La scoperta dei cicloni circumpolari di Giove

Juno è la prima sonda a sorvolare direttamente i poli di Giove, e nel 2017 JIRAM ne ha fotografato le regioni polari nell'infrarosso. Ha così scoperto una struttura mai vista su nessun altro pianeta: gruppi di grandi cicloni disposti a poligono attorno a ciascun polo. Al polo nord otto cicloni circondano un ciclone polare centrale. Al polo sud i cicloni circumpolari sono cinque. Ognuno ha un diametro di 4.000–4.600 km.

Le osservazioni degli anni successivi hanno mostrato che queste formazioni sono molto stabili: un loro cambiamento nell'arco di un anno è estremamente improbabile. I cicloni inoltre oscillano in modo sincronizzato, e questo indica processi atmosferici più profondi di quanto previsto dai modelli.

Figura 1. Le regioni polari di Giove viste da JunoCam nel visibile (a sinistra) e da JIRAM a 5 µm (a destra) durante il perigiovio PJ4 (2 febbraio 2017). In alto il polo nord, con otto cicloni attorno al ciclone polare; in basso il polo sud, con cinque cicloni.

Fonte: Adriani, A. et al. (2018), Nature 555, 216–219, Fig. 1. doi:10.1038/nature25491

Figura 2. Le mappe JIRAM a 5 µm con la risoluzione più alta ottenuta durante PJ4: circa 18 km/pixel per il polo nord (a sinistra) e circa 25 km/pixel per il polo sud (a destra). La scala di colore indica la temperatura di brillanza, tra 190 e 260 K.

Fonte: Adriani, A. et al. (2018), Nature 555, 216–219, Fig. 3. doi:10.1038/nature25491

Le aurore di Giove e le "impronte" delle lune

Le lune galileiane interagiscono con il campo magnetico di Giove e lasciano nell'aurora delle "impronte" luminose (footprint). JIRAM le ha osservate con una risoluzione di circa 20 km, la migliore mai ottenuta.

L'impronta di Io ha una struttura a vortici simile a una "scia di von Kármán", e la sua coda si divide in due. Anche l'impronta di Ganimede appare doppia, con una macchia principale preceduta da una più debole. Questo potrebbe offrire un modo per misurare a distanza la magnetosfera della luna. Nel complesso, l'interazione tra Giove e le sue lune risulta più complessa del previsto.

Studi successivi hanno descritto la forma delle code aurorali di Io, Europa e Ganimede. Hanno poi usato la posizione dell'impronta di Io per ricavare la densità e la temperatura del toro di plasma di Io, cioè la nube di plasma alimentata dai vulcani della luna, e per seguirne le variazioni nel tempo.

JIRAM ha osservato l'emissione dello ione H₃⁺ anche lontano dalle aurore, al bordo del pianeta tra 60° nord e 60° sud. Per la prima volta è stato possibile ricostruire come l'H₃⁺ si distribuisce in quota alle diverse latitudini. La sua densità diminuisce salendo da 300 a 650 km di quota ed è più alta nell'emisfero sud. La temperatura invece cresce con l'altezza, da circa 400 K a oltre 900 K.

Riferimento: Migliorini, A. et al. (2019), Icarus 329, 132–139. doi:10.1016/j.icarus.2019.04.003

Figura 3. Schema dell'interazione tra Io e la magnetosfera di Giove. Sono indicati il toro di plasma di Io, l'onda di Alfvén, la linea di campo magnetico, l'impronta di Io con la sua coda e la traiettoria di Juno.

Fonte: Mura, A. et al. (2018), Science 361, 774–777, Fig. 1. doi:10.1126/science.aat1450

Figura 4. L'impronta di Io osservata da JIRAM il 1° settembre 2017 nell'aurora sud (A, B) e nell'aurora nord (C–E). La macchia principale è seguita da una serie di macchie secondarie regolari, disposte a vortici come in una "scia di von Kármán".

Fonte: Mura, A. et al. (2018), Science 361, 774–777, Fig. 2. doi:10.1126/science.aat1450

Figura 5. La coda dell'impronta di Io osservata circa 100° dietro la macchia principale (27 agosto 2016). La coda si divide in due archi separati.

Fonte: Mura, A. et al. (2018), Science 361, 774–777, Fig. 3. doi:10.1126/science.aat1450

Figura 6. Cinque immagini JIRAM consecutive dell'impronta di Ganimede nell'emisfero nord (11 luglio 2017). La macchia principale è preceduta da una macchia più debole.

Fonte: Mura, A. et al. (2018), Science 361, 774–777, Fig. 4. doi:10.1126/science.aat1450

Figura 7. Schema di come Juno monitora il toro di plasma di Io. JIRAM (e l'UVS) misurano la posizione dell'impronta di Io, mentre la radio-occultazione misura il contenuto di elettroni del toro.

Fonte: Moirano, A. et al. (2025), A&A 699, A53, Fig. 1. doi:10.1051/0004-6361/202453584

L'atmosfera di Giove: hot spot e nubi di ammoniaca

Gli hot spot sono regioni quasi prive di nubi da cui sfugge la radiazione infrarossa degli strati più profondi dell'atmosfera. Durante il passaggio di Juno del 1° aprile 2018, JIRAM ha osservato due hot spot al confine tra la Fascia Equatoriale Nord e la Zona Equatoriale da angoli diversi. Ha così misurato come la loro luminosità diminuisce avvicinandosi al bordo del pianeta. Il confronto con i modelli indica che le particelle delle nubi, grandi circa 1 µm, non sono fatte solo di idrosolfuro d'ammonio. Per spiegare i dati serve anche un materiale contenente legami carbonio–azoto, simile alle tholin.

Riferimento: Grassi, D. et al. (2024), MNRAS 533, 2185–2198. doi:10.1093/mnras/stae1858

I modelli prevedono uno strato di nubi di ghiaccio di ammoniaca, ma queste nubi si osservano raramente. Nei dati del primo passaggio di Juno, JIRAM le ha individuate all'interno di un vortice bianco vicino a 40° di latitudine nord. Il vortice è il risultato di una tempesta convettiva che ha sollevato ammoniaca fresca dagli strati profondi. Questo conferma che su Giove le nubi di ammoniaca pura sono rare e legate a episodi di forte convezione.

Riferimento: Biagiotti, F. et al. (2025), MNRAS 538, 1535–1564. doi:10.1093/mnras/staf381

Io, il mondo più vulcanico del Sistema Solare

JIRAM ha prodotto mappe termiche di Io e ha individuato nuovi vulcani attivi, tra cui uno vicino al polo sud, in zone che non erano mai state mappate. Nello spettro ha identificato l'anidride solforosa (SO₂). In immagini della stessa regione prese a due mesi di distanza ha visto l'intensità dei punti caldi cambiare, probabilmente per nuove colate di lava.

Durante il sorvolo di maggio 2023 JIRAM ha osservato "anelli caldi" lungo il bordo di almeno dieci paterae, le grandi depressioni vulcaniche di Io. Gli anelli indicano che i laghi di lava attivi sono un fenomeno comune sulla luna.

I sorvoli ravvicinati del 2022–2024 hanno mostrato Loki Patera, il più grande lago di lava di Io, con dettagli fino a 400 m per pixel. Le immagini rivelano onde di "rinnovamento" della superficie del lago. Mostrano anche piccole isole rimaste ferme nella stessa posizione dai tempi di Voyager 1, cioè da almeno 45 anni.

Figura 8. A sinistra, sovrapposizione di immagini JIRAM in banda M (orbita 10) dell'emisfero sud di Io. Le frecce indicano punti caldi tra cui alcuni non osservati in precedenza, uno dei quali vicino al polo sud. A destra, la mappa geologica di Io vista dalla stessa posizione.

Fonte: Mura, A. et al. (2020), Icarus 341, 113607, Fig. 4. doi:10.1016/j.icarus.2019.113607

Figura 9. Mosaico della radianza di Io in banda M dal sorvolo di maggio 2023, con risoluzione fino a 9 km/pixel. I riquadri indicano le paterae con anelli caldi.

Fonte: Mura, A. et al. (2024), Communications Earth & Environment 5, 340, Fig. 1. doi:10.1038/s43247-024-01486-5

Figura 10. Loki Patera (in alto) e Dazhbog Patera (in basso). Per ciascuna sono mostrati l'immagine nel visibile, la radianza in banda M e in banda L e la mappa di temperatura. Lungo il bordo del lago di lava si vede l'"anello caldo".

Fonte: Mura, A. et al. (2024), Communications Earth & Environment 5, 340, Fig. 2. doi:10.1038/s43247-024-01486-5

Figura 11. Mappe di radianza di Loki Patera in banda M e in banda L da maggio 2023 ad aprile 2024. Mostrano come la superficie del lago di lava si raffredda nel tempo.

Fonte: Mura, A. et al. (2025), The Planetary Science Journal 6, 43, Fig. 1. doi:10.3847/PSJ/ada27c

Figura 12. Dettagli di tre regioni di Loki Patera nel visibile e nell'infrarosso (banda M). Le croci rosse indicano le piccole isole, presenti nella stessa posizione da almeno 45 anni.

Fonte: Mura, A. et al. (2025), The Planetary Science Journal 6, 43, Fig. 4. doi:10.3847/PSJ/ada27c

Ganimede, la luna più grande del Sistema Solare

Il 26 dicembre 2019 Juno è passata relativamente vicino a Ganimede. JIRAM ne ha osservato le regioni polari settentrionali, fino ad allora poco mappate, con una risoluzione fino a 23 km per pixel. I dati mostrano che oltre i 45° di latitudine il ghiaccio d'acqua è più abbondante, in accordo con l'effetto delle particelle cariche che bombardano la superficie (sputtering). JIRAM ha identificato anche sali idrati, CO₂ e altre specie minori.

Durante il sorvolo ravvicinato del 7 giugno 2021, JIRAM ha osservato Ganimede con una risoluzione migliore di 1 km per pixel. Gli spettri hanno rivelato cloruro di sodio idrato, cloruro d'ammonio, carbonati di sodio e di ammonio e composti organici. La loro composizione e la loro distribuzione indicano che provengono dall'interno della luna. Sarebbero portati in superficie da salamoie, cioè acque salate del sottosuolo, la cui chimica riflette l'interazione tra acqua e roccia all'interno di Ganimede.

Riferimento: Tosi, F. et al. (2024), Nature Astronomy 8, 82–93. doi:10.1038/s41550-023-02107-5

Figura 13. Cinque immagini composite RGB di Ganimede (banda L e banda M di JIRAM) dal sorvolo del 26 dicembre 2019 (PJ24), con la geometria di osservazione.

Fonte: Mura, A. et al. (2020), J. Geophys. Res. Planets 125, e2020JE006508, Fig. 1. doi:10.1029/2020JE006508