Giove ha un nucleo solido?

I giganti gassosi sono sempre stati un mistero per noi. A causa delle loro nubi dense e vorticose, è impossibile guardare bene al loro interno e determinare la loro vera struttura. Data la loro distanza dalla Terra, l’invio di veicoli spaziali richiede tempo e denaro, rendendo le missioni di rilevamento poche e lontane tra loro. E a causa della loro intensa radiazione e della forte gravità, qualsiasi missione che tenta di studiarli deve essere fatta con attenzione.

E tuttavia, gli scienziati sono stati per decenni che questo massiccio gigante gassoso ha un nucleo solido. Questo è coerente con le nostre attuali teorie su come il sistema solare e i suoi pianeti si sono formati e sono migrati verso le loro posizioni attuali. Mentre gli strati esterni di Giove sono composti principalmente da idrogeno ed elio, gli aumenti di pressione e densità suggeriscono che più vicino al nucleo, le cose diventano solide.

Struttura e composizione:

Giove è composto principalmente da materia gassosa e liquida, con materia più densa sotto. La sua atmosfera superiore è composta da circa l’88-92% di idrogeno e l’8-12% di elio per volume percentuale di molecole di gas, e circa il 75% di idrogeno e il 24% di elio per massa, con il restante 1% costituito da altri elementi.

L’atmosfera contiene tracce di metano, vapore acqueo, ammoniaca, e composti a base di silicio, nonché tracce di benzene e altri idrocarburi. Ci sono anche tracce di carbonio, etano, solfuro di idrogeno, neon, ossigeno, fosfina e zolfo. Cristalli di ammoniaca congelata sono stati anche osservati nello strato più esterno dell’atmosfera.

L’interno contiene materiali più densi, tanto che la distribuzione è approssimativamente 71% di idrogeno, 24% di elio e 5% di altri elementi in massa. Si ritiene che il nucleo di Giove sia una miscela densa di elementi – uno strato circostante di idrogeno metallico liquido con un po’ di elio, e uno strato esterno prevalentemente di idrogeno molecolare. Il nucleo è stato anche descritto come roccioso, ma anche questo rimane sconosciuto.

Nel 1997, l’esistenza del nucleo è stata suggerita da misure gravitazionali, che indicano una massa da 12 a 45 volte la massa della Terra, o circa il 4%-14% della massa totale di Giove. La presenza di un nucleo è anche supportata da modelli di formazione planetaria che indicano come un nucleo roccioso o ghiacciato sarebbe stato necessario ad un certo punto della storia del pianeta per raccogliere tutto il suo idrogeno ed elio dalla nebulosa protosolare.

Tuttavia, è possibile che questo nucleo si sia poi ridotto a causa delle correnti di convezione di idrogeno caldo, liquido e metallico che si mischia con il nucleo fuso. Questo nucleo potrebbe anche essere assente ora, ma è necessaria un’analisi dettagliata prima di poterlo confermare. La missione Juno, che è stata lanciata nell’agosto 2011 (vedi sotto), dovrebbe fornire alcune informazioni su queste domande, e quindi fare progressi sul problema del nucleo.

Formazione e migrazione:

Le nostre attuali teorie sulla formazione del sistema solare sostengono che i pianeti si sono formati circa 4,5 miliardi di anni fa da una nebulosa solare (cioè l’ipotesi nebulare). Coerentemente con questa teoria, si ritiene che Giove si sia formato come risultato della gravità che ha attirato insieme nubi vorticose di gas e polvere.

Giove ha acquisito la maggior parte della sua massa da materiale rimasto dalla formazione del sole, e ha finito per avere più del doppio della massa combinata degli altri pianeti. Infatti, è stato ipotizzato che se Giove avesse accumulato più massa, sarebbe diventato una seconda stella. Questo si basa sul fatto che la sua composizione è simile a quella del sole – essendo fatta prevalentemente di idrogeno.

Inoltre, gli attuali modelli di formazione del sistema solare indicano anche che Giove si è formato più lontano dalla sua posizione attuale. In quella che è conosciuta come l’Ipotesi di Grand Tack, Giove è migrato verso il sole e si è stabilito nella sua posizione attuale circa 4 miliardi di anni fa. Questa migrazione, è stato sostenuto, potrebbe aver portato alla distruzione dei primi pianeti del nostro sistema solare – che potrebbero includere le Super-Terre più vicine al sole.

Esplorazione:

Sebbene non sia stato il primo veicolo spaziale robotico a visitare Giove, o il primo a studiarlo dall’orbita (questo è stato fatto dalla sonda Galileo tra il 1995 e il 2003), la missione Juno è stata progettata per indagare i misteri più profondi del gigante gioviano. Questi includono l’interno di Giove, l’atmosfera, la magnetosfera, il campo gravitazionale e la determinazione della storia della formazione del pianeta.

La missione è stata lanciata nell’agosto 2011 e ha raggiunto l’orbita intorno a Giove il 4 luglio 2016. Mentre la sonda è entrata nella sua orbita polare ellittica, dopo aver completato un’accensione lunga 35 minuti del motore principale, nota come Jupiter Orbital Insertion (o JOI). Mentre la sonda si avvicinava a Giove da sopra il suo polo nord, le è stata concessa una vista del sistema gioviano, di cui ha scattato un’ultima foto prima di iniziare la JOI.

Da quel momento, la sonda Juno ha condotto manovre perijoove – dove passa tra la regione polare settentrionale e quella polare meridionale – con un periodo di circa 53 giorni. Ha completato 5 perijoves da quando è arrivato nel giugno del 2016, e ha programmato di condurre un totale di 12 prima di febbraio del 2018. A questo punto, salvo estensioni della missione, la sonda sarà de-orbitata e brucerà nell’atmosfera esterna di Giove.

Quando farà i suoi restanti passaggi, Juno raccoglierà più informazioni sulla gravità, i campi magnetici, l’atmosfera e la composizione di Giove. Si spera che queste informazioni ci insegneranno molto su come l’interazione tra l’interno di Giove, la sua atmosfera e la sua magnetosfera guida l’evoluzione del pianeta. E naturalmente, si spera di fornire dati conclusivi sulla struttura interna del pianeta.

Giove ha un nucleo solido? La risposta breve è che non lo sappiamo… ancora. In verità, potrebbe benissimo avere un nucleo solido composto da ferro e quarzo, che è circondato da uno spesso strato di idrogeno metallico. È anche possibile che l’interazione tra questo idrogeno metallico e il nucleo solido abbia causato la perdita del pianeta qualche tempo fa.

A questo punto, tutto quello che possiamo fare è sperare che le indagini e le missioni in corso producano più prove. Queste non solo ci aiuteranno ad affinare la nostra comprensione della struttura interna di Giove e della sua formazione, ma anche la nostra comprensione della storia del sistema solare e di come è nato.