Avvicinamento a Giove della sonda Juno. Immagine elaborata da Gerald Eichstädt e Sean Doran (CC BY-NC-SA) basata su immagini fornite per gentile concessione di NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS
Stimare quantitativamente i moti caotici dell’atmosfera di giganti gassosi come Giove e Saturno è sempre stato inaccessibile a qualsiasi strumento convenzionale. Fino a oggi. Un team internazionale di ricercatori, guidato dallo scienziato dell’Università di Roma Simon Cabanes, ha scoperto e testato un metodo affidabile per quantificare le turbolenze. Esse interessano l’ultimo strato della superficie atmosferica, dove sono presenti movimenti disordinati delle masse d’aria e violenti flussi vorticosi.
I risultati dello studio, pubblicato su Geophysical Research Letters, dimostrano che è possibile stimare in modo semplice la velocità di trasferimento dell’energia nella turbolenza: essa può essere calcolata a partire da un parametro chiamato vorticità potenziale. Questa variabile è di grande importanza in meteorologia e fornisce un metro di misura per il movimento di un fluido vorticoso.
Boris Galperin, co-autore della ricerca e professore presso l’USF College of Marine Science, ha proposto per primo l’idea alla base dello studio. Ha poi sviluppato il metodo con l’aiuto dello studente laureato Jesse Hoemann e la collaborazione dell’Università di Roma. Sono stati utilizzati i dati estratti dalle immagini di Giove ottenute con la missione Cassini e simulazioni al computer per Saturno.
Effettuando esperimenti in una vasca rotante e calcolando la vorticità potenziale per i pianeti giganti del nostro Sistema Solare, gli scienziati hanno mostrato che il trasferimento turbolento di energia nell’atmosfera di Saturno è quattro volte meno intenso di quello di Giove. Questa è la prima volta nella storia in cui si riesce a dare una stima precisa della velocità di trasferimento di energia nelle turbolenze in un’atmosfera instabile come quella dei nostri giganti gassosi.
Le immagini di pianeti come Giove e Saturno mostrano vortici e ondulazioni che sembrano le pennellate di colore in un quadro di Van Gogh. Non lasciamoci ingannare: sotto quell’apparente calma e tranquillità si nascondono delle frequenti e violente tempeste molto energetiche.
L’atmosfera dei giganti gassosi del nostro Sistema Solare è un mistero che stiamo svelando un po’ alla volta. Non è semplice comprendere la causa (o le cause) dell’instabilità dei gas. Con la strumentazione standard le turbolenze atmosferiche sono sempre state impossibili da quantificare, se non approssimativamente.
Il metodo approvato da Cabanes e i suoi collaboratori è perciò un grande passo avanti nello studio della dinamica planetaria. Sapere di potersi basare sul calcolo di un semplice parametro come la vorticità potenziale è una diagnosi veloce e valida in generale per stimare un trasferimento turbolento di energia.
Galperin si è dimostrato molto entusiasta per le conseguenze che questa scoperta avrà in ambito geofisico. Nello studio si parla di pianeti giganti come Giove e Saturno, ma la sua utilità si riflette anche sul nostro pianeta. I risultati del team di scienziati sono molto efficaci perché possono essere applicati in contesti diversi: le leggi della turbolenza sono universali! Per esempio, è possibile sfruttare il metodo ideato da Galperin per comprendere il comportamento dell’oceano terrestre. I vortici degli oceani assomigliano a quelli dell’atmosfera di Giove. Riuscire a quantificare in modo semplice le turbolenze dà la possibilità di capire l’equilibrio di calore, sale, anidride carbonica in quest’ambiente naturale.
Inoltre, molti esopianeti scoperti negli ultimi anni sono pianeti grandi come i giganti gassosi del nostro Sistema Solare. Saper dare una stima precisa della turbolenza superficiale di tali corpi celesti consente di trattare in maniera più consapevole le informazioni che si acquisiscono sui pianeti extrasolari. Dalle parole di Simon Cabanes: “Questo studio apre la strada per la futura analisi dei dati in altre atmosfere planetarie”.
Si tratta quindi di un risultato di successo, che ci aspettiamo possa condurci a una conoscenza più attenta di pianeti con caratteristiche a noi estranee. Il tutto ha anche un certo fascino: dal calcolo dello stesso semplice parametro si possono stimare i movimenti vorticosi dell’oceano sulla Terra, il comportamento violento delle tempeste di Giove e Saturno e l’atmosfera di nuovi pianeti tutti da scoprire.
Lo studio completo: Revealing the intensity of turbulent energy transfer in planetary atmospheres.
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