Da allora successive raccolte ed analisi dei dati hanno permesso di elaborare un modello fisico attendibile in grado di descrivere, con buona approssimazione, il processo radiativo gioviano; tale modello non solo risulta oggi in buon accordo con le osservazioni eseguite, ma permette di predire con discreta precisione possibili eventi futuri.

Per comprendere la modalita' attraverso la quale tale modello fornisce adeguate previsioni di eventi futuri e' neccessario precisare il meccanismo di emissione mediante cui il pianeta Giove irradia onde elettromagnetiche decametriche nello spazio circostante. Appurato il nesso esistente tra eventi osservati e il pianeta gigante Burke, Franklin ed altri si impegnarono a ricercare le cause di tali fenomeni. Il processo fisico alla base della generazione di onde elettromagnetiche su Giove non poteva certo essere di tipo termico: la radiazione termica e' infatti isotropa, mentre la ricezione delle onde decametriche di Giove e' discontinua. Inoltre, studi condotti nel corso del 1956 da McCullogh e Sloanaker portarono ad una stima della temperatura superficiale del corpo planetario pari a circa 140 K; nell'approssimazione di Giove a corpo nero, la distribuzione spettrale dell' intensita' di irragiamento, definita dalla funzione di Plank forniva un massimo di intensita' a frequenze decimetriche ben diverse da quelle attestate dall'osservazione (queste ultime comprese fra 10 e 39.5 MHz).

L' origine delle emissioni decametriche gioviane e' da ricercarsi nell' estesa magnetosfera che tale corpo genera in conseguenza a fluttuazioni dell' idrogeno metallico del proprio nucleo; l'elevata velocita' angolare del pianeta, imposta dal principio di conservazione del momento della quantita' di moto, comporta il movimento della massa liquida di idrogeno metallico presente nel nucleo; questo per le proprieta' fisico-chimiche che lo caratterizzano risulta essere un buon conduttore elettrico e il suo movimento rotatorio permette per effetto dinamo la genesi e l'autorafforzamento del campo elettromagnetico gioviano. Indizi di tale magnetosfera, la piu' estesa tra quelle dei corpi planetari del sistema solare e di cui possediamo prime misurazioni gia' grazie all' esplorazione delle sonde Voyager, sono facilmente rintracciabili anche nell' immagine sopra proposta che evidenzia due aurore polari, sintomo di un' attivita' magnetica gioviana interagente con particelle elettricamente cariche. In particolare le aurore qui presentate si manifestano in prossimita' della base del cosi' detto tubo di flusso, una regione della magnetosfera Gioviana percorsa da intense cariche elettriche e avente per secondo estremo il satellite galileiano Io; sono appunto tali correnti a produrre la ionizzazione dell'atmosfera di Giove, cioe' dello strato gassoso superficiale che il pianeta possiede, originando questi suggestivi fenomeni luminosi.

A completare il quadro del fenomeno va citato il satellite Io. Scoperto da Galileo nel 1610, esso risulta essere uno dei piu' sorprendenti corpi del sistema solare; quando nel 1979 le sonde Voyager iniziarono l'avvicinamento a Giove, Io si rivelo' essere il primo corpo del Sistema Solare dopo la Terra a possedere attivita' vulcanica. Le ragioni di una tale attivita' sono da ricercarsi nelle sollecitazioni gravitazionali cui il satellite galilieiano e' costantemente sottoposto; di dimensioni paragonabili a quelle della Luna, da un lato subisce l'attrazione gravitazionale del "gigante" Giove, dall'altro quella di Europa, che vi orbita a distanza ravvicinata ogni 84 ore circa. L'immagine a lato, ripresa nel 1999 dalla sonda Galileo, raffigura un'eruzione del vulcano La Pele di Io, a testimonianza della natura violenta cui tale corpo satellitare e' costantemente sottoposto.

Il prodotto dell'attivita' vulcanica di Io, determinata da un surriscaldamento del cuore del corpo satellitare in seguito alla forze di trazione che esso esercita in risposta alle sollecitazioni gravitazionali, costituisce la fonte prevalente di SO2 per l'atmosfera della piccola luna galileiana, accanto al processo di sublimazione dell' anidride solforosa superficiale da uno stato semi-solido ad uno aeriforme. Il biossido di zolfo in tal modo prodotto si deposita solo in parte al di sopra della superficie del corpo satellitare; la relativamente debole attrazione gravitazionale esercitata da Io permette infatti ai prodotti dell'eruzione di fuoriuscire dal campo gravitazionale della luna galileiana, dal momento che la loro velocita', in conseguenza alla violenza dell'espulsione, assume il piu' delle volte valori maggiori ripetto al limite della seconda velocita' cosmica. Una volta al di sopra dell' atmosfera di Io l' anidride solforosa, per effetto fotochimico, si ionizza in cationi S+ ed O+ , andando ad costituire, assieme a quantita' minori di Na, K, Cl, il cosiddetto toro di plama, una regione a forma di "ciambella" orbitante attorno a Giove ad una distanza di circa sei volte il raggio di quest' ultimo.

Il meccanismo di emissione e' un processo non termico definito "emissione di ciclotrone". Analogamente a quanto avviene per la radiazione di sincrotrone, una particella elettricamente carica (quale ad esempio le componenti ionizzate del toroide sopra citato) in moto all'interno di un campo elettromagnetico emette radiazione elettromagnetica in virtu' del moto accelerato spiraliforme che essa stessa assume in conseguenza dell'azione della componente magnetica della forza di Lorenz. Seppure tale forza non modifichi la velocita' scalare della particella analizzata, ponendola in moto spiraliforme ne causa una continua variazione della velocita' vettoriale; una qualsiasi particella in moto accelerato libera energia sotto forma di onde elettromagnetiche, la cui frequenza e' data dalla relazione E=hf (dove E rappresenta la quantita' di energia liberata, f la frequenza d'onda e h la costante di Plank). La differenza che intercorre tra processo ciclotrone e radiazione sincrotrone risiede nella diversa velocita' delle particelle interagenti; si definisce sincrotrone quand' essa assume valori relativistici.

La radiazione prodotta per emissione di ciclotrone si presenta polarizzata. L'orientamento complessivo dei fotoni liberati risulta distribuito in una struttura conica il cui angolo di apertura puo' essere calcolato note le condizioni iniziali del sistema radiativo. Una tipologia di emissione quale quella sopra descritta permette quindi di giustificare il discontinuo manifestarsi dei segnali gioviani. Solo qualora la Terra attraversi tale regione conoidale risulta altamente probabile un'eventuale ricezione del segnale radio. Il modello fisico in grado di descrivere le interazioni elettromagnetiche tra Giove e Io e, piu' in generale, il meccanismo gioviano di emissione, e' in grado, come si e' detto, di fornire adeguate previsioni di eventi radio futuri sulla base dei fenomeni sopra descritti.

La possibilita' di ricezione di eventuali eventi gioviani dipende strettamente da tre parametri fisici, introdotti dagli scienziati in seguito ad una adeguata formulazione del meccanismo di emissione:

-CMD system III: (Central Meridian Longitude, cioe' longitudine del meridiano centrale) noto anche con il termine di Lambda III, indica la longitudine che il meridiano centrale di riferimento sulla superficie di Giove assume nei confronti della Terra. L'attributo III si riferisce alla variazione che intercorre tra la rotazione del pianeta Giove, dal quale dipende l'effettiva longitudine gioviana, e la rotazione della magnetosfera, inclinata di 9.6 gradi rispetto all'asse del pianeta gigante. Poiche' i fenomeni di emissione sono strettamente correlati al campo elettromagnetico piu' che alla posizione assunta da Giove nel suo moto di rotazione, e' stato elaborato un parametro Lambda III riferito alla misura della rotazione del campo magnetico rispetto ai precedenti parametri CMD I e CMD II (riferiti alla longitudine di un dato punto sulla superficie gioviana sulla base della latitudine assunta da questo, equatoriale o a medie latitudini).

- Io Phase: tale parametro descrive la posizione del satellite Io rispetto alla congiungente Terra-Giove ; posta come origine del riferimento la posizione assunta da Io in congiunzione superiore, la fase di Io si misura in gradi sulla base del movimento rotatorio orario proprio del satellite stesso. Fu l'apparente dipendenza tra manifestarsi dei fenomeni radio e Io, osservata in seguito all'analisi dei dati raccolti, a suggerire per la prima volta un possibile nesso tra la luna galileiana e il pianeta Giove.

-Joviacentric Declination of the Earth (De): il parametro definisce la declinazione assunta dalla Terra qualora essa venga osservata da Giove. A differenza dei due parametri sopra descritti, il parametro De non interviene direttamente nel condizionare il meccanismo radiativo (il quale dipende esclusivamente da CMD III e Io-Phase), ma si limita a quantificare la diversita' che intercorre nella captazione delle onde decametriche su osservazioni a lungo periodo; le molteplici posizioni che Giove puo' assumere nel suo moto di rivoluzione rispetto alla Terra determinano una diversa qualita' del segnale radio interagente con il nostro pianeta. Il grafico proposto, elaborato mediante software Radio Jupiter Pro 3 (version 3.0.23), descrive la variazione del parametro De in funzione degli anni; in ascissa e' indicato il tempo (espresso in anni terrestri), in ordinata il valore del parametro De espresso in gradi (minore e' il valore assunto dal parametro minore risulta essere la "qualita'" del segnale ricevuto); il dominio delle ascisse e' stato calcolato tra il 1998 e il 2008. E' interessante notare come, in conseguenza alla dipendenza del parametro dalla geometria Terra-Sole-Giove, la declinazione giovecentrica della Terra risulti caratterizzata da un andamento periodico con periodo T=11 anni. Il massimo valore che il De puo' assumere e' 3.3 gradi.

Come si e' detto solo i parametri CMD III e Io-Phase risultano effettivamente correlati alla possibilita' di ricezione del segnale radio gioviano, dal momento che essi sono intimamente correlati al meccanismo radiativo di emissione. Piu' precisamete in un diagramma xOy avente in ascissa il valore del parametro Lambda III e in ordinata la Io-Phase e' possibile individuare tre aree principali di attivita' gioviana; qualora il pianeta assuma parametri tali da risultare incluso in una di queste zone, la probabilita' di ricezione del segnale si rivela considerevolmente maggiore. Sotto un'immagine di tale diagramma, noto come diagramma di Bigg (dal nome dello scienziato E.K.Bigg che nel 1964 propose, in un articolo apparso su Nature, un possibile nesso tra la posizione di Io e l'emissione gioviana). L'immagine e' stata elaborata col software Radio Jupiter Pro 3.

Nello specifico e' possibile individuare tre regioni di maggior attivita' denominate rispettivamente Io-A, Io-B e Io-C; il termine Io si richiama ovviamente alla dipendenza di tali emissioni dalla posizione del satellite intorno a Giove, mentre le lettere sono state introdotte al fine di differenziare le diverse zone probabilistiche di attivita'. La regione Io-A risulta essere quella a maggiore probabilita' di ricezione, ma non per questo va trascurata l'importanza dei restanti due indicatori dell'attivita' radio gioviana. Accanto alle tre maggiori e' possibile inoltre individuare la regione di probabilita' denominata Io-D. La tabella sottostante indica l'estensione di tali aree di probabilita' in funzione dei parametri CMD III e Io-Phase cosi' come proposti nel grafico di Bigg.

Va infine ricordato come i segnali radio gioviani si classifichino in due grandi gruppi, sulla base del modo con cui essi si osservano: da un lato troviamo gli S-Burst (Short Burst), segnali ad ampio spettro caratterizzati da una durata dell'ordine di frazioni di secondo e una rapida deriva in frequenza; dall'altro gli L-Burst (Long Burst), anch'essi distribuiti su un ampio range di frequenze, ma dalla durata decisamente superiore rispetto ai primi.

A cura di Alessandro e Giuseppe Candolini

Ultimo aggiornamento: 16 giugno 2003

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Bibliografia:

[Io-Jupiter: a unique case of Monn.Planet interaction, by Anil Bhardwaj and Marycutty Michael]

[The Jovian Decametric Radio Emission by Leonard Garcia]

[Description of University of Florida Radio observatoty, by Leonard Garcia]

[Gli impatti della cometa Shomaker-levy 9 su Giove, by Giorgio Bressan e Valter Gennaro]

[The discovery of Jupiter Radio waves, by Leonard Garcia]

Fonti delle illustrazioni:

[Il grafico relativo alla De e il diagramma di Bigg sono stati elaborati medainte il software NASA Radio Jupiter Pro 3 versione 3.0.23]