Spiegata l’origine della somiglianza del campo magnetico di Giove con quello terrestre

Giove: due dinamo formano il campo magnetico

Il campo magnetico di Giove è 10 volte più potente di quello della Terra.
I due hanno una struttura simile, nonostante internamente i rispettivi pianeti siano molto diversi e questa caratteristica incuriosisce da tempo gli scienziati.
Ora, l’origine di questa somiglianza è stata spiegata da un team del Max Planck Institute for Solar System Research a Göttingen che ha elaborato un complesso modello matematico, tramite il supercomputer Hydra.

I campi magnetici vengono generati quando si è in presenza di un flusso di correnti elettriche.
La Terra è circondata da un campo magnetico perché, nel profondo del suo interno, vi è una massa fusa di ferro e nichel in rotazione. Questo effetto è quello che i fisici chiamato geodinamo ed è simile al funzionamento della dinamo di una bicicletta.

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Giove, invece, è costituito prevalentemente da idrogeno e da elio.
Le foto del pianeta mostrano bande colorate di nuvole e giganteschi tornado, come la Grande Macchia Rossa.
La temperatura al limite superiore dei sistemi nuvolosi è di -100 gradi Celsius ma, andando in profondità, la temperatura e la pressione aumentano enormemente di pari passo con la conducibilità elettrica.
Alla profondità di poco meno di 10.000 chilometri e sotto una pressione di diversi milioni di atmosfere, l’idrogeno diventa liquido e conduttivo come un metallo, uno stato esotico della materia che non esiste sulla Terra.
Non è ancora chiaro se vi sia un nucleo roccioso al centro del pianeta. Se ci fosse, costituirebbe circa il 20 per cento del raggio di Giove, che corrisponde a 14.000 chilometri.

Simulazioni precedenti avevano notevolmente semplificato la struttura. Ad esempio, la regione gassosa superiore e la regione metallica inferiore venivano trattate separatamente.

“Diversi colleghi hanno supposto che alcune grandezze fisiche cambiano improvvisamente”, dice il leader del progetto Johannes Wicht, del Max Planck Institute for Solar System Research a Göttingen. Ma i nuovi modelli sembrano dimostrare che non è così e le proprietà cambiano gradualmente nello strato gassoso.

Il grande vantaggio per il team è stato poter utilizzare il supercomputer Hydra per trattare simultaneamente tutte le regioni del pianeta, in un calcolo durato circa sei mesi che copre un arco temporale di 6.500 anni.

Il risultato è stato impressionante: “la parte principale del campo magnetico, che sembra così simile al campo magnetico terrestre, è generata in profondità all’interno del pianeta [prima dinamo], dove le proprietà non cambiano più così radicalmente”, dice Wicht.

Ma ci sarebbe anche una seconda dinamo, più debole ma attiva che opera nella zona di transizione dello strato metallico vicino all’equatore, causata da forti venti che soffiano verso est, riconoscibili ne movimenti nuvolosi.

Le regioni più esterne e fredde del pianeta, invece, non contribuirebbero al campo magnetico perché a conducibilità troppo bassa. Ma, a partire da 8.000 chilometri sotto la copertura nuvolosa, la conducibilità elettrica, grazie alla formazione di plasma, sarebbe abbastanza elevata tanto da far avviare la seconda dinamo.

“Fondamentale qui è il prodotto della velocità del vento e la conducibilità elettrica”, sottolinea Moritz Heimpel dell’Università di Alberta a Edmonton, Canada.

“Al fine di rappresentare le proprietà speciali dei due processi dinamo coinvolti, è stato particolarmente importante modellare le proprietà interne del pianeta con la massima precisione possibile”, aggiunge Lucia Duarte, che ha effettuato il primo calcolo durante il suo dottorato presso il Max Planck Institute di Göttingen.

Presto, la sonda della NASA Juno, che entrerà in orbita attorno al pianeta gigante nel mese di agosto 2016, potrà fornire ulteriori dati.

Explaining Jupiter’s magnetic field and equatorial jet dynamics [abstract]

Spacecraft data reveal a very Earth-like Jovian magnetic field. This is surprising since numerical simulations have shown that the vastly different interiors of terrestrial and gas planets can strongly affect the internal dynamo process. Here we present the first numerical dynamo that manages to match the structure and strength of the observed magnetic field by embracing the newest models for Jupiter’s interior. Simulated dynamo action primarily occurs in the deep high electrical conductivity region, while zonal flows are dynamically constrained to a strong equatorial jet in the outer envelope of low conductivity. Our model reproduces the structure and strength of the observed global magnetic field and predicts that secondary dynamo action associated to the equatorial jet produces banded magnetic features likely observable by the Juno mission. Secular variation in our model scales to about 2000 nT per year and should also be observable during the 1 year nominal mission duration.

Di Elisabetta Bonora

Fonte:www.aliveuniverseimages.com

 

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