Ioni di ossigeno nelle fasce di radiazione piĆ¹ interne di Giove

Ioni di ossigeno nelle fasce di radiazione piĆ¹ interne di Giove


Quasi 20 anni dopo la fine della missione Galileo della NASA su Giove, gli scienziati guidati dal Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Germania hanno svelato un nuovo segreto dai numerosi dati della missione. Per la prima volta, il team di ricerca ĆØ stato in grado di determinare al di lĆ  di ogni dubbio che gli ioni ad alta energia che circondano il gigante gassoso come parte della sua fascia di radiazione interna sono principalmente ioni di ossigeno e zolfo. Si pensa che abbiano avuto origine in eruzioni vulcaniche sulla luna di Giove Io. Vicino all'orbita della luna Amalthea, che orbita intorno a Giove piĆ¹ all'interno, il team ha scoperto una concentrazione inaspettatamente alta di ioni di ossigeno ad alta energia che non puĆ² essere spiegata dall'attivitĆ  vulcanica di Io. Una fonte di ioni precedentemente sconosciuta deve essere al lavoro qui. I risultati dello studio sono stati pubblicati oggi sulla rivista Science Advances.

Pianeti come la Terra, Giove e Saturno con campi magnetici globali propri sono circondati dalle cosiddette cinture di radiazione: Intrappolate nel campo magnetico, particelle cariche in rapido movimento come elettroni, protoni e ioni piĆ¹ pesanti sfrecciano intorno formando cosƬ le invisibili cinture di radiazione a forma di toro. Con le loro alte velocitĆ  che raggiungono quasi la velocitĆ  della luce, le particelle possono ionizzare altre molecole quando si scontrano, creando un ambiente pericoloso che puĆ² anche essere pericoloso per le sonde spaziali e i loro strumenti. A questo proposito, il gigante gassoso Giove sfoggia le cinture di radiazioni piĆ¹ estreme del sistema solare. Nella loro nuova pubblicazione, i ricercatori del MPS, del California Institute of Technology (USA), del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (USA), del Laboratory of Instrumentation and Experimental Particle Physics (Portogallo) e dell'Accademia di Atene (Grecia) presentano ora lo studio piĆ¹ completo fino ad oggi degli ioni pesanti nelle cinture di radiazione interne di Giove.

Come il massiccio campo magnetico di Giove, le sue cinture di radiazione si estendono per diversi milioni di chilometri nello spazio; tuttavia, la regione all'interno dell'orbita della luna di Europa, un'area con un raggio di circa 670.000 chilometri intorno al gigante gassoso, ĆØ la scena delle piĆ¹ alte densitĆ  e velocitĆ  di particelle energetiche. Visto da Giove, Europa ĆØ il secondo dei quattro grandi satelliti gioviani chiamati "lune galileiane" dal nome del loro scopritore del XVII secolo. Io ĆØ la luna galileiana piĆ¹ interna. Con le sonde spaziali Pioneer 11 a metĆ  degli anni '70, Galileo dal 1995 al 2003, e attualmente Juno, tre missioni spaziali si sono finora avventurate nella parte piĆ¹ interna di queste fasce di radiazione e hanno eseguito misure in situ. "Purtroppo, i dati di Pioneer 11 e Juno non ci permettono di concludere al di lĆ  di ogni dubbio che tipo di ioni le navicelle hanno incontrato lƬ", dice lo scienziato MPS Dr. Elias Roussos, autore principale del nuovo studio, descrivendo lo stato attuale della ricerca. "Pertanto, le loro energie e la loro origine erano anche poco chiare fino ad ora", aggiunge. Solo i dati ora riscoperti degli ultimi mesi della missione Galileo sono abbastanza dettagliati per migliorare questa situazione.

Avventurarsi nelle cinture di radiazione interne


La sonda Galileo della NASA ha raggiunto il sistema di Giove nel 1995. Dotata del contatore di ioni pesanti (HIC), fornito dal California Institute of Technology, e del rilevatore di particelle energetiche (EPD), sviluppato e costruito dal Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in collaborazione con il MPS, la missione ha trascorso i successivi otto anni fornendo intuizioni fondamentali sulla distribuzione e la dinamica delle particelle cariche attorno al gigante gassoso. Tuttavia, per proteggere il veicolo spaziale, inizialmente ha volato solo attraverso le regioni esterne e meno estreme delle cinture di radiazione. Solo nel 2003, poco prima della fine della missione, quando un rischio maggiore era giustificabile, Galileo si ĆØ avventurato nella regione piĆ¹ interna all'interno delle orbite delle lune Amalthea e Thebe. Viste da Giove, Amalthea e Thebe sono la terza e la quarta luna del pianeta gigante. Le orbite di Io e Europa si trovano piĆ¹ all'esterno.

"A causa dell'esposizione a forti radiazioni, c'era da aspettarsi che i dati di misurazione di HIC e EPD dalla regione interna della fascia di radiazioni sarebbero stati pesantemente corrotti. Dopo tutto, nessuno di questi due strumenti ĆØ stato specificamente progettato per operare in un ambiente cosƬ duro", Roussos descrive le sue aspettative quando ha iniziato a lavorare allo studio attuale tre anni fa. Tuttavia, il ricercatore ha voluto vedere con i suoi occhi. Come membro della missione Cassini della NASA, aveva assistito alle orbite finali di Cassini, altrettanto audaci, su Saturno due anni prima e aveva analizzato i dati unici di quella fase finale della missione. "Il pensiero della missione Galileo, completata da tempo, continuava a venirmi in mente", ricorda Roussos. Con sua grande sorpresa, tra molti set di dati inutilizzabili ce n'erano anche alcuni che potevano essere elaborati e analizzati con molto sforzo.

Enigmatici ioni di ossigeno

Con l'aiuto di questo tesoro scientifico, gli autori dello studio attuale sono stati in grado di determinare per la prima volta la composizione degli ioni all'interno delle cinture di radiazione interne, cosƬ come le velocitĆ  e la distribuzione spaziale degli ioni. In contrasto con le cinture di radiazione della Terra e di Saturno, che sono dominate dai protoni, la regione all'interno dell'orbita di Io contiene anche grandi quantitĆ  di ioni di ossigeno e zolfo, molto piĆ¹ pesanti, con gli ioni di ossigeno che prevalgono tra i due. "La distribuzione energetica degli ioni pesanti al di fuori dell'orbita di Amalthea suggerisce che essi sono in gran parte introdotti da una regione piĆ¹ lontana delle cinture di radiazione", dice Roussos. La luna Io con i suoi piĆ¹ di 400 vulcani attivi, che ripetutamente scagliano grandi quantitĆ  di zolfo e anidride solforosa nello spazio, e in misura minore, Europa, sono probabilmente le fonti principali.

PiĆ¹ all'interno dell'orbita di Amalthea, la composizione degli ioni cambia drasticamente a favore dell'ossigeno. "La concentrazione e l'energia degli ioni di ossigeno ĆØ molto piĆ¹ alta del previsto", dice Roussos. In realtĆ , la concentrazione dovrebbe diminuire in questa regione, poichĆ© le lune Amalthea e Thebe assorbono gli ioni in entrata; le orbite delle due piccole lune formano cosƬ una sorta di barriera naturale di ioni. Questo comportamento ĆØ, per esempio, noto dalle cinture di radiazione del sistema di Saturno con le sue numerose lune.

L'unica spiegazione per l'aumentata concentrazione di ioni di ossigeno ĆØ quindi un'altra fonte locale nella regione piĆ¹ interna delle fasce di radiazione. Il rilascio di ossigeno in seguito alle collisioni di ioni di zolfo con le particelle di polvere fine degli anelli di Giove costituisce una possibilitĆ , come mostrano le simulazioni al computer dei ricercatori. Gli anelli, che sono molto piĆ¹ deboli di quelli di Saturno, si estendono approssimativamente fino all'orbita di Tebe. Tuttavia, ĆØ anche concepibile che le onde elettromagnetiche a bassa frequenza nell'ambiente magnetosferico delle cinture di radiazione piĆ¹ interne riscaldino gli ioni di ossigeno alle energie osservate.

"Attualmente, non ĆØ possibile distinguere a favore di una di queste due possibili fonti", dice Roussos. ny di questi due meccanismi candidati, tuttavia, hanno paralleli alla produzione di particelle ad alta energia in ambienti stellari o extrasolari, stabilendo ulteriormente che le cinture di radiazione di Giove si estendono nel regno astrofisico, un fatto che il ricercatore spera possa giustificare la loro futura esplorazione con una missione spaziale dedicata.


Fonte: mps.mpg

Riferimenti bibliografici:

Elias Roussos, Christina Cohen, Peter Kollmann, Marco Pinto, Norbert Krupp, Patricia GonƧalves, Konstantinos Dialynas. Una fonte di ossigeno molto energetico situato nelle cinture di radiazione interna di Giove. Scienza Advances, 2022; 8 (2) DOI: 10.1126/sciadv.abm4234

Elias Roussos, Oliver Allanson, Nicolas AndrƩ, Bruna Bertucci, Graziella Branduardi-Raymont, George Clark, Konstantinos Dialynas, Iannis Dandouras, Ravindra T. Desai, Yoshifumi Futaana, Matina Gkioulidou, Geraint H. Jones, Peter Kollmann, Anna Kotova, Elena A. Kronberg, Norbert Krupp, Go Murakami, Quentin NƩnon, Tom Nordheim, Benjamin Palmaerts, Christina Plainaki, Jonathan Rae, Daniel Santos-Costa, Theodore Sarris, Yuri Shprits, Ali Sulaiman, Emma Woodfield, Xin Wu, Zonghua Yao. L'esplorazione in situ delle cinture di radiazione di Giove. Astronomia sperimentale, 2021; DOI: 10.1007/s10686-021-09801-0

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