Alessandro Mura, ricercatore INAF-IAPS, parla dello strumento JIRAM della missione JUNO

Abbiamo incontrato Alessandro Mura, ricercatore dell’INAF di Roma (Istituto Nazionale di Astrofisica) e del IAPS (Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziale). Mura è anche il Principale Investigatore dello strumento JIRAM, installato all’interno della sonda JUNO della NASA, attualmente in orbita attorno al pianeta Giove. Lo strumento JIRAM è sotto la guida scientifica dell’INAF, al contempo è guidato e finanziato dall’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) e sviluppato dalla Leonardo. La sonda JUNO della NASA è stata lanciata il 5 agosto 2011, ed è giunta nell’orbita di Giove il 5 luglio 2016. Attualmente la missione è stata estesa fino al 2025.

Il vostro strumento “JIRAM” ha come obiettivo principale lo studio degli strati superiori dell’atmosfera di Giove. Qual è la scoperta più importante che ha compiuto “JIRAM”?

La più importante è la scoperta dei cicloni polari. Nei due poli di Giove vi sono una serie di cicloni stazionari enormi, con un diametro che varia tra i 4000 e gli 8000 chilometri. Loro sono disposti in una configurazione simmetrica: al polo nord c’è un raggruppamento di cicloni a forma di ottagono, con un ciclone al centro; al polo sud c’è un altro raggruppamento di cicloni, questa volta a forma di pentagono, un po’ meno regolare, e anche qui c’è un ciclone al centro. Tutto questo è un qualcosa di unico nel Sistema Solare: non c’è un altro pianeta con cicloni che abbia le medesime caratteristiche. Un qualcosa di leggermente simile lo possiamo trovare solo su Saturno, in cui è presente un ciclone a forma di esagono. Questa è la scoperta più spettacolare fatta da JIRAM, che sicuramente è quella che colpisce maggiormente il pubblico. Su Giove le tempeste durano decenni; invece sulla Terra, come sappiamo, possono durare qualche ora. Un altro esempio di ciclone presente su Giove, o meglio, di anticiclone, è la famosa “Grande Macchia Rossa”, la quale perdura da circa 300 anni; e molto probabilmente è la stessa Macchia Rossa che vide Giovanni Domenico Cassini nel 1665.

La sonda Juno ha compiuto un flyby (un sorvolo) su Ganimede (una Luna di Giove), avvicinandosi ad una distanza di 1.000 km. Sappiamo che Ganimede possiede un Oceano di acqua liquida, quindi è una delle Lune più interessanti. Cosa ha scoperto JIRAM?

Per quanto riguarda Ganimede, abbiamo fatto vari flyby, non solo quello che hai appena citato. Quindi, abbiamo ottenuto delle informazioni abbastanza complete. La superficie di Ganimede ha una composizione, soprattutto nel ghiaccio di acqua, che varia a seconda di come viene bombardata dal plasma di Giove. In breve possiamo dire che JIRAM ha aumentato le conoscenze su Ganimede, soprattutto su come il bombardamento del plasma, cioè le particelle cariche energetiche di Giove, influenzino la superficie di Ganimede.

Quali sono le caratteristiche dei cicloni di Giove, sono simili agli uragani della Terra?

A prima vista appaiono simili a quelli della Terra, ma in realtà sono molto diversi. La prima differenza è la durata (possono durare decenni); hanno inoltre dei venti molto più intensi. Ma ciò che li differisce maggiormente, dagli omologhi terrestri, è l’assenza di una base, o meglio, di una superficie, sopra la quale far formare i cicloni. Ad esempio, sulla Terra abbiamo una superficie di partenza, che parte dal livello del mare fino agli 8000 metri, nella quale si formano i cicloni. Su Giove è completamente diverso, perché non abbiamo una base di partenza, essendo un pianeta gassoso; quindi non siamo in grado di capire da dove partono i cicloni, e quale sia il livello di riferimento. In realtà, c’è un indizio che ci ha fatto capire qualcosa in più: la densità dell’atmosfera, la quale aumenta verso il fondo. E questo ci fa pensare che ci sia una continuità verso il basso, ma non sappiamo fino a che punto. La sonda Juno ha molti strumenti, uno dei quali è il radiometro (strumento americano). Esso guarda le onde estremamente lunghe, quindi ad una energia molto più bassa rispetto agli infrarossi, e ha anche una bassissima risoluzione. Siccome Juno si sta avvicinando sempre più al polo nord di Giove, il radiometro sta iniziando a vedere più in profondità le strutture cicloniche. Ci sarà un momento, fra uno o due anni, in cui riusciremo ad avere le informazioni sulla profondità dei moti dei cicloni, che noi abbiamo già studiato con JIRAM in precedenza; quindi unendo insieme le scoperte di JIRAM e quelle che farà il radiometro, riusciremo a capire da dove partono i cicloni, o meglio, da dove partono i moti convettivi di Giove, nonché la profondità dei venti.

Come sappiamo sui poli del nostro pianeta Terra si formano le aurore, grazie al vento solare. Sui poli del pianeta Giove sono presenti le aurore?

Si, sono presenti le Aurore. Infatti, se leggi l’acronimo del nome JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper), scopri che uno degli obiettivi principali del nostro strumento è proprio lo studio delle aurore. Gli altri obiettivi primari sono lo studio dell’atmosfera e lo studio dei satelliti (le Lune di Giove). Per quanto riguarda le Aurore, le abbiamo osservate ai due poli di Giove (con i telescopi presenti sulla Terra non si possono osservare, per questo è molto importante la sonda Juno). Gli scienziati sapevano della presenza delle aurore, ma noi siamo riusciti a guardarle dall’alto (mentre la sonda Juno sorvolava i poli del pianeta), e i dettagli che siamo riusciti a cogliere sono stati enormi, dal punto di vista scientifico: abbiamo visto particolari che non si conoscevano. Come sono le aurore di Giove? A prima vista appaiono simili a quelle della Terra, ma in realtà, studiandole approfonditamente, ci si accorge di due differenze: oltre alla differente origine dell’aurora, rispetto all’origine  dell’omologa terrestre, sul pianeta gigante gassoso si crea un’interazione tra il campo magnetico di Giove e quello delle sue Lune (in particolar modo tra Giove e 3-4 Lune). Infatti, queste 3-4 Lune, mentre orbitano attorno al pianeta, lasciano una “impronta magnetica” (un footprint) sulle aurore di Giove. Le strutture che si creano somigliano a delle perturbazioni molto particolari, simili alle onde generate dall’impatto di un fluido su un corpo. Questo fenomeno non siamo ancora riusciti ad interpretarlo ma, allo stesso tempo, è un fenomeno sorprendente, perché ci fa capire che una parte dei misteri, che pensavamo di aver risolto sulle aurore, non sono stati ancora ben compresi.

Possiamo dire che su Giove non c’è mai una giornata serena? La sonda Juno ci ha mostrato un’atmosfera ricca di tempeste, fulmini, grandine, acqua e ammoniaca. Cosa succede nell’atmosfera?

E’ vero, su Giove non c’è mai una giornata serena. Le nubi più alte che vediamo sono di ammoniaca, mentre quelle più basse sono di acqua. Questo vuol dire che Giove appare sempre coperto dalle nubi. Ma cosa succede se guardiamo il pianeta con gli infrarossi? Siccome l’atmosfera più bassa è più calda, quando vi sono le nuvole vediamo un’immagine più fredda, perché le nuvole schermano il calore che arriva dalla profondità, non facendolo passare, e quindi l’immagine agli infrarossi ci appare più fredda, con colori più chiari; quando non ci sono le nuvole, riusciamo a guardare più in profondità (chiaramente fino ad un certo limite), e in questo caso l’immagine ci appare con colori più scuri. Riassumendo, quando guardiamo agli infrarossi, le immagini di Giove ci appaiono con colori alternati: alcune parti con colori più chiari, ed altre parti con colori più scuri (dipende dalla presenza delle nuvole).

Per quanto riguarda la gestione dello strumento JIRAM, il quale è installato all’interno della sonda americana Juno, la NASA vi lascia la libertà di usarlo come volete, oppure vi dà dei limiti?

In realtà è un po’ più complicato: la NASA ci dà l’opportunità di utilizzarlo, e la libertà di decidere la gestione dello strumento, ma al contempo, dobbiamo rispettare dei limiti che ci fornisce la NASA. Ad esempio, ci dicono: “Potete utilizzare lo strumento per tot ore, e occupare tot GigaByte di memoria”. Questo perché si consuma energia quando accendi lo strumento, e la sonda ha tanti altri strumenti, perciò la NASA deve “accontentare” tutti. Esso vale anche per la memoria, la quale deve essere condivisa anche con gli altri strumenti della sonda. Ad esempio, non possiamo fare un milione di foto e riempire la memoria di Juno la quale, come abbiamo detto, serve anche per gli altri strumenti, e per gli altri scienziati. La NASA ci concede 4 GB di memoria per ogni orbita (un’orbita dura due mesi), ma il 90% del tempo, in questi due mesi, la sonda Juno li passa lontana da Giove, poiché la sua orbita è ellittica; quindi, passiamo circa un giorno vicino a Giove, e in questa occasione scattiamo foto e lo analizziamo, riempiendo i nostri 4 GB di memoria. Successivamente, la sonda si allontana da Giove per circa due mesi, e in questo periodo “scarichiamo” i nostri dati, inviandoli alla Terra, e “svuotiamo” così la memoria di Juno (il pianeta Giove è lontano 5 volte la distanza Terra-Sole, cioè circa 750 milioni di chilometri, quindi il segnale, per arrivare sulla Terra, impiega circa un’ora).

Studiare un  pianeta come Giove, con tempeste grandi quanto il nostro pianeta Terra, deve sicuramente lasciare un segno.  A te cosa sta lasciando, nella mente e nel cuore, il pianeta Giove?

Io ogni due mesi ho quasi un colpo al cuore perché, quando la sonda Juno ci manda i dati, provenienti da un mondo lontano 750 milioni di chilometri, io sono sempre il primo. Il primo uomo a vedere le foto e i dati: quindi l’emozione è difficile da gestire. Poi subentra anche la preoccupazione, perché abbiamo una macchina fotografica lontana centinaia di milioni di chilometri, e lei deve badare a sé stessa. La mia grande curiosità scientifica è capire se saremo in grado di vedere qualche ciclone scomparire, visto che i cicloni durano decenni. Attualmente la missione durerà fino al 2025, quindi abbiamo ancora un po’ di tempo. Purtroppo non sappiamo se questi cicloni dureranno così tanto da lasciarci con il dubbio, probabilmente si. Dopo la missione Juno ci sarà un’altra missione: la missione Juice dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea), la quale fra circa 10 anni ci potrà dire se i cicloni sono ancora lì.

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La missione Juice dell’ESA visiterà anche le Lune di Giove?

Si, Juice è più orientata verso le Lune di Giove; infatti, la sua orbita attorno a Giove è studiata per poter vedere e osservare le Lune.

Ci potrebbe essere vita, o meglio, vita microbica, su qualche Luna di Giove?

Le due Lune Europa e Ganimede sono le più promettenti. Anche se è difficile dirlo con certezza.