Nuove analisi combinate dei dati della sonda Juno e del telescopio spaziale Hubble aggiornano con precisione senza precedenti la forma di Giove, che risulta leggermente più compatto rispetto alle stime storiche derivate da Pioneer e Voyager, con raggi polare ed equatoriale inferiori rispettivamente di circa 12 e 4 km. Questi risultati, da poco pubblicati su Nature Astronomy, introducono vincoli più stringenti sui modelli della struttura interna dei giganti gassosi e migliora la calibrazione delle relazioni massa–raggio usate per interpretare gli esopianeti.
Nell'immagine di copertina: il pianeta Giove. Crediti: Kevin M. Gill (CC-BY) based on images provided courtesy of NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Dopo oltre quarant’anni, nuovi dati della missione Juno della NASA e del telescopio spaziale Hubble hanno permesso di ricalcolare con precisione senza precedenti la forma di Giove, rivelando che il pianeta è leggermente più compatto rispetto a quanto indicato dalle stime storiche. Il risultato, pubblicato su Nature Astronomy, introduce un nuovo vincolo quantitativo sui modelli interni di Giove e, più in generale, sulla fisica dei pianeti giganti.
Dalle radio occultazioni alla nuova forma di Giove
Le prime determinazioni della forma di Giove, ottenute negli anni Settanta dalle missioni Pioneer e Voyager, descrivevano un pianeta fortemente schiacciato ai poli e rigonfio all’equatore. Oggi, grazie agli esperimenti di radio occultazione condotti dalla sonda Juno — integrati con le misure gravitazionali e con la caratterizzazione dei venti atmosferici osservati da Hubble — questa immagine può essere aggiornata con un livello di accuratezza mai raggiunto prima.
Nel nostro lavoro abbiamo combinato tre tipologie di osservazioni complementari. Le misure gravitazionali ricostruiscono la distribuzione di massa interna attraverso le variazioni nella traiettoria della sonda. Le radio occultazioni permettono di derivare profili di pressione e temperatura dall’analisi della rifrazione del segnale radio e consentono di determinare con grande precisione il raggio del pianeta a un dato livello di pressione. I venti zonali, infine, contribuiscono all’equilibrio tra gravità e forza centrifuga e influenzano direttamente la forma globale del pianeta, che ruota in meno di dieci ore.
L’elemento chiave è l’aumento di precisione. La forma di Giove al livello di 1 bar è stata determinata con un’incertezza di appena 0,4 chilometri, migliorando di un ordine di grandezza le stime precedenti. I nuovi valori indicano un raggio polare e un raggio equatoriale inferiori rispettivamente di circa 12 e 4 chilometri rispetto ai valori comunemente adottati, con una riduzione del raggio medio di circa 8 chilometri.
Vincoli più forti su struttura interna ed esopianeti
Poiché la forma di un pianeta in rapida rotazione è il risultato dell’equilibrio tra gravità, rotazione e struttura interna, anche variazioni apparentemente modeste del raggio modificano l’insieme delle soluzioni compatibili dei modelli strutturali. In questo contesto, le nuove misure rappresentano vincoli fisici significativi sui modelli interni: un raggio equatoriale leggermente più piccolo implica un inviluppo esterno più ricco di elementi pesanti e una temperatura al livello di 1 bar inferiore di circa 1–2 kelvin, in migliore accordo con le rianalisi delle occultazioni radio Voyager.
Dal punto di vista dinamico, la differenza di appena ~10 m/s tra la velocità dei venti a 100 millibar e quella osservata alle nubi suggerisce un comportamento quasi barotropico dell’alta atmosfera. Questo indica che, almeno negli strati superiori, la circolazione può essere descritta in prima approssimazione come organizzata lungo superfici cilindriche attorno all’asse di rotazione.
Il valore di questa nuova determinazione non si limita al caso di Giove. Molti modelli strutturali dei pianeti giganti extrasolari sono calibrati sui casi del Sistema Solare, dove disponiamo di misure gravitazionali e atmosferiche estremamente dettagliate. Una riduzione dell’incertezza sui parametri fisici di Giove contribuisce quindi a migliorare l’interpretazione delle relazioni massa–raggio utilizzate per descrivere gli esopianeti e il loro possibile contenuto in elementi pesanti. In questo senso, migliorare la precisione sui pianeti del Sistema Solare significa rafforzare l’intera fisica comparativa dei pianeti giganti.
Questo risultato non rappresenta soltanto un aggiornamento numerico della forma di Giove, ma un affinamento dei vincoli osservativi su cui si basano i modelli della sua struttura interna. Con l’estensione della missione Juno e l’arrivo delle missioni JUICE dell’Agenzia Spaziale Europea ed Europa Clipper della NASA, sarà possibile testare ulteriormente questi modelli e verificare quanto profondamente si estendano i venti osservati e come si accoppino dinamicamente con l’interno del pianeta.
