Grande Giove: Juno è in orbita - ALDAI
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Grande Giove: Juno è in orbita
Alla scoperta del più grande pianeta del sistema solare oggetto di studio anche della sonda Juno della Nasa
in orbita attorno a Giove dopo un viaggio di 3 miliardi di km lungo ben 5 anni.
Relatore: Ing. D. Pezzella
Questa sera andiamo qui!
Giove: Raggio: 69’911 km (Terra x 10) Distanza dal Sole: 778.3 M km (45
minuti luce)
Massa: 18’99 x 10^24 kg (Terra x 317)
Rotazione: 9h 55m Rivoluzione: 11.9 a
Numero Satelliti: >60
Confronto dimensioni con la Terra
I 4 satelliti medicei questa mattina all’alba
E come li vide Galileo nel 1610
I 4 satelliti medicei: ad oggi sono noti oltre 60 satelliti di Giove
Fare scienza da casa con un piccolo telescopio: la misura della velocità della Luce
Anno 1676: la 1° misura della velocità della luce tramite l’eclisse di Io Io percorre un orbita ogni P=42 h e 29 m attorno a Giove; ovvero in 6 mesi (tempo necessario affinchè la Terra compia mezzo giro attorno al Sole) Io avrà fatto circa 102 rotazioni. Quindi dalla Terra l’eclisse di Io arriverà con un ritardo pari al tempo che la luce impiega a percorrerre il diametro dell’orbita terrestre. Romer pertanto misurò questo intervallo di tempo: ∆t= 102 (P) +2r/c dove c (velocità della luce era a quel tempo ignota, o ritenuta infinita) e r il raggio dell’orbita terrestre... Quindi se c non è infinito ci sarà un ritardo (o anticipo) dell’eclisse! ∆t misurato da Romer= 11 min LA MISURA PORTO’ AD UN VALORE DI CIRCA 210’000 KM/S (Il valore corretto è 299’792 km/s) Giove + Io fotografati dalla sonda Cassini: 12 Dic 2000, distanza 19.5 Milioni km (117km/pixel)
• La migliore foto a colori Giove
mai effettuata dall’uomo (in
attesa di Juno 2016). 60
km/pixel distanza 10 Gm,
mosaico di 27 (9 x RGB)
immagini
• Si vedono solo nuvole (le più
piccole strutture visibili sono
più grandi degli uragani più
violenti terrestri) spazzate da
venti a 480 km/h; le nuvole
sono formate da ammoniaca,
acqua e H2S.
Cassini:
Closest Approach
December 29 2000
L’alba del nuovo millennio a bordo della Cassini: foto del 1/1/2001
Foto archivio Nasa (sonda Cassini)
15
La macchia rossa 37 anni fa
La macchia rossa e Io: 37 anni fa A sinistra, foto della macchia rossa del 1879, a dx del 2014 A destra dipinto del 1711 di Donato Creti Sotto disegno di un astronomo del 1880 e di G. Cassini di fine ‘600 (Nord /Sud invertiti).
Evoluzione macchia rossa in 20 anni: HST Il ciclone di 400 anni si sta esaurendo! Anche la New Horizon (che è transitata vicino a Plutone l’anno scorso, nel 2007 ha scattato qualche foto! Qui si vedono le bande di gas (Polo Sud a sinistra) con gli uncini e I vortici atmosferici
Esplorazione di Giove e dei pianeti esterni
La rotazione di Giove
E’ il pianeta più veloce del
sistema solare
Periodo di rotazione: circa 10 h
Ovvero 45’000 km/h
all’equatore (contro i 1600
km/h della Terra)
Le forze centrifughe
schiacciano il pianeta:
raggio polare: 66800 km,
raggio equatoriale: 71500 km)
->
Rotazione differenziale (ai poli
più lenta!)Il nucleo di Giove La densità di Giove ≈ 1.34 g/cm3 ovvero ¼ della Terra! ⇒ Quindi non può essere un pianeta roccioso ma deve essere composto da elementi leggeri (Idrogeno + Elio) ⇒ La pressione al nucleo raggiunge 50 Matm ⇒ La temperatura arriva a 20’000 K L’atmosfera di Giove e della Terra
La sonda Galileo
• La sonda effettuò la prima
osservazione di nubi di ammonica
nell'atmosfera del pianeta.
• Si studiò la magnetosfera di Giove
e di Io.
• La sonda fornì diverse prove a
sostegno della tesi della presenza
di oceani liquidi sotto la superficie
ghiacciata di Europa
• Su Ganimede venne rilevato un
campo magnetico, il primo
satellite a possederne uno.
• Lanciata dalla NASA nel 1989, raggiunge • 1000 km sotto le nuvole
Giove 6 anni dopo e dopo altri 8 anni in l’Idrogeno è così compresso da
orbita, (2003) si decise di terminare la diventare liquido!
missione inviandola nell’atm di Giove
• Si scoprì che rispetto alle
• Molto prima nel 1995 una sonda fu sganciata previsioni, c’è pochissima acqua
dall’orbiter per entrare nell’atm a circa 50 (deficit pari a circa 20 masse
km/s… riuscì a funzionare per circa 1 h fra le terra!)
nubi di Giove a pressioni pari a 23 atm!
L’atmosfera di Giove: le nuvole e le bande
3 strati:
1. Cristalli di
Ammoniaca
(NH3)
2. NH4 SH:
Idrosolfuro di
ammonio
3. Cristalli di
acquaLe bande di gas
Bande chiare e scure visibili
anche al telescopio
Moti convettivi ascendenti e
discendenti
VLT di ESO infrarosso
(immagine del 27 Giu 2016)
Questo assaggio
dell'atmosfera turbolenta di
Giove, che ribolle di nubi di
gas freddi, è stato possibile
usando sequenze di
esposizioni di Giove molto
brevi, per un totale di
migliaia di inquadrature, e
scartando quelle turbolenti.
Le inquadrature selezionate
vengono allineate e
combinate per produrre le
immagini finali, veramente
splendide come quelle
mostrate qui.• Giove si comprime di circa 2 cm all'anno .
• Alla base di questo fenomeno sta il meccanismo di Kelvin-Helmholtz:
quando un pianeta di raffredda, si provoca una diminuzione della
pressione idrostatica che comprime il corpo celeste. Tale
compressione genera calore che il pianeta irraggia nello spazio
• Pertanto GIOVE emette circa 1.6 volte dell’energia ricevuta dal Sole
per irraggimento
• Stella mancata: le stelle più piccole conosciute hanno lo stesso volume
ma sono 40 volte più massicce di Giove...
• Bastava poco per avere 2 Soli sulla Terra con Giove che avrebbe
brillato nel cielo per 11 mesi all’anno!
Gli anelli di Giove
I 3 anelii di Giove ripresi dalla sonda Galileo (in alto) e dalla New Horizon (in basso)Gli anelli di Giove
Tutti I giganti gassosi (non solo Saturno) hanno gli anelli
Gli anelli di Giove
Gli anelli di Giove sono composti da minuscole particelle di polvere micrometriche
che cadono sul pianeta di continuo per l’enorme campo magnetico di Giove.
Quindi gli anelli devono essere di continuo riforniti di nuova polvere…
CHE COSA ALIMENTA QUESTO CONTINUO FLUSSO DI POLVERI?Io come ripreso dalla sonda Galileo il 3 Luglio 1999 durante il più
radente dei fly-by
Feb 2007 la New Horizon durante la
manovra di gravity assist riprende Io
I vulcani di Io: centinaia di bocche eruttive su un satellite che è 40 volte più piccolo della Terra e
poco più grande della Luna (+15% volume). Emette 1 ton/s di SO2 che finisce nel campo
magnetico di Giove e negli anelli rilasciando una potenza di 1500 GW nell’UV (500 centrali
nucleari!). Sotto : io all’infrarosso da Terra (telescopio 10 m Keck)Il campo magnetico di Giove E’ 14 volte più intenso di quello terrestre e 100 volte più grande: si estende fino a 70 volte il suo diametro verso il Sole, mentre in direzione opposta raggiunge l’orbita di Saturno! Dovuto alla dinamo interna dell’idrogeno metallico del nucleo Si scoprì negli anni 50 che Giove è una forte sorgente Radio con con picchi ogni 42 h (orbita di Io!) Come sulla Terra l’asse magnetico non è parallelo a quello di rotazione e come sulla Terra si formano le Aurore ai poli di Giove Il plasma orbita a forma di ciambella attorno a giove in circa 10 h
Le aurore di Giove
Le aurore sono 1000 volte più potenti che sulla Terra!
Il flusso di particelle è così intenso da formare correnti
di Milioni di Ampere con dosi di radiazioni fino a ~ 100
volte le dosi letali per l’uomo
Callisto
In blocco mareale come gli altri mediceiCallisto
• E’ il più lontano da Giove fra i
4 satelliti medicei: orbita in 16
g a 1.9 Mkm
• Diametro 4800 km (+30%
Luna)
• Bassa densità (1.9 g/cm3)
quindi molta acqua ( si pensa
ad uno strato di acqua liquida
a 100 km di profondità
• Ha la superficie più
craterizzata del Sistems
Solare!
• La NASA ritiene plausibile
dopo il 2050 una missione
umana su Callisto che fra
tutte le lune è favorita
dall’assenza di attività
geologiche e bassi livelli di
radiazione
Ganimede
E’ la più grande fra le lune di Giove.. Come dimensioni supera Mercurio!• Orbita in 7 g a 1 Mkm da Giove
• E’ in risonanza 1:2:4 con Europa e Io
(raro esempio di risonanza di Laplace
a 3 corpi)
• La superficie ha un albedo del 43%:
quindi molto ghiaccio in superficie.
• Ha un campo magnetico intrinseco
(unico fra i satelliti nel sitema solare)
provocato da un dinampo interna
(come la Terra) oppure da un oceano
salato sotto la superficie.
• Una una tenue atmosfera di O2
scoperta dalla Galileo che fra il 1996
ed il 2000 fece 6 sorvoli a bassa
quota (260 km dal suolo!).
Europa: un mondo d’acqua
Densità media 3g/cm3
La superficie presenta pochi segni di
impatto meteorico.. C’è un continuo
ricambio di materiale da sotto!Caratteristiche di Europa
• Orbita in 85 h a 670’000 km da Giove
• Leggermente più piccolo della Luna
• La superficie giovane e le sue strutture
certificano la presenza di un grosso
oceano sotterraneo
• La vicinanza con Giove riscalda gli interni
di Europa per effetti mareali: questo
calore mantiene liquido l’oceano
• C’è più acqua su Europa che sulla Terra
Sotto la superficie di Europa
• T superficiale: -163°C
• I grandi crateri di impatto
sono circondati da cerchi
concentrici e chiariVita Sotto la superficie di Europa? ●La fotosintesi è quasi impossibile, tuttavia è probabile che gli effetti della radiazione sul ghiaccio e sull’acqua liquida offrano l'instabilità chimica necessaria per alimentare una biosfera e quindi per una eventuale vita nell'oceano di Europa ●E' possibile che l'attività idrotermale e/o organica e ossidante favoriscano reazioni chimiche sulla superficie di Europa che mescolandosi nell’oceano stesso potrebbero fornire energia all’ecosistema. ●Situazione simile al lago Vostok (Antartide) a 3.7 km di profondità e alle sorgenti idotermali negli oceani terrestri Esplorazione di Europa ● Molti studi sono stati effettuati da NASA, ESA, JAXA, Russi, Cinesi… ●La missione NASA Europa Clipper proposta nel 2013 per individuare sito di atterraggio per un lander con a bordo strumenti atti a cercare forme di vita (partenza prevista 2025) ●L’ESA intende sorvolare Europa con la sonda JUICE in partenza nel 2022 con arrivo nel 2030 ●Atterrare su Europa e perforare decine di km di ghiaccio oggi NON è fattibile
JUNO: la missione + difficile?
Lift off 5 agosto 2011
JUNO: il lungo viaggioJUNO: 9 Oct 2013 Fly-by Terra
• Per effetto fionda si aumenta la
velocità fino a circa 60 km/s
• Per motivi ignoti quel giorno a
558 km da Terra la sonda entrò in
safety mode... Ma tutto andò
bene!
• La sonda è alimentata da
3x24m2 pannelli solari in
grado di fornire 400 W in
prossimità di Giove dove il
flusso solare è 1/25
• A bordo 9 strumenti per
misurare:
• Le proprietà strutturali e la
dinamica generale di
Giove attraverso la
misurazione della massa e delle
dimensioni del nucleo, dei
campi gravitazionali e
magnetico ;
• misurare la composizione
dell'atmosfera gioviana, il
profilo termico, il profilo di
velocità dei venti e l'opacità
delle nubi a profondità
maggiori di quelle raggiunte
dalla sonda Galileo.• A bordo tanta ITALIA
• spettrometro JIRAM per lo studio delle aurore e dell’atmosfera,
• strumento radio KAT studiato per ottenere informazioni sugli strati
bassi dell’atm di Giove
• sistema di puntamento automatico Star Tracker per mantenere la rotta
• 3 statuine LEGO da 4 cm (Galileo,
Giove e Giunone)
• Targa in Alluminio dedicata al
Sidereus Nuncius di Galileo
La prima foto di Juno il 21 Giu 2016 a 9 milioni di km, dopo un boost dei motori di 35
minuti per portarlo in traiettoria polare
Per la prima volta vedremo I poli di Giove e le sue lune da una prospettiva diversa
Tutti gli strumenti saranno spenti per evitare problemi coi campi elettro magnetici in
prossimità di Giove quando a 60 km/s (velocità relativa rispetto al pianeta) Juno sarà
passata a 4’200 km sopra le nuvole di Giove
PRECISIONE PAZZESCA: 4’200 KM A 960’000’000 KM DI DISTANZA PERCORSI A 200’000 KM/H
(paragone 1 cm su lancio di 2.5 km )• Le orbite polari sono state scelte per impedire a Juno di finire nelle fasce equatoriali ad altissima radiazione • A metà ottobre 2016 ulteriori manovre lo porteranno in orbita di 14 g durante le quali Juno si tufferà da N a S verso Giove • Le radiazioni sono così intense che in 1 anno gli strumenti si prendono una dose pari a 100 milioni di raggi x ai denti! • Il rigonfiamento equatoriale di Giove tralsa il piano orbitale di 1°/orbita verso la zona equatoriale
Doodle del 4 Lug 2016
Al Jazeera
Repubblica
BBC
Corriere
JUNO: 1° perigiove del 26-28 Ago
Montaggio di 10 foto
scattate a 10 h di
distanza durante il 1°
perigiove (la macchia
rossa è quasi nello
stesso posto)
Le macchie scure sono le
ombre dei satelliti
medicei
La 1° immagine risale
alle 13:15 UTC del 25
Ago ad una distanza di
2.3 Mkm mentre
l’ultima è stata scattata
in uscita dalla 1° orbita il
29 Ago alle 15:45 UTC a
2.5 MkmJUNO: 1° perigiove del 26-28 Ago
Il polo nord di Giove ripresa il 27
Ago a 703’000 km
La minima distanza è stata
raggiunta alle 13:44 UTC dello
stesso giorno quando JUNO è
passata a 4’200 km dalle nuvole di
Giove!
Mai più la sonda di avvicinerà cosi
tanto a Giove!
JUNO: 1° perigiove del 26-28 Ago
Il polo nord di Giove ripresa il 27
Ago a 78’000 km dalle nuvole
Il polo N è a sinistra, parzialmente
in ombra: Dettaglio che mostra una
corrente a getto in direzione Est-
>Ovest probabilmente dovuta ad
una differenza di temperatura
Le piccole formazioni ovali e/o a
spirale non erano mai state viste
finora!
Alcune nubi mostrano ombre ->
sono più elevate!JUNO: 1° perigiove del 26-28 Ago
Aurore australi: Il polo Sud di Giove
ripresa il 27 Ago nell’infrarosso
dallo strumento Italiano JIRAM a 4
ore dal minimo avvicinamento.
Le osservazioni eseguite tra 3.3 e
3.6 micron di lunghezza d’onda
corrispondono alle emissioni degli
ioni di idrogeno che, eccitati dalle
particelle energetiche che
precipitano dalla magnetosfera
gioviana, portano alla comparsa
delle aurore
JUNO: 1° perigiove del 26-28 Ago
Dettaglio del polo sud di Giove
ripreso il 27 Ago a 38’000 km sopra
le nuvole
L’immagine copre fino a 20 S
dall’equatore e mostra buona parte
dell’emisfero australe.JUNO: 1° perigiove del 26-28
A proposito di onde radio: Ago
La Voce di Giove registrata ‘live’ da Juno
JUNO: future emozioni
• 1° Perigiove 26-28 Agosto... Il 1° vero test per gli strumenti a bordo (perchè il
passaggio del 5 Luglio è stato fatto in modalità safety (OK la sonda è
SOPRAVVISSUTA)
• 2° PeriGiove (19 Ott 2016)...si accorcia l’orbita a 14 giorni...e la Juno Cam farà
un film completo su Giove lungo la sua orbita
• Poi ci saranno altri 34 sorvoli (33 + gran finale)!
• Siccome la JUNO CAM NON è uno strumento scientifico, ma solo per il
pubblico NON è stata protetta come gli altri strumenti.. Quindi si prevede il
funzionamento corretto solo fino a dicembre 2016 , dopo 8 orbite.. Però forse
funzionerà anche per tutto il 2017...JUNO: 2° Perigiove problemi
• 13 ore prima del 2° PeriGiove (19 Ott) il computer di bordo segnala un’anomalia e
mette la sonda in safety mode (forse per l’elevata radiazione) che pertanto sorvola
Giove con gli strumenti OFF!!
• Ma i tecnici hanno notato un problema di apertura di alcune valvole del motore
che impiegavano minuti e non secondi ad aprirsi ... Quindi 5 giorni prima del PRM
si è deciso di NON effettuare la PRM
• A Feb 2017 si è deciso di NON effettuare la PRM e quindi di mantenare le orbite
allungate: in totale quindi si faranno solo 20 orbite da 54 giorni e la missione è
stata estesa per oltre 20 mesi...
• Verso la fine del 2019 (Ottobre), a meno di ulteriori correzioni, l’orbita di Juno la
porterà in ombra rispetto al Sole per un tempo superiore alla capacità di
stoccaggio delle batterie di bordo!
JUNO: 4° perigioveJUNO: 4° perigiove JUNO: 5° perigiove
JUNO: 5° perigiove
JUNO: 6° perigiove
11 Luglio 2017 da soli 9.866 km dalla famosa Macchia Rossa di Giove (GRS): il gigantesco ciclone che, pur in
fase di costante e misteriosa riduzione, misura 16.350 km. MAI nessuna macchina spaziale era passata così
vicino al massimo ciclone del Sistema Solare ! il cuore della Macchia Rossa appare circondato da venti che
spirano a 600 km/h e da nuvole dove sembra di percepire una chiara (ed imprevista!) stratificazione,
secondo le prime indicazioni di un altro fondamentale strumento di bordo, il radiometro a micronde. Sono
state anche tentate misure gravimetriche (micro variazioni Doppler dei segnali radio tramite lo strumento
italiano KaT) per cercare di capire cosa si cela nelle profondità della GRS (un accumulo di materia in risalita?,
un canale vuoto da cui emerge materiale profondo?).
JUNO: 7° perigiove
i Perigiovi positivamente dedicati alla scienza sono dunque stati finora sette: da essi stanno
emergendo alcune conclusioni generali sull’ interno di Giove (shift Doppler dei segnali radio
durante i passaggi alla minima distanza), sul suo campo magnetico, sui suoi cicloni, sulle sue
regioni polari.In particolare i poli del gigante gassoso si sono inizialmente (e sorprendentemente!)
rivelati un tappeto di cicloni e vortici. Ma ci si chiedeva se si trattasse di strutture stabili o variabili e,
in questo secondo caso, quali fossero i tempi di variazione. Su questo punto è interessante fare un
confronto netto della morfologia del polo Sud a quasi un anno di distanza: quello che si osserva è
una caotica variazione delle strutture minori (ovali e filamenti intrecciati) ma una costanza nella
dimensione e nella posizione delle strutture cicloniche. Al momento nessuno sa spiegare il perché
di questa situazione. Ma altre informazioni utili arriveranno presto, ossia durante il Perigiove del 24
ottobre 2017.per finire ..GIOVE in HD
Prossime missioni verso il sistema solare esterno
• ESA/NASA con arrivo >2030 (Orbiter + 2 sonde per Titano)
• Prima si prevede uno studio delle lune di Giove:
JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) dell’ESA con partenza nel 2022 e arrivo 8 anni
dopo
Europa Clipper della NASA con partenza nel 2022
• Probabile una missione su Urano/Nettuno fra 15 anni
• SATURNO: Titano ed Encelado meritano una visita e si parla di una missione su Titano TSSM
(Titan Saturn System Mission) la cui data di partenza è rimandata sine die
• Ago 2018: Osirix Rex raggiunge Bennu e ne porta a casa 1 kg (2023)
• Capodanno 2019: New Horizon raggiunge MU69 a 7 miliardi di kmGRANDE GIOVE!
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