggiungere gli attuali 14.000 km.
500 chilometri in verticale
A partire dagli anni ’70 diverse missioni spaziali hanno studiato da vicino questo fenomeno meteorologico. Diversi strumenti a bordo della missione Juno della NASA, in orbita attorno a Giove, hanno dimostrato che la Grande Macchia Rossa è poco profonda e sottile rispetto alla sua dimensione orizzontale, poiché si estende verticalmente per circa 500 km.
Per scoprire come potrebbe formarsi questo immenso vortice, abbiamo effettuato simulazioni numeriche su supercomputer spagnoli come il MareNostrum IV della BSC, integrato nella Rete di Supercalcolo Spagnola (RES), e quelli della Gruppo di Scienze Planetarie a Bilbaoutilizzando due tipi di modelli complementari del comportamento dei vortici sottili nell’atmosfera di Giove.
Al centro della Grande Macchia Rossa
Il pianeta gigante è dominato da intense correnti di vento che scorrono lungo i paralleli, alternando la direzione con la latitudine. A nord della Grande Macchia Rossa i venti soffiano verso ovest con velocità di 180 km/ora mentre a sud soffiano nella direzione opposta, verso est, con velocità di 150 km/ora. Ciò genera un enorme taglio nord-sud della velocità del vento, che è un ingrediente fondamentale per la crescita del vortice al suo interno.
Abbiamo esplorato diversi meccanismi per spiegare la genesi della Grande Macchia Rossa, inclusa l’eruzione di una gigantesca supertempesta, simile a quelle osservate molto raramente sul pianeta gemello Saturno, o la fusione di più vortici più piccoli generati dal wind shear.
Su Saturno, le esplosioni di tempeste convettive nei flussi di taglio anticiclonici generano vortici ovali. Un caso significativo è stato la recente grande tempesta (la Grande Macchia Bianca GWS 2010) che ha generato un anticiclone che persiste ancora oggi.
Abbiamo studiato se la Grande Macchia Rossa di Giove avrebbe potuto essere generata in modo simile da una “supertempesta” convettiva umida ed energica su Giove. Le nostre simulazioni generano un unico anticiclone ovale, ma la sua lunghezza è sempre inferiore a quella che avrebbe potuto dare origine alla formazione della Grande Macchia Rossa.
L’aumento dell’intensità, della dimensione e della durata delle iniezioni di energia e massa produce forme ovali rotonde irrealistiche e velocità di rotazione molto più elevate di quelle osservate nell’odierna Grande Macchia Rossa. È stato anche proposto che gli anticicloni potrebbero essere generati dalla convezione profonda guidata dall’energia interna di Giove, ma le simulazioni pubblicate non sembrano ciò che stiamo cercando.
I risultati indicano che, sebbene in entrambi i casi si formi un anticiclone, esso differisce nella forma e nelle proprietà dinamiche da quelle dell’attuale Grande Macchia Rossa. Pensiamo che se uno di questi fenomeni insoliti si fosse verificato, sicuramente le sue conseguenze nell’atmosfera sarebbero state osservate e riportate in precedenza dagli astronomi.
L’instabilità dei venti
In un terzo gruppo di esperimenti numerici abbiamo esplorato la generazione della Grande Macchia Rossa a partire da una nota instabilità dei venti. Questa instabilità è capace di generare una cellula allungata che li racchiude e intrappola. Questa cellula sarebbe una proto-Grande Macchia Rossa, l’embrione dell’anticiclone. Il suo successivo restringimento darebbe origine alla Grande Macchia Rossa, compatta e in rapida rotazione, osservata dalla fine del XIX secolo.
Il movimento delle nuvole nella Grande Macchia Rossa. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Justin Cowart, CC BY
La formazione di grandi cellule allungate è già stata osservata nella genesi di altri importanti vortici su Giove. Nelle nostre simulazioni abbiamo scoperto che le cellule allungate sono stabili quando ruotano attorno alla loro periferia con la velocità dei venti di Giove. Abbiamo scoperto che se la velocità di rotazione del proto-GRS è inferiore a quella dei venti circostanti, esso si frammenta, rendendo impossibile la formazione di un vortice stabile. E, se è molto elevato, le sue proprietà differiscono da quelle dell’attuale GRS.
La ricerca futura mirerà a cercare di riprodurre il motivo per cui si è ridotto nel tempo. Cercheremo anche di scoprire se un giorno finirà, se si disintegrerà e scomparirà quando raggiungerà una dimensione limite, come sarebbe potuto accadere alla Macchia Permanente osservata da Cassini, o se si stabilizzerà e durerà per molti altri anni. .
Agustín Sanchez Lavega. Fisica applicata presso la Scuola di Ingegneria di Bilbao dell’UPV/EHU, Università dei Paesi Baschi / Euskal Herriko Unibertsitatea.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su La Conversazione. Leggi l’originale.
