Giove, il gigante: i venti e le macchie

Aspettando l’arrivo di JUNO, abbiamo parlato della storia esplorativa e della chimica del pianeta gigante, ma forse la caratteristica che rende più noto il gigante gassoso è quella della sua peculiare struttura orizzontale: una serie di venti che soffiano molto intensi sulla superficie gassosa del pianeta. Talvolta questi venti vengono interrotti da enormi tempeste, dette macchie, delle quali la più nota è senz’altro la Grande Macchia Rossa. 

L’atmosfera visibile del pianeta si presenta come una successione di bande di colore variegato parallele all’equatore fino a latitudini polari, oltre le quali si hanno nubi grigie e senza dettagli visibili stabili nel tempo. La struttura variabile delle nubi suggerisce che si tratti dello strato più esterno di un’atmosfera densa dotata di una circolazione verticale attiva.

La struttura orizzontale di Giove si presenta come un alternarsi di fasce chiare e scure che restano sostanzialmente alle stesse latitudini nel corso del tempo. Le fasce chiare sono dette zone e quelle scure bande, mentre si dice dominio l’unità dinamica in cui è suddiviso il pianeta (equatore a parte) dato da una coppia zona-banda.

I domini sono regioni omologhe, ossia che si suppone siano mosse da meccanismi simili in quanto presentano caratteristiche simili.

Questa struttura è dovuta alla rotazione planetaria che causa la sovrapposizione di due tipi di venti: zone e bande sono percorse da correnti a getto (jetstream o jets), venti intensi che viaggiano parallelamente all’equatore, e da correnti a velocità minore che interessano i domini nella loro interezza.

All’interno di ogni dominio le correnti a getto sono prograde (fluiscono da ovest verso est) verso l’equatore e retrograde (est verso ovest) verso il polo. La corrente a getto prograda segna il confine del dominio. Il flusso delle correnti a getto definisce le bande come cicloniche e le zone come anticicloniche, ossia nell’emisfero nord circolano rispettivamente in senso antiorario ed orario. La zona equatoriale (EZ) si trova tra ±7° di latitudine ed ha vorticità anticiclonica, ossia è oraria sull’emisfero Nord ed antioraria su quello Sud.

I domini principali sono 5: N e S tropicali, N e S temperati e NN temperato. A latitudini maggiori non abbiamo più correnti a getto retrograde, ma possiamo ancora riconoscere i domini minori fino a N5TB (57°N) e S4TB (53°S), sebbene questi siano piuttosto incostanti e non sempre ben definiti.

Zone e bande sono spesso interrotte da vortici quali macchie scure e ovali bianchi. Si tratta di circolazioni perlopiù anticicloniche che seguono le correnti lente e che quando si scontrano con le correnti a getto vengono deflesse o trasportate da esse, a seconda delle loro dimensioni. Gli ovali bianchi si trovano sulle correnti a getto retrograde e possono essere anche di notevoli dimensioni, mentre le macchie scure sono piccole e si trovano sulle correnti a getto prograde. I maggiori di questi sono la Grande Macchia Rossa (GRS) a 22,5°S, gli ovali bianchi a 33°S e ovali più piccoli a 41°S, 34°N, 40°N, e 45°N.

GRS

La Grande Macchia Rossa (GRS) è probabilmente il vortice più antico e grande del pianeta. Si tratta di un vortice anticiclonico (centro di alta pressione), che si estende dai 17°S ai 27,5°S.

Ha dimensioni di circa 17.000 km da Est a Ovest e di 13.000 km da Nord a Sud. Nel 1979 aveva una velocità massima di 120 m/s sull’anello più esterno.
La missione Galileo ha mostrato un aumento della velocità massima fino a 190 m/s nel 2003. Quindi, fatta eccezione per il punto centrale che resta in quiete, la velocità varia nel corso del tempo. La GRS è opaca al viola ed al blu, e daquesto deriva un colore rosso mattone.

Dal 1880 al 2002 si è spostata, in media, di 3 m/s verso Ovest. La velocità è variabile su lunga scala temporale. Inoltre, la GRS oscilla in longitudine con periodo di 90 giorni ed un ampiezza di circa 1°. Questi moti sono disturbati dallo scontro con altri vortici più piccoli che vengono inglobati o deflessi da essa. In genere queste interazioni hanno effetti di accelerazione sulle velocità della GRS.

Ovali bianchi ed altri anticicloni

La maggior parte degli ovali anticiclonici sono bianchi, ma alcuni sono rossi. In genere i diametri variano da 1000 a 5000 km circa e quelli ad alte latitudini sono solitamente più piccoli e tondi di quelli a latitudini basse.
Gli ovali si possono formare in diversi modi. Quelli piccoli (diametro <1000km) si possono formare durante la risalita di masse d’aria, in cui il moto di espansione può dare luogo a vorticità anticiclonica. Si possono anche formare per separazione di anticicloni più grandi, come è avvenuto nel 1940 in cui si sono formati tre ovali a 33°S (che poi si sono riuniti in un unico ovale nel 2000). Tramite fusioni di ovali più piccoli si formano poi gli ovali più grandi. In alternativa alla fusione, i piccoli ovali si possono perdere nel flusso di shear.

Elementi ciclonici

Gli elementi ciclonici hanno un aspetto filamentare e caotico e tendono ad evolversi più rapidamente degli anticicloni, tanto che sopravvivono per pochi anni. Questi elementi si possono classificare nel seguente modo in base alla loro morfologia:

1. Turbolenza filamentare legata all’alta velocità delle correnti a getto nel SEB (a ovest della GRS), NEB e NTB.
2. Regioni filamentari ordinate (di dimensioni di circa 1,5 x 104 km e larghezza dei filamenti di circa 600 km)
3. Aree allungate con contorni chiusi a fiocco
4. Ovali marroni e allungati, detti “barges” (che si estendono per circa 5000 km)

[1] John H. Rogers, The Giant Planet Jupiter, Cambridge University press 1995
[2] Ingersoll and Vasadeva, Dynamics of Jupiter Atmosphere