La sonda NASA Juno misura il calore sotto Io, la luna vulcanica di Giove ha un gradiente di oltre 22°C

Per la prima volta gli scienziati sono riusciti a misurare la temperatura sotto la crosta di Io, la luna di Giove vulcanicamente più attiva del Sistema Solare. A riuscirci è stata la sonda della NASA Juno, che dal 2016 orbita attorno al gigante gassoso. Grazie allo strumento Microwave Radiometer (MWR) è stato possibile mappare la temperatura della crosta rocciosa in profondità. Lo studio è stato prodotto da un team di ricerca del JPL (Jet Propulsion Laboratory, uno dei più importanti centri di ricerca della NASA) e pubblicato sulla rivista Journal of Geophysical Research: Planets.

A differenza delle altre lune galileiane, come Europa, Ganimede e Callisto, che nascondono oceani d'acqua sotto spesse croste di ghiaccio, Io è un mondo interamente roccioso che ospita centinaia di vulcani attivi. Il motivo di questa intensa attività geologica è l'attrito mareale. La gravità di Giove stira e comprime Io lungo la sua orbita leggermente ellittica, facendo sollevare e abbassare la sua superficie fino a 100 metri durante ogni orbita e generando calore nei gusci rocciosi interni.

È lo stesso meccanismo che, su altre lune ghiacciate, si pensa permetta di mantenere degli oceani liquidi nascosti sotto la crosta di ghiaccio. Capire come funziona questo processo su Io, dove il fenomeno è più facile da osservare, aiuta a comprendere anche quei mondi dove potenzialmente potrebbe essersi formata la vita.

Juno ha misurato il calore sotto la crosta di Io con dei sorvoli ravvicinati

Le osservazioni analizzate dallo studio arrivano da due sorvoli ravvicinati di Io compiuti dalla sonda Juno il 30 dicembre 2023 e il 3 febbraio 2024. Durante questi sorvoli la sonda ha puntato verso la luna lo strumento MWR, composto da sei antenne capaci di captare microonde con lunghezze d'onda comprese tra circa 1,3 e 50 centimetri. Durante questi sorvoli la sonda è passata a soli 1.500 km di quota dalla superficie di Io.

A differenza della luce infrarossa che viene usata per mappare la temperatura superficiale di un pianeta o di una luna, le microonde a bassa frequenza riescono a penetrare i materiali solidi per diversi metri prima di essere riemesse verso lo spazio. Osservando come cambia l'intensità del segnale riflesso a seconda della lunghezza d'onda usata, i ricercatori possono ricostruire un vero e proprio profilo di temperatura in profondità. Le lunghezze d'onda più corte restituiscono informazioni sui primi centimetri di crosta, quelle più lunghe su strati che arrivano fino a qualche decina di metri.

Lo strumento MWR di Juno però non era stato progettato per essere progettato per sondare superfici rocciose. L'MWR era già stato utilizzato con successo su Ganimede ed Europa, dove aveva permesso di sondare fino a decine di km nei loro gusci di ghiaccio. Io però è un mondo di roccia vulcanica, un materiale mai testato prima con questa tecnica dall'orbita.

I dati dell’MWR hanno fornito così una mappatura di profondità della superficie di Io e del suo profilo di calore. I ricercatori hanno scoperto che la temperatura sale di oltre 22°C nei primi metri di profondità. In alcune zone localizzate, il sottosuolo risulta persino tra 10 e 20°C più caldo del terreno circostante, una prova che indica un flusso di calore interno che risale costantemente verso la superficie.

Cos’è e come funziona il riscaldamento mareale 

Io orbita attorno a Giove a una distanza dal centro di circa 420.000 km in circa 42 ore, ma la sua traiettoria non è perfettamente circolare. È infatti resa leggermente ellittica dalla risonanza orbitale con le lune vicine Europa e Ganimede, che con la loro gravità la perturbano periodicamente.

Questa eccentricità e la vicinanza estrema a Giove (praticamente 40.000 km in più della distanza della Luna dalla Terra) sono il motivo per cui la roccia sotto la superficie della luna ha un gradiente di calore. Mentre Io si avvicina e si allontana da Giove, la gravità del pianeta la stira e la comprime senza sosta, un fenomeno chiamato riscaldamento mareale. È lo stesso meccanismo che, su scala minore, riscalda gli oceani sotterranei di Europa e Ganimede.

La superficie di Io si alza e si abbassa fino a 100 metri a ogni orbita. Come termine di paragone, le maree solide terrestri generate dalla Luna (cioè provocate sulla crosta terrestre e non sugli oceani) producono appena una trentina di centimetri di innalzamento del suolo.

L’attrito della roccia che continuamente viene compressa e stirata genera calore che risale verso la crosta e alimenta centinaia di vulcani che punteggiano la superficie, rendendo Io il corpo vulcanicamente più attivo del Sistema Solare.

Da dove arrivi però esattamente questo calore resta in parte un'incognita. Gli autori dello studio ipotizzano che possa risalire in modo costante attraverso una crosta conduttiva, oppure provenire da risalite laviche in raffreddamento, sepolte sotto uno strato di roccia solidificata spesso appena una decina di metri.

Le osservazioni di Juno hanno svelato anche che gran parte della sua superficie è estremamente liscia e pianeggiante, con distese che si estendono per oltre 100 km, un fenomeno che non era ancora stato misurato con precisione. Il materiale che le compone ha inoltre una densità molto bassa, molto più simile a pomice o cenere vulcanica che a roccia solida, un effetto di come la superficie venga continuamente fratturata e rimodellata dall'attività eruttiva.

Le prossime missioni di esplorazione delle lune di Giove

Il riscaldamento mareale non riguarda solo Io ma anche le lune ghiacciate Europa e Ganimede ne risentono, sia pure in misura più contenuta. Europa orbita a circa 670.000 km da Giove, mentre Ganimede, la luna più grande del Sistema Solare, orbita più lontano a circa 1.070.000 km. In queste due lune il riscaldamento mareale si pensa contribuisca a mantenere liquidi i loro oceani sotterranei sepolti sotto diversi chilometri di ghiaccio.

Per esplorare questi oceani sono già in viaggio due missioni. La sonda Juice (Jupiter Icy Moons Explorer) dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), partita nell'aprile 2023 e in arrivo nel sistema di Giove nel 2031, farà due sorvoli di Europa prima di passare a Ganimede, diventando la prima sonda a entrare in orbita stabile attorno a una luna di Giove. La sonda Europa Clipper della NASA, la più grande sonda interplanetaria mai costruita in termini di massa totale, lanciata nell'ottobre 2024 e in arrivo nell'aprile 2030, avrà invece come unico obiettivo la luna Europa. Tramite numerosi sorvoli ravvicinati dovrà riuscire a misurare lo spessore della sua crosta di ghiaccio e valutare se il suo oceano possa essere adatto a ospitare forme di vita.

I dati raccolti da Juno diventano così complementari a quelli che raccoglieranno queste missioni. Aver misurato come il calore mareale risale dall'interno di una luna rocciosa fornisce un modello di riferimento calibrato su un caso, quello di Io, più estremo e quindi più facile da osservare. Confrontando ciò che Juice ed Europa Clipper scopriranno sotto i gusci di ghiaccio di Ganimede ed Europa si potrà perciò capire quanto del calore che alimenta i loro oceani provenga dallo stesso meccanismo mareale osservato su Io.

non perderti questo articolo

La sonda Juno ha osservato l’eruzione vulcanica più potente mai vista sulla luna Io di Giove