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Viaggio nel sistema solare: le lune di Giove

livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: NA
AREA: SISTEMA SOLARE
parole chiave: Giove, satelliti, Callisto

 

Dopo aver orbitato intorno al turbolento Giove, proseguiamo la nostra esplorazione verso le sue lune. Un compito non semplice in quanto sono … 79 lune. 

La conoscenza dell’esistenza delle lune maggiori sembra essere molto antica. Le fonti cinesi riferiscono che nel 364 a.C. l’astronomo cinese Gan De osservò una stella rossastra nei pressi di Giove, che col senno del poi potrebbe essere identificata come una delle sue lune, forse Ganimede o Callisto.

Galileo Galilei

Le prime osservazioni di Giove con l’uso di un telescopio furono effettuate dal grande  Galileo Galilei, nel gennaio del 1610. Galileo solo con un telescopio da 20 ingrandimenti (se ci pensate ben poca cosa) avvistò quattro grandi lune intorno a Giove. Notizia che Galileo pubblicò subito dopo, nel marzo del 1610. La coincidenza volle che, nello stesso periodo anche uno scienziato tedesco, Simon Mayr (Marius), scoprì in maniera indipendente quelle lune. Ma non solo.

Simon Mayr

Nel 1614 Mayr pubblicò il suo lavoro Mundus Iovialis, che descriveva il pianeta Giove e le sue lune, sostenendo di aver scoperto le quattro lune pochi giorni prima di Galileo. Ciò portò ad una disputa con lo scienziato italiano, che lo aveva accusato di aver mentito e copiato i suoi lavori; disputa che si risolse a favore di Galileo Galilei.

Per ironia della sorte, all’astronomo tedesco, rimase la soddisfazione di vedere mantenuti i nomi che lui aveva assegnato alle quattro lune, ovvero Ganimede, Callisto, Io ed Europa. Nel 1892, E. Barnard scoprì un quinto satellite, Amalthea, un nome che era stato usato per la prima volta dall’astronomo francese Camille Flammarion. Grazie ai progressi della fotografia telescopica, nel XX secolo, si aggiunsero nuove scoperte: Himalia (1904), Elara (1905), Pasifae (1908), Sinope (1914), Lysithea e Carme (1938), Ananke (1951), e Leda (1974).

Con le prime missioni delle sonde spaziali Voyager, intorno al 1979, furono scoperte tredici nuove lune (escluso Themisto, che era stato scoperto nel 1975), ma andarono nuovamente perse fino al 2000 a causa dell’imprecisione dei dati di posizione.

Thebe, Il secondo più grande dei satelliti interni di Giove, orbita all’interno del bordo esterno dell’anello gossamer di Tebe che si forma dalla polvere espulsa dalla sua superficie. È di forma irregolare e di colore rossastro. Le sue caratteristiche superficiali includono grandi crateri e alte montagne, alcune delle quali sono paragonabili alle dimensioni della luna stessa. Thebe fu fotografato nel 1979 dal veicolo spaziale Voyager 1 e 2, e successivamente, più in dettaglio, da Galileo negli anni ’90.

Comunque la missione della sonda Voyager scoprì altre tre lune interne nel 1979: Metis, Adrastea e Thebe. Tra ottobre 1999 e febbraio 2003, utilizzando dei nuovi rilevatori sensibili a terra, furono identificate altre minuscole 34 lune, posizionate, in orbite lunghe, eccentriche, generalmente retrograde, con una grandezza media di tre chilometri di diametro, e con la più grande di soli nove chilometri di diametro. Gli scienziati ritennero che si trattasse probabilmente di asteroidi o forse comete frammentati in diversi pezzi e catturati da Giove. In seguito, nel 2016, furono scoperte altre diciassette lune aggiuntive, portando il totale a 69. Il 17 luglio 2018, l’Unione Astronomica Internazionale comunicò che il Carnegie Institution for Science aveva scoperto altre dieci lune attorno a Giove, fissando ad oggi il numero totale a settantanove.

Alla scoperta delle 79 lune di Giove: origine ed evoluzione
La prima domanda che ci possiamo porre è perchè così tanti e come si formarono. Si ritiene che i satelliti regolari derivarono da un disco circumplanetario, un enorme anello di gas in accumulo e di detriti solidi analoghi a un disco proto planetario.

Alcuni potrebbero essere i resti di una ventina di satelliti di massa galileiana che si formarono all’inizio della storia di Giove, altri si formarono in tempi diversi. Ogni generazione potrebbe essere cresciuta a spirale intorno a Giove, seguita da nuove lune che si formavano da nuovi detriti catturati dalla nebulosa solare. Quando si formò l’attuale generazione, il disco si era già assottigliato e non interferì più con le orbite delle lune. Per quanto riguarda i satelliti irregolari potrebbero essere verosimilmente il frutto di catture di asteroidi o meterore.

Nella nostra esplorazione iniziamo ora a conoscere le prime quattro, dette lune galileiane, perché scoperte inizialmente da Galileo Galilei. Queste lune sono di gran lunga gli oggetti più grandi che ruotano in orbita attorno a Giove. Esse hanno una forma quasi sferica e sarebbero considerati dei pianeti nani se invece di ruotare intorno a Giove fossero in orbita diretta attorno al Sole. Il maggiore, Ganimede, può essere considerato il nono oggetto più grande nel Sistema Solare, ed è più grande di Mercurio. 

Le loro forme orbitali variano da “quasi perfettamente” circolari ad altamente eccentriche e inclinate; molte ruotano nella direzione opposta alla rotazione di Giove (ovvero hanno un moto retrogrado). I periodi orbitali sono molto variabili, da sette ore a quasi tre anni terrestri. 

Satelliti regolari
Le lune galileiane, Io, Europa, Ganimede e Callisto, sono alcuni dei più grandi oggetti del Sistema Solare, più grandi di qualsiasi altro pianeta nano conosciuto. Come abbiamo accennato il maggiore, Ganimede, supera persino il diametro del pianeta Mercurio. Andiamo a conoscerli … più da vicino.

IO
IO è la più interna delle quattro lune galileiane di Giove ed ha un diametro di 3642 chilometri. Con oltre 400 vulcani attivi è l’oggetto geologicamente più attivo nel Sistema Solare. La sua superficie presenta oltre cento montagne, alcune delle quali più alte del Monte Everest sulla Terra. A differenza della maggior parte dei satelliti nel sistema solare esterno (che hanno uno spesso strato di ghiaccio), IO è principalmente composto da roccia silicea che circonda un nucleo di ferro fuso o solfuro di ferro. Gli scienziati ritengono che possieda un proprio campo magnetico ed un’atmosfera estremamente sottile costituita principalmente da anidride solforosa.

EUROPA

la seconda delle quattro lune galileiane, è anche la seconda più vicina a Giove e la più piccola con un diametro di 3121,6 chilometri (leggermente più piccola della Luna). Europa è principalmente costituita da roccia silicea e probabilmente ha un nucleo di ferro. Ha un’atmosfera tenue composta principalmente da ossigeno. Ha una superficie liscia e luminosa, con uno strato d’acqua che circonda il mantello del pianeta, che si ritiene abbia uno spessore di 100 chilometri. La superficie liscia comprende uno strato di ghiaccio, mentre sul fondo è teorizzata la presenza di acqua allo stato liquido. L’apparente levigatezza della superficie ha portato all’ipotesi che sotto di essa esista un oceano d’acqua, che potrebbe ospitare vita extraterrestre. L’energia termica assicura che l’oceano rimanga allo stato liquido e potrebbe favorire l’attività geologica. Le marcature di rilievo di colore bruno-rossastro teoricamente causato dallo zolfo, mostrano una bassa topografia bassa. Alcune teorie suggeriscono che le eruzioni vulcaniche e persino i geyser siano concause insieme alla gravità di Giove della sua struttura.

GANIMEDE
la terza luna galileiana, è il più grande satellite naturale del Sistema Solare ed è composto principalmente da roccia silicea e ghiaccio d’acqua. Si ritiene che esista un oceano di acqua salata quasi 200 km sotto la superficie di Ganimede, inserito tra gli strati di ghiaccio. Ha un diametro di circa 5200 chilometri di diametro, il che lo rende più grande del pianeta Mercurio, ma con la metà della sua massa metà essendo un mondo ghiacciato. È l’unico satellite del Sistema Solare noto per possedere una magnetosfera, probabilmente creatasi per convezione all’interno del suo nucleo composto da ferro liquido. La superficie presenta regioni scure, altamente craterizzate e ricoperte di ghiaccio, e regioni più giovani, con una vasta gamma di scanalature e creste. Il satellite ha una sottile atmosfera di ossigeno che include ossigeno e idrogeno atomico.

CALLISTO
quarta e ultima luna galileiana, la seconda più grande delle quattro, con 4820,6 chilometri di diametro. La luna non fa parte della risonanza orbitale che colpisce i tre satelliti interni e quindi non subisce un sensibile riscaldamento da parte delle maree. Callisto è composto da quantità circa uguali di roccia e ghiaccio, il che lo rende il meno denso delle lune galileiane. È uno dei satelliti più fortemente craterizzato del Sistema Solare. Una delle sue caratteristiche principali è la presenza di un enorme bacino, largo circa 3000 chilometri, che fu chiamato Valhalla. Callisto è circondato da un’atmosfera estremamente sottile composta da anidride carbonica e probabilmente ossigeno molecolare. Anche Callisto potrebbe avere un oceano sotterraneo di acqua liquida a profondità inferiori a 300 chilometri che potrebbe ospitare qualche forma di vita. Callisto è considerato il luogo più adatto per una base umana per la futura esplorazione del sistema di Giove poiché è il più lontano dall’intensa radiazione di Giove.

Amalthea, il suo colore rosso dipende dal fatto che emette più calore di quanto ne riceve dal Sole

Gruppo Amalthea composto da quattro lune, Metis, Adrastea, Amalthea e Thebe, che orbitano molto più vicino a Giove. Queste lune riempiono e mantengono il debole sistema ad anello di Giove. Metis e Adrastea aiutano a mantenere l’anello principale di Giove, mentre Amalthea e Thebe mantengono ciascuno i propri deboli anelli esterni.

Satelliti irregolari
Composti da lune con orbite, retrograde e progressive. Esse si collocano ad una maggiore distanza da Giove e presentano, a differenza di quelli regolari, alte inclinazioni ed eccentricità. Esse furono probabilmente catturate da Giove dalle orbite solari. Se ne conoscono 75 e 22 non hanno ricevuto ancora un nome proprio ufficiale. Queste lune formano anch’esse delle famiglie “provvisorie” basate sulle loro somiglianze e composizione.

In certi casi, le famiglie portano i nomi dei loro membri più grandi. Li possiamo suddividere in:

Satelliti progradi a se stante (ovvero non appartenenti a famiglie note):

Themisto, la luna più interna e irregolare. Scoperto per la prima volta nel 1975 da Charles Thomas Kowal e Elizabeth Roemer, Themisto si perse nello spazio, non essendoci nessuna prova che stesse effettivamente orbitando intorno al pianeta di Giove. Dal colore del satellite, è possibile che Themisto sia un asteroide carbonioso di tipo C, il gruppo più popoloso degli asteroidi nella cintura degli asteroidi, che fu catturato dall’attrazione gravitazionale di Giove. Ciò è altamente possibile grazie al suo spettro di colori luminosi che emette ai telescopi. La sua superficie mostra numerose aree montuose e colline rocciose con pochissimi crateri.

 

Carpo, la luna con la più alta inclinazione di tutte le lune prograde.  Fu scoperta da Scott S. Sheppard su dati che risalivano al 2016, ma non fu reso noto fino al 17 luglio 2018, tramite una Minor Planet Electronic Circulars (MPEC) dal Minor Planet Center. Il satellite ha un diametro di circa 1 km e orbita attorno al pianeta ad una distanza di circa 19 milioni di chilometri. La sua inclinazione orbitale è di 34 gradi e la sua eccentricità orbitale è 0,222. Incrocia percorsi con diverse lune che hanno orbite retrograde e potrebbero in futuro scontrarsi con loro.

Valetudo, scoperto nel 2018, è la luna più esterna. Fu scoperta da Scott S. Sheppard su dati che risalivano al 2016, ma non fu reso noto fino al 17 luglio 2018, tramite una Minor Planet Electronic Circulars (MPEC) dal Minor Planet Center. Il satellite ha un diametro di circa 1 km e orbita attorno al pianeta ad una distanza di circa 19 milioni di chilometri. La sua inclinazione orbitale è di 34 gradi e la sua eccentricità orbitale è 0,222. Incrocia percorsi con diverse lune che hanno orbite retrograde e potrebbero in futuro scontrarsi con loro.

Satelliti retrogradi:

Carme

Gruppo Carme
Un insieme di corpi celesti irregolari  di colore molto omogeneo (rosso chiaro) che si ritengono abbiano avuto origine da un progenitore di un asteroide di tipo D, probabilmente un corpo Trojan di Giove. Il satellite Carme, che da il nome al gruppo, è il corpo più grande del suo gruppo che è composto da ben sedici satelliti. Fu scoperto da Seth Barnes Nicholson il 30 luglio 1938 all’Osservatorio di Mount Wilson.

Ananke

Gruppo Ananke.
La maggior parte dei suoi membri appare di colore grigiastro e si ritiene che il gruppo si sia formato dalla rottura di un asteroide catturato nell’orbita di Giove e colliso con altri corpi celesti. Ananke, che da il nome al gruppo, è un satellite esterno di forma irregolare con moto retrogrado. Anch’esso fu scoperto da Seth Barnes Nicholson il 28 settembre 1951 all’Osservatorio del Monte Wilson. La sua superficie ha uno spettro visibile rosso chiaro, ed uno spettro infrarosso (non visibile) simile a quello degli asteroidi di tipo P, che mostrano segni di ghiaccio d’acqua, silicati e carbonio.

Pasiphae

Gruppo di Pasiphae
Si tratta di un insieme di corpi piuttosto disperso, con colorazioni che variano, anche in modo significativo, dal rosso al grigio, che potrebbe essere anch’esso il risultato di molteplici collisioni di corpi celesti. Tra di essi vi è Dedesinope, di colore rosso, che, data la differenza di inclinazione rispetto agli altri membri del gruppo, avrebbe potuto essere catturato in modo indipendente. Pasiphae, che da il nome al gruppo, fu scoperto da Philibert Jacques Melotte il 27 gennaio 1908 al Royal Greenwich Observatory. È il più grande dei satelliti retrogradi, ed è il terzo più grande satellite di forma irregolare, dopo Himalia ed Elara.

Himalia

Gruppo Himalia
E’ un gruppo di satelliti retrogradi creatisi a seguito della collisione di un grande asteroide che si spezzò in quattro corpi che vennero poi catturati per gravità da Giove. Furono chiamati  Himalia, Elara, Leda e Lysithea

Himalia è il più grande dei satelliti di forma irregolare di Giove. Fu scoperto il 3 dicembre 1904 da Charles Dillon Perrine all’Osservatorio Lick. Si formò nella cintura degli asteroidi ma fu poi catturato dalla gravità di Giove. Come in molte altre lune di Giove, si ritiene che l’acqua sia presente al suo interno tra due strati geologici. La sua superficie appare grigia e presenta spettri tipici degli asteroidi di tipo C. Non sembrano esserci aree montuose o vallate visibili. Le uniche aree montuose visibili sono sotto la superficie nella crosta inferiore. Gli astrogeologi ritengono che queste saranno spinte in superficie nei prossimi milioni di anni.

Elara

Elara fu scoperto da Charles Dillon Perrine all’Osservatorio di Lick il 2 gennaio 1905. Elara si trova a più di cento milioni di miglia dal pianeta Giove stesso. Apparentemente, la sua superficie è composta da diverse sostanze rocciose e presenta crateri da impatto, aree montane e pianure. Gli scienziati ritengono che Elara, come tanti satelliti gioviani, ospiti un oceano profondo, racchiuso tra due strati geologici collocati circa 300 chilometri sotto la sua superficie. Una caratteristica interessante da memorizzare.

 

Asteroidi troiani

Modello di 624 Hektor, il più grande dei troiani di Giove.

Gli asteroidi Troiani non sono propriamente delle lune e sono situati in corrispondenza nei punti di equilibrio del sistema gravitazionale Sole – Giove ovvero in quella parte di spazio in cui è nulla la risultante tra l’attrazione gravitazionale complessiva esercitata da questi due corpi celesti e la forza centrifuga apparente. Ciò nonostante vale la pena dire due parole su di loro. I Troiani di Giove sono oggetti scuri di dimensioni irregolari di cui si sa molto poco circa le loro masse, la composizione chimica, la rotazione ed altri parametri fisici. Le loro forme sono dedotte matematicamente e nessuna sonda li ha ancora sorvolati. Chissà, forse in futuro potrebbero rivelarci molti misteri sulla loro origine.

Esplorazione delle sonde intorno alle lune
Come abbiamo letto nel primo articolo su Giove, i primi veicoli spaziali a visitarlo furono Pioneer 10 (1973) e Pioneer 11 (1974), scattando immagini a bassa risoluzione delle quattro lune galileiane. Le sonde Voyager 1 e 2 visitarono Giove nel 1979, scoprendo l’attività vulcanica su Io e la presenza di ghiaccio d’acqua sulla superficie di Europa. La sonda Cassini, in transito per Saturno, sorvolò Giove nel 2000 e raccolse dati sulle interazioni delle lune galileiane con l’atmosfera estesa di Giove.

sonda Voyager

La sonda Galileo fu la prima a entrare in orbita attorno a Giove, arrivando nel 1995 e studiandola fino al 2003. Durante questo periodo, Galileo raccolse una grande quantità di informazioni sul sistema gioviano, avvicinandosi a tutte le lune galileiane, e trovò evidenze di atmosfere sottili su tre di esse, nonché la possibilità di acqua liquida sotto le superfici di Europa, Ganimede e Callisto. Scoprì anche la presenza di un campo magnetico attorno a Ganimede. La sonda spaziale New Horizons, nel 2007, effettuò nuove misurazioni dei parametri orbitali dei suoi satelliti che arricchirono le banche dati sulle lune.

Nel 2016, la sonda Juno raccolse spettacolari immagini delle lune galileiane mentre si avvicinava all’inserzione dell’orbita di Giove, creando un incredibile video time-lapse del loro movimento.

Rendering artistico della sonda Lucy durante il flyby di un asteroide troiano di Giove. Il 4 gennaio 2017 venne scelta, assieme a Psyche, come tredicesima missione del Programma Discovery. Il lancio della navicella avverrà nel 2021 con una durata prevista della missione di 12 anni verso i 4 asteroidi troiani di Giove, che condividono la loro orbita attorno al Sole con Giove.

Colonizzazione: una sfida complessa ma non impossibile
Arriviamo ora alla nostra domanda di partenza; possibilità di colonizzazione. Il sistema gioviano, oltre alla non trascurabile distanza, presenta particolari svantaggi per la sopravvivenza di una colonia umana a causa degli alti livelli di radiazioni e gravitazionali. Sulla luna Io i livelli di radiazione arrivano a 3.600 rems al giorno e 540 rems su Europa. Considerando che un’esposizione di 75 rems sarebbe sufficiente per causare un avvelenamento da radiazioni e 500 rems sarebbe fatale per gli astronauti, una missione sulla luna Io sarebbe un suicidio.

L’unica luna galileiana considerabile per una colonizzazione potrebbe essere Callisto, grazie alla sua distanza dalla potente fascia di radiazione di Giove, essa è infatti soggetta solo a 0,01 rem al giorno. Callisto fu identificato nell’ambito di uno studio della NASA, chiamato HOPE (Revolutionary Concepts for Human Outer Planet Exploration), come candidato per la costruzione di una base per produrre carburante per l’esplorazione del sistema solare.

Il cratere Valhalla su Callisto

.Il 4 gennaio 2017 la NASA annunciò la missione Lucy, una delle previste prossime due attività del Discovery Program. Lucy è pronta a esplorare sei asteroidi troiani di Giove. Il lancio è previsto nell’ottobre 2021 e arriverà alla nuvola di Troia L4 nel 2027 dopo un sorvolo di un asteroide della cintura principale. Ritornerà quindi nelle vicinanze della Terra per un fly by per potersi spingere fino alla nuvola di Troia L5 di Giove dove visiterà l’asteroide 617 Patroclo. Perché potrebbe essere importante? Perché Patroclo ed altri asteroidi esterni sono probabilmente composti da ghiaccio d’acqua, con uno strato di polvere. Ciò suggerisce che l’estrazione di acqua e altri materiali volatili in questa regione e il loro trasporto potrebbe essere fattibile in un futuro non così lontano, rendendo più pratica la colonizzazione verso gli spazi esterni.

Proseguiamo ora il nostro viaggio verso il Signore degli anelli, Saturno. 

 

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