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JWST: il nuovo telescopio studierà Giove, i suoi anelli e due lune molto interessanti

03 agosto 2020
Un nuovo programma di osservazioni scientifiche legato al prossimo telescopio spaziale James Webb denominato "ERS Program 1373" si occuperà di svolgere osservazioni del sistema di Giove, dei suoi anelli e delle sue lune più importanti: Io e Ganimede.

Giove, chiamato come il dio degli antichi dei romani, domina la propria mini-versione del nostro Sistema Solare formato dai suoi satelliti; i loro movimenti convinsero Galileo Galilei all'inizio del XVII secolo che la Terra non è il centro dell'universo. Più di 400 anni dopo, gli astronomi utilizzeranno il James Webb Space Telescope della NASA per osservare questi famosi soggetti, spingendo gli strumenti dell'osservatorio al massimo delle loro capacità e gettando le basi per grandi scoperte scientifiche.
Un team diversificato di oltre 40 ricercatori, guidati dagli astronomi Imke de Pater dell'Università della California, Berkeley e Thierry Fouchet dell'Osservatorio di Parigi, hanno progettato un ambizioso programma di osservazione che condurrà alcune delle prime osservazioni scientifiche di Webb nel Sistema Solare su Giove, sul suo sistema di anelli e sulle due Ganimede e Io.

"Sarà un esperimento davvero impegnativo", ha detto de Pater. "Giove è molto luminoso e gli strumenti di Webb sono estremamente sensibili, osservare sia il pianeta che i suoi anelli e lune sarà un eccellente test su come ottenere il massimo dalla tecnologia innovativa di Webb."

Giove

Oltre a calibrare gli strumenti di Webb per la luminosità di Giove, gli astronomi devono anche tenere conto della rotazione del pianeta perché Giove completa un giorno in sole 10 ore. Diverse immagini dovranno essere unite in un mosaico per catturare una determinata area in modo completo, ad esempio la famosa tempesta nota come la Grande Macchia Rossa, un compito reso più difficile se l'oggetto si sta muovendo. Mentre molti telescopi hanno studiato Giove e le sue tempeste, il grande specchio di Webb e i potenti strumenti forniranno nuove intuizioni.
"Sappiamo che l'atmosfera immediata sopra la Grande Macchia Rossa è più fredda di altre aree di Giove, ma a quote più elevate, nella mesosfera, l'atmosfera sembra essere più calda. Useremo Webb per indagare su questo fenomeno", ha detto de Pater.
Webb esaminerà anche l'atmosfera della regione polare, dove la sonda Juno della NASA ha scoperto gruppi di cicloni. I dati spettroscopici di Webb forniranno molti più dettagli di quanto sia stato possibile nelle osservazioni precedenti, misurando venti, particelle di nuvole, composizione del gas e temperatura.
Le future osservazioni di Webb sugli altri pianeti giganti del Sistema Solare trarranno beneficio dalle lezioni apprese in queste prime osservazioni del sistema gioviano. Il team ha il compito di sviluppare metodi per lavorare con le osservazioni di Webb sui pianeti del Sistema Solare che potranno in seguito essere utilizzate dagli altri scienziati.

Anelli

Tutti e quattro i pianeti giganti gassosi del nostro Sistema Solare possiedono anelli, con Saturno il più importante. Il sistema di anelli di Giove è composto da tre parti: un anello principale piatto; un alone all'interno dell'anello principale, a forma di lente a doppio convesso; e gli anelli Gossamer, esterni all'anello principale. Il sistema di anelli di Giove è eccezionalmente debole perché le particelle che li compongono sono così piccole e sparse che non riflettono molta luce. Accanto alla luminosità del pianeta praticamente scompaiono, presentando una grande sfida per gli astronomi.

"Stiamo davvero spingendo al limite le capacità di alcuni strumenti di Webb per ottenere una nuova serie unica di osservazioni", ha affermato il co-investigatore Michael Wong dell'Università della California, Berkeley. Il team testerà strategie di osservazione per gestire la luce diffusa di Giove e costruirà modelli per il loro utilizzo da parte di altri astronomi, compresi quelli che studiano esopianeti in orbita attorno a stelle luminose.
Il team cercherà di fare anche nuove scoperte sugli anelli stessi. De Pater ha osservato che nel sistema dinamico ad anello potrebbero esserci "lunette effimere" non ancora scoperte e potenziali increspature nell'anello dovute a impatti di comete, come quelle osservate e ricondotte all'impatto della cometa Shoemaker-Levy 9 nel 1994.

Ganimede

Diverse caratteristiche del gelido Ganimede lo rendono molto affascinante. Oltre ad essere la più grande luna del Sistema Solare, è più grande del pianeta Mercurio, è l'unica luna nota ad avere un proprio campo magnetico. Il team esaminerà le parti molto esterne dell'atmosfera di Ganimede, la sua esosfera, per comprendere meglio l'interazione della luna con le particelle nel campo magnetico di Giove.
Esistono anche prove del fatto che Ganimede potrebbe avere un oceano di acqua salata liquida sotto il suo spesso ghiaccio superficiale che Webb osserverà con uno studio spettroscopico dettagliato dei sali di superficie e di altri composti. L'esperienza del team nello studio della superficie di Ganimede potrebbe essere utile nel futuro studio di altre lune ghiacciate del Sistema Solare sospettate di avere oceani sotterranei, tra cui la luna di Saturno Encelado e il satellite gioviano Europa.

Io

In netto contrasto con Ganimede è l'altra luna che il team studierà, Io, il mondo vulcanicamente più attivo nel Sistema Solare. La sua dinamica superficie è ricoperta da centinaia di enormi vulcani che farebbero impallidire quelli sulla Terra, così come laghi di lava fusa e lisce pianure alluvionali di lava solidificata. Gli astronomi intendono utilizzare Webb per saperne di più sugli effetti dei vulcani di Io sulla sua atmosfera.

"C'è ancora molto che non sappiamo sulla struttura della temperatura atmosferica di Io perché non abbiamo i dati per distinguere la temperatura a diverse altitudini", ha detto de Pater. "Sulla Terra diamo per scontato che mentre salite su una montagna, l'aria diventa più fresca - sarebbe lo stesso su Io? In questo momento non lo sappiamo, ma Webb potrebbe aiutarci a scoprirlo."

Un altro mistero che Webb indagherà su Io è l'esistenza di "vulcani invisibili" che emettono pennacchi di gas senza polvere che riflette la luce rilevata da veicoli spaziali come le missioni Voyager e Galileo della NASA, e che quindi finora non sono stati visti. L'elevata risoluzione spaziale di Webb sarà in grado di isolare singoli vulcani che in precedenza sarebbero apparsi come un grande hotspot, consentendo agli astronomi di raccogliere dati dettagliati sulla geologia della luna.
Webb fornirà anche dati senza precedenti sulla temperatura dei punti caldi di Io e determinerà se sono più vicini al vulcanismo attuale sulla Terra o se hanno una temperatura molto più elevata, simile all'ambiente terrestre nei primi anni dopo la sua formazione. Precedenti osservazioni della missione Galileo e osservatori di Terra hanno suggerito queste alte temperature; Webb seguirà questa ricerca e fornirà nuove prove che potrebbero risolvere la questione.

Uno sforzo di gruppo

Le osservazioni dettagliate di Webb non soppianteranno quelle di altri osservatori, ma si coordineranno con loro, ha spiegato Wong. "Le osservazioni spettroscopiche di Webb copriranno solo una piccola area del pianeta, quindi le visioni globali degli osservatori terrestri possono mostrare come i dati in dettaglio Webb si possano adattare a ciò che sta accadendo su una scala più ampia, simile a come Hubble e l' Osservatorio Gemini forniscono il contesto per Le osservazioni strette e ravvicinate di Juno."

A sua volta, lo studio di Webb sulle tempeste e l'atmosfera di Giove completerà i dati di Juno, compresi i segnali radio provenienti dai fulmini, che Webb non rileva. "Nessun osservatorio o veicolo spaziale può fare tutto", ha detto Wong, "quindi siamo molto entusiasti di combinare i dati di più osservatori per dirci molto di più di quanto potremmo imparare da un'unica fonte".

Questa ricerca è condotta nell'ambito di un programma Webb Early Release Science (ERS). Questo programma fornisce tempo a progetti selezionati nelle prime fasi della missione dell'osservatorio, consentendo ai ricercatori di apprendere rapidamente come utilizzare al meglio le capacità di Webb, offrendo allo stesso tempo una solida scienza.
Il James Webb Space Telescope sarà il primo osservatorio mondiale di scienze spaziali quando verrà lanciato nell'ottobre 2021. Webb risolverà i misteri del nostro Sistema Solare, guarderà i mondi lontani attorno ad altre stelle e sonderà le misteriose strutture e origini del nostro universo. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, l'ESA (Agenzia spaziale europea) e l'Agenzia spaziale canadese.

fonti: NASA

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