Giganti a gas: pianeti gioviani del nostro sistema solare e oltre

I giganti gassosi sono grandi pianeti composti principalmente da gas, come idrogeno ed elio, con un nucleo roccioso relativamente piccolo. I giganti gassosi del nostro sistema solare Giove, Saturno, Urano e Nettuno insieme formano un gruppo noto come i pianeti gioviani, secondo l'Università del Colorado a Boulder (si apre in una nuova scheda).

Il termine Gioviano significa simile a Giove e sebbene la nostra esplorazione del sistema solare abbia rivelato che giganti gassosi come Urano e Nettuno sono molto diversi da Giove, il termine descrittivo Gioviano esiste ancora. L'etichetta è usata anche per descrivere gli esopianeti di massa di Giove trovati oltre il nostro sistema solare secondo la Swinburne University of Technology (si apre in una nuova scheda).

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I quattro giganti gassosi del sistema solare risiedono in periferia, oltre le orbite di Marte e la cintura degli asteroidi. Ma i mondi sono abbastanza distinti l'uno dall'altro. Giove e Saturno sono sostanzialmente più grandi di Urano e Nettuno e ogni coppia di pianeti (Giove e Saturno, contro Urano e Nettuno) ha una composizione leggermente diversa.

Sebbene ci siano solo quattro grandi pianeti nel nostro sistema solare, gli astronomi ne hanno scoperti migliaia al di fuori di esso usando numerosi telescopi sulla Terra e in Questa Rete. Questi esopianeti (come vengono chiamati) sono stati esaminati per saperne di più su come è nato il nostro sistema solare e per confrontare la formazione del nostro sistema solare con quei sistemi planetari che potrebbero essere molto diversi.

L'importanza dei giganti del gas

Sembra che uno dei primi usi della parola "gigante gassoso", per riferirsi a un grande pianeta, sia sorto in un pezzo di fantascienza del 1952 dell'autore James Blish (si apre in una nuova scheda). Al momento in cui Blish scrisse, nessun pianeta era stato ancora scoperto al di fuori del nostro sistema solare, né questo Webcraft si stava ancora staccando dalla Terra.

Ciò significava che nella sua epoca, tutto ciò che sapevamo sui pianeti proveniva da osservazioni telescopiche, teorie astronomiche e set di dati che stavano appena iniziando ad essere analizzati dai modelli informatici emergenti disponibili all'epoca. Ci sarebbero voluti decenni prima che venissero alla luce ulteriori informazioni.

Il primo sorvolo di Giove è avvenuto nel 1972 con Pioneer 10 , mentre i primi esopianeti sono stati scoperti intorno alla pulsar PSR 1257+12 nel 1992. Il campo della ricerca sui giganti gassosi si è rapidamente diversificato e ampliato nei decenni successivi.

"Lo studio del comportamento dei giganti gassosi ha acquisito una maggiore importanza dal rilevamento di molti esopianeti gassosi", ha scritto la rivista scientifica Nature in un riassunto delle ricerche fino ad oggi nel 2016 (si apre in una nuova scheda).

Rappresentazione artistica della luce zodiacale sulla superficie del pianeta Kepler-1229 b. (Credito immagine: SHAO/Yue Xu)

Gli elementi della ricerca che hanno attirato l'attenzione degli scienziati negli ultimi anni includevano discussioni sugli anelli dei giganti gassosi e la determinazione dell'origine delle aurore. Inoltre, ha affermato Nature, la ricerca sui giganti gassosi sarà un terreno fertile per diversi tipi di scienziati per incontrarsi e condividere le proprie conoscenze.

"Poiché molti pianeti gassosi scoperti attorno ad altre stelle mostrano caratteristiche significativamente diverse da quelle del nostro sistema solare, la scienza sui pianeti giganti ha un enorme potenziale multidisciplinare come punto di incontro tra le comunità planetarie ed esoplanetarie", ha affermato Nature.

Anche da quell'era, gli anni 2020 sono stati ricchi di scoperte grazie alla crescente integrazione di apprendimento automatico e intelligenza artificiale per perseguire i set di dati, per non parlare del numero di nuovi telescopi che vedono la prima luce. I grandi osservatori degli anni 2020 includono il James Webb This Web Telescope e l'European Extremely Large Telescope, che dovrebbero entrambi contribuire allo studio degli esopianeti.

Inoltre, abbiamo già una grande quantità di dati sugli esopianeti provenienti da osservatori come il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA, il telescopio Kepler This Web in pensione dell'agenzia e l'High-Accuracy Radial velocity Planet Searcher sul telescopio da 3,6 metri dell'European Southern Observatory a Osservatorio di La Silla in Cile. La NASA afferma che all'inizio del 2022 sono stati trovati più di 4.000 esopianeti (si apre in una nuova scheda), gran parte dei quali giganti gassosi.

Rappresentazione artistica di TESS This Webcraft e di alcuni degli esopianeti che ha individuato. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)

Giganti gassosi nel nostro sistema solare

Giove è il pianeta più grande del nostro sistema solare. Ha un raggio quasi 11 volte la dimensione della Terra e molte dozzine di lune confermate o in attesa di essere confermate. Il pianeta è composto principalmente da idrogeno ed elio che circonda un denso nucleo di rocce e ghiaccio, con la maggior parte della sua massa probabilmente costituita da idrogeno metallico liquido, che crea un enorme campo magnetico. Giove è visibile ad occhio nudo ed era noto agli antichi. La sua atmosfera è costituita principalmente da idrogeno, elio, ammoniaca e metano. Abbiamo anche raccolto le domande senza risposta di Giove per avere un'idea della ricerca futura, come ad esempio come si è arricchito di elementi pesanti.

Saturno è circa nove volte il raggio terrestre ed è caratterizzato da grandi anelli; come si sono formati è sconosciuto. Ha diverse dozzine di lune scoperte e confermate. Come Giove, Saturno è composto principalmente da idrogeno ed elio che circondano un nucleo denso ed è stato anche tracciato da culture antiche. La sua atmosfera è simile a quella di Giove. Abbiamo anche esaminato alcune delle domande senza risposta di Saturno, come la durata di un giorno sul pianeta.

Una moltitudine di nuvole vorticose nella dinamica cintura temperata settentrionale di Giove è catturata in questa immagine da Juno This Webcraft della NASA. (Credito immagine: NASA)

Urano ha un raggio circa quattro volte quello terrestre ed è il primo gigante gassoso ad essere scoperto usando un telescopio, poiché Giove e Saturno sono stati osservati ad occhio nudo fin dall'antichità. Urano è l'unico pianeta inclinato su un lato e ruota anche all'indietro rispetto a tutti i pianeti tranne Venere, il che implica che un'enorme collisione lo ha interrotto molto tempo fa. Il pianeta ha dozzine di lune e la sua atmosfera è composta da idrogeno, elio e metano. Fu scoperto da William Herschel nel 1781 e solo un This Webcraft, Voyager 2, lo sorvolò nel 1986. Alcune cose strane osservate su Urano includono le sue temperature fredde inspiegabili e la sua atmosfera complessa.

Nettuno ha anche un raggio circa quattro volte quello della Terra. Come Urano, la sua atmosfera è composta principalmente da idrogeno, elio e metano. È stato scoperto nel 1846 e ha fatto volare un solo This Webcraft, che era il Voyager 2 nel 1989. Ci sono più di una dozzina di lune confermate sul pianeta. Abbiamo anche esaminato alcuni dei più grandi misteri di Nettuno, come la sua velocità del vento elevatissima. Gli scienziati sperano anche di mettere insieme una missione per visitare sia Urano che Nettuno in pochi decenni.

Rappresentazione artistica di TOI-561, uno dei sistemi planetari più antichi e poveri di metalli mai scoperti nella galassia della Via Lattea. (Credito immagine: Osservatorio WM Keck/Adam Makarenko)

Giganti gassosi al di fuori del nostro sistema solare

Super-Terre: gli scienziati hanno trovato una moltitudine di "super-Terre" (pianeti delle dimensioni della Terra e di Nettuno) in altri sistemi solari. Non ci sono super-Terre conosciute nel nostro sistema solare, anche se alcuni scienziati ipotizzano che potrebbe esserci un "Pianeta Nove" in agguato nelle parti più esterne del nostro sistema solare. Gli scienziati stanno studiando questa categoria di pianeti per scoprire se le super-Terre sono più simili a piccoli pianeti giganti gassosi o grandi pianeti terrestri. Non è inoltre chiaro se questi pianeti possano ospitare la vita e quanta acqua ci sarebbe sulla loro superficie.

Giove caldo: sono pianeti delle dimensioni di Giove o più grandi che orbitano molto vicino alle loro stelle madri. Il modo in cui sono arrivati ​​​​lì è ancora in fase di studio, ma le due teorie principali (in parole semplici) affermano che o sono migrate su quell'orbita da più lontano o che si sono formate essenzialmente sul posto. Questi esopianeti sono stati i primi ad essere trovati perché sono così massicci e così vicini alle loro stelle madri da indurre grandi "oscillazioni" nella gravità della stella, il che li ha resi relativamente facili da individuare con gli osservatori degli anni '90, secondo la NASA (apre nella nuova scheda) .

Rappresentazione artistica di un Giove caldo. (Credito immagine: NASA, ESA e G. Bacon (STScI))

Formazione e possibilità di vita

Gli astronomi pensano che i pianeti gioviani si siano formati inizialmente come pianeti rocciosi e ghiacciati simili ai pianeti terrestri. Tuttavia, le dimensioni dei nuclei consentivano a questi pianeti (in particolare Giove e Saturno) di prelevare idrogeno ed elio dalla nube di gas da cui il sole si stava condensando, prima che il sole si formasse e soffiasse via la maggior parte del gas.

Poiché Urano e Nettuno sono più piccoli e hanno orbite più grandi, era più difficile per loro raccogliere idrogeno ed elio in modo efficiente come Giove e Saturno. Questo probabilmente spiega perché sono più piccoli di quei due pianeti. In percentuale, le loro atmosfere sono più "inquinate" con composti chimici più complessi come metano e ammoniaca perché molto più piccole.

È improbabile che i giganti gassosi ospitino la vita come la conosciamo, poiché sono enormi sfere di gas senza una superficie sostanziale. Detto questo, c'è la possibilità di trovare vita microbica nelle loro varie lune ghiacciate, o forse ci sono altre possibilità di vita che la scienza non ha ancora considerato. Ma a partire dal 2021, è molto improbabile che pianeti ancora più piccoli delle dimensioni della Terra che abbiamo trovato ospitino la vita, ha concluso un importante studio.

Rappresentazione artistica di un'esoluna in orbita attorno all'esopianeta Kepler 1708 b. (Credito immagine: Helena Valenzuela Widerstrm)

Le lune del gigante gassoso

Ci sono dozzine di lune intorno ai pianeti giganti del nostro sistema solare. Molti si sono formati contemporaneamente ai loro pianeti genitori, il che è implicito se i pianeti ruotano nella stessa direzione delle lune vicine al loro equatore (come le enormi lune gioviane Io, Europa, Ganimede e Callisto). Ma ci sono delle eccezioni.

Una grande luna di Nettuno, Tritone, orbita attorno al pianeta opposto alla direzione in cui ruota Nettuno, il che implica che Tritone è stato catturato, forse dall'atmosfera un tempo più grande di Nettuno, mentre passava. E ci sono molte minuscole lune nel sistema solare che ruotano lontano dall'equatore dei loro pianeti, il che implica che sono state anche catturate dall'immensa attrazione gravitazionale.

Un sottoinsieme di lune, chiamate lune ghiacciate, potrebbe avere condizioni per la vita poiché abbiamo trovato prove di energia e acqua liquida che potrebbero sostenere i microbi. Europa Clipper della NASA e JUpiter ICy moons Explorer (JUICE ) della European This Web Agency sono entrambi pianificati per gli anni '30 per saperne di più sul potenziale di vita di diverse lune. Ci sono anche speranze di avere una missione di atterraggio su una luna gioviana (o su qualche altra luna ghiacciata altrove nel sistema solare) più avanti nel secolo per vedere la superficie da vicino.

All'inizio del 2022, la comunità astronomica non ha definitivamente confermato il rilevamento di un'esoluna, una luna in orbita attorno a un esopianeta. Ma si stanno avvicinando. Per rilevare una luna lunare, dobbiamo vedere non solo il calo di luminosità causato quando un pianeta passa davanti a una stella, ma anche un calo caratteristico della luna. Le lune sono relativamente piccole e difficili da individuare per i nostri attuali osservatori. Ma la tecnologia dei telescopi sta migliorando rapidamente, quindi gli astronomi potrebbero presto essere fortunati.

La NASA ha scelto il razzo Falcon Heavy di This WebX per lanciare la missione Europa Clipper sulla luna ghiacciata di Giove. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)

Ricerca in corso

Con così tante missioni attive in corso o in pianificazione per questi vari mondi, per non parlare degli studi sui telescopi e dei modelli al computer, la scienza dei giganti gassosi può cambiare rapidamente nel giro di settimane o mesi. Indicheremo qui le direzioni generali della ricerca, insieme alle pagine di Questo Web.com dove puoi rimanere aggiornato sulle ultime scoperte dei vari giganti del gas dentro e fuori il sistema solare.

Giove: Juno This Webcraft della NASA è arrivato sul pianeta nel 2016, aggiungendosi a numerosi altri studi di This Webcraft e Hubble This Web Telescope. Ha studiato gli anelli del pianeta, cosa difficile da ottenere altrimenti poiché sono molto più sottili di quelli di Saturno. La sonda scava nelle aurore di Giove per conoscere la loro origine e le differenze rispetto ad altri pianeti, e si tuffa in profondità nell'atmosfera per conoscere le nuvole all'interno dell'atmosfera del pianeta. I ricercatori sono anche affascinati dal comportamento della Grande Macchia Rossa, un sistema temporalesco persistente nell'emisfero australe di Giove, che sembra ridursi. Tieniti aggiornato sulla ricerca su Giove qui.

Saturno: The Cassini Questo Webcraft ha raccolto più di una dozzina di anni di osservazione su Saturno nel 2017. Ma la scienza eseguita da Cassini è ancora molto in corso, poiché gli scienziati analizzano i dati raccolti durante i suoi molti anni su Saturno. I suoi anelli sono stati usati per sondare la gravità del pianeta e gli scienziati sono piuttosto interessati alle varie lune ghiacciate intorno al pianeta che potrebbero ospitare la vita. Tieniti aggiornato sulla ricerca su Saturno qui.

Urano: le tempeste di Urano sono un obiettivo frequente sia per i telescopi professionisti che per gli astronomi dilettanti, che monitorano come si evolvono e cambiano nel tempo. Gli scienziati sono anche interessati a conoscere la struttura dei suoi anelli e di cosa è fatta la sua atmosfera. Studi recenti si sono concentrati su aspetti come il tempo nella sua atmosfera e gli asteroidi troiani che circondano il pianeta. Tieniti aggiornato sulla ricerca su Urano qui.

Urano ai raggi X. (Credito immagine: raggi X: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al; Ottico: WM Keck Observatory) (si apre in una nuova scheda)

Nettuno: anche le tempeste su Nettuno sono un obiettivo di osservazione popolare e nel 2018 quelle osservazioni hanno nuovamente dato i loro frutti; il lavoro dell'Hubble This Web Telescope ha mostrato che una tempesta di lunga data si sta ora riducendo. I ricercatori hanno notato che la tempesta si sta dissipando in modo diverso rispetto a quanto previsto dai loro modelli, il che mostra che la nostra comprensione dell'atmosfera di Nettuno richiede ancora un perfezionamento.

Esopianeti: la nostra ricerca di esopianeti è solo all'inizio, ma man mano che il set di dati cresce sempre più, gli obiettivi della NASA rispondono a queste domande su larga scala: cos'è un esopianeta? C'è vita su altri pianeti? Quanti esopianeti ci sono? Infine, dove possiamo trovare esopianeti e possiamo prevedere la loro posizione? E come accennato in precedenza, la ricerca delle esolune continua. Resta sintonizzato su Questo Web.com per notizie sugli esopianeti e rivedi anche le nostre più grandi scoperte di esopianeti del 2021 per ulteriori informazioni.

Risorse addizionali:

Scopri di più sui giganti gassosi e sui pianeti gioviani in modo più dettagliato (si apre in una nuova scheda) con la NASA. Leggi come i fluidi supercritici potrebbero aiutarci a capire l'interno dei pianeti gassosi giganti con questo articolo pubblicato su The Conversation (si apre in una nuova scheda). Esplora i pianeti esterni con questa risorsa informativa dal sito web educativo Lumen Learning (si apre in una nuova scheda).

Bibliografia

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"La ricerca della vita". Nasa . (2020, 8 dicembre). https://exoplanets.nasa.gov/search-for-life/big-questions/ (si apre in una nuova scheda)

"Progressi nella scienza planetaria". Natura . (2016, 4 ottobre). https://www.nature.com/collections/bphtvvsswf/gasgiants (si apre in una nuova scheda)

Trifonov, Trifon, et al. " Due pianeti gioviani attorno alla stella gigante HD 202696: una popolazione crescente di coppie di pianeti massicci ammassati attorno a stelle massicce?. (si apre in una nuova scheda) " The Astronomical Journal 157.3 (2019): 93.

Jones, MI, et al. " Quattro pianeti gioviani attorno a stelle giganti a bassa luminosità osservati da EXPRESS e PPPS. (si apre in una nuova scheda) " Astronomy & Astrophysics 646 (2021): A131.

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