Le tempeste di 100 anni sfidano la nostra comprensione dei giganti gassosi

Durante la sua missione del Solstizio di sette anni, Cassini ha assistito allo scoppio di un’enorme tempesta che ha circondato Saturno. Gli scienziati ritengono che tali tempeste siano in parte correlate agli effetti stagionali della luce solare sull’atmosfera di Saturno. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Enormi tempeste lasciano tracce nell’atmosfera di Saturno per secoli.

I ricercatori hanno scoperto tempeste giganti di lungo periodo Saturnoè simile a GioveGrande Macchia Rossa, studiando le emissioni radio e le perturbazioni del gas di ammoniaca. La ricerca rivela differenze significative nelle atmosfere tra i giganti gassosi, sfida l’attuale comprensione delle tempeste giganti e fornisce nuove intuizioni che potrebbero influenzare gli studi futuri sugli esopianeti.

La Grande Macchia Rossa e nuove scoperte su Saturno

La più grande tempesta del sistema solare, un anticiclone largo 10.000 miglia noto come la Grande Macchia Rossa, ha abbellito la superficie di Giove per centinaia di anni.

Un nuovo studio rivela che Saturno, sebbene abbia un aspetto più modesto rispetto all’aspetto colorato di Giove, ha anche tempeste giganti e di lunga durata. Queste tempeste hanno effetti profondi nell’atmosfera che durano per secoli.

Metodologia di studio

La ricerca è stata condotta da astronomi Università della California, Berkeleye l’Università del Michigan Ann Arbor. Hanno esaminato le emissioni radio del pianeta, che provengono da sotto la superficie, e hanno scoperto disturbi a lungo termine nella distribuzione del gas di ammoniaca.

Lo studio è stato pubblicato l’11 agosto sulla rivista La scienza avanza.

Un’immagine radio di Saturno è stata scattata con il VLA nel maggio 2015, con emissioni radio più luminose da Saturno e dai suoi anelli sottratti per migliorare il contrasto nelle emissioni radio più deboli tra le diverse bande latitudinali nell’atmosfera. Poiché l’ammoniaca blocca le onde radio, le caratteristiche luminose indicano le regioni in cui l’ammoniaca è esaurita e il VLA può vedere più in profondità nell’atmosfera. L’ampia banda luminosa alle latitudini settentrionali è la conseguenza di una tempesta del 2010 su Saturno, che apparentemente ha esaurito il gas di ammoniaca sotto la gelida nuvola di ammoniaca, che è ciò che vediamo ad occhio nudo. Credito: RJ Salt e ED Butter

La natura delle mega tempeste

Tempeste giganti si verificano circa ogni 20 o 30 anni su Saturno e sono simili agli uragani sulla Terra, anche se molto più grandi. Ma a differenza degli uragani terrestri, nessuno sa perché le enormi tempeste si verificano nell’atmosfera di Saturno, che è principalmente idrogeno ed elio con tracce di metano, acqua e ammoniaca.

“Comprendere i meccanismi delle più grandi tempeste del sistema solare colloca la teoria degli uragani in un contesto cosmico più ampio, sfidando le nostre attuali conoscenze e spingendo i confini della meteorologia terrestre”, ha affermato l’autore principale Cheng Li, un ex borsista dell’UCLA 51 Peg b. Berkeley, ed è ora professore assistente presso l’Università del Michigan.

esplorazione e strumenti

Imke de Pater, Professore Emerito di Astronomia e Scienze della Terra e Planetarie alla UC Berkeley, ha studiato i giganti gassosi per più di quattro decenni per comprendere meglio la loro composizione e ciò che li rende unici, utilizzando il Karl G. Jansky Very Large Array nel New Mexico per sondare le emissioni radio dalle profondità del pianeta. .

Nel campo visivo, l’atmosfera a bande di Saturno sembra passare agevolmente da un colore all’altro. Ma visto qui in luce radio – i dati VLA sovrapposti a un’immagine Cassini di Saturno – la natura distinta delle bande è chiara. Gli scienziati hanno utilizzato i dati VLA per comprendere meglio l’ammoniaca nell’atmosfera del gigante gassoso e hanno appreso che le tempeste giganti trasportano l’ammoniaca dall’atmosfera superiore a quella inferiore. Crediti: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), I. de Pater et al (UC Berkeley)

“A lunghezze d’onda radio, sonderemo al di sotto degli strati nuvolosi visibili sui pianeti giganti. Poiché le reazioni chimiche e la dinamica altereranno la composizione dell’atmosfera di un pianeta, le osservazioni al di sotto di questi strati nuvolosi sono necessarie per limitare la composizione della vera atmosfera del pianeta, che è una chiave parametro per i modelli di formazione dei pianeti”. “Le osservazioni radio aiutano a caratterizzare i processi dinamici, fisici e chimici tra cui il trasporto di calore, la formazione di nuvole e la convezione nelle atmosfere dei pianeti giganti su scala sia globale che locale”.

Risultati sorprendenti

Come riportato nel nuovo studio, il dottorando della UC Berkeley Chris Moeckel, de Pater, ha scoperto qualcosa di sorprendente nelle emissioni radio del pianeta: anomalie nella concentrazione di ammoniaca nell’atmosfera, che hanno collegato a precedenti eventi di massicce tempeste nell’emisfero nord. del pianeta.

Effetto sulla concentrazione di ammoniaca e differenze atmosferiche

Secondo il team, la concentrazione di ammoniaca è bassa a quote medie, al di sotto dello strato superiore di nubi di ghiaccio di ammoniaca, ma si arricchisce a quote inferiori, da 100 a 200 chilometri più in profondità nell’atmosfera. Credono che l’ammoniaca venga trasportata dall’alta atmosfera alla bassa atmosfera attraverso processi di precipitazione e rievaporazione. Inoltre, questo effetto potrebbe durare per centinaia di anni.

Saturno e Giove a confronto

Lo studio ha inoltre rivelato che sebbene sia Saturno che Giove siano fatti di idrogeno gassoso, questi due giganti gassosi sono nettamente diversi. Sebbene Giove abbia anomalie troposferiche, sono delimitate dalle sue regioni (bande bianche) e cinture (bande scure) e non sono causate da tempeste come lo sono su Saturno. La differenza significativa tra giganti gassosi vicini sfida l’attuale comprensione della formazione di tempeste giganti su giganti gassosi e altri pianeti. Potrebbe anche influenzare il modo in cui queste tempeste verranno trovate ed esaminate sugli esopianeti in futuro.

Riferimento: “The Deep Long-Term Impact of Saturn’s Giant Storms” di Cheng Li, Emke de Pater, Chris Moeckel, RJ Salt, Brian Butler, David de Boer e Zhiming Zhang, 11 agosto 2023, disponibile qui. La scienza avanza.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9419

Il National Radio Astronomy Observatory (NRAO) è una struttura della National Science Foundation, gestita in base a un accordo di cooperazione da Associated Universities Inc.