SATELLITI NATURALI DI GIOVE:

Giove possiede un elevato numero di satelliti naturali, attualmente quantificato in 67, che lo rendono il pianeta con il più grande corteo di satelliti con orbite ragionevolmente sicure del sistema solare. I maggiori, i satelliti medicei (o galileiani), sono stati scoperti nel 1610 da Galileo Galilei e furono i primi oggetti individuati in orbita ad un oggetto che non fosse la Terra o il Sole. Dalla fine del XIX secolo sono state scoperte decine di lune di dimensioni minori, che hanno ricevuto i nomi di amanti, conquiste o figlie di Zeus (l'equivalente greco di Giove). Otto dei satelliti di Giove sono definiti satelliti regolari, con orbite prograde, quasi circolari e poco inclinate rispetto al piano equatoriale del pianeta.

Fotomontaggio di Giove con i satelliti galileiani.

I satelliti medicei presentano una forma sferoidale e sarebbero considerati dei pianeti nani se orbitassero direttamente attorno al Sole; gli altri quattro satelliti regolari sono invece più modesti e più vicini al pianeta e costituiscono la sorgente delle polveri che vanno a formare il sistema di anelli del pianeta. Le restanti 54-55 lune sono annoverate tra i satelliti irregolari, le cui orbite, sia prograde sia retrograde, sono poste a una maggiore distanza dal pianeta madre e presentano alti valori di inclinazione ed eccentricità orbitale. Questi satelliti sono spesso considerati più che altro degli asteroidi (cui spesso assomigliano per dimensioni e composizione) catturati dalla grande gravità del gigante gassoso; di questi, tredici, scoperti tutti abbastanza recentemente, non hanno ancora un nome, mentre per altri quattordici si attende che la loro orbita sia precisamente determinata. Il numero preciso di satelliti non sarà mai quantificato esattamente, perché i frammenti ghiacciati che compongono i suoi anelli possono tecnicamente essere considerati tali; inoltre, a tutt'oggi, l'Unione Astronomica Internazionale non ha voluto porre con precisione una linea arbitraria di distinzione tra satelliti minori e grandi frammenti ghiacciati.

STORIA DELLE OSSERVAZIONI:

Secondo fonti storiche, dei quattro satelliti medicei, Ganimede sarebbe visibile ad occhio nudo in condizioni osservative ideali e se l'osservatore fosse dotato di una vista acuta; infatti, le sue prime osservazioni potrebbero risalire all'astronomo cinese Gan De, che nel 364 a.C. sarebbe riuscito a vedere il satellite schermando la vista di Giove con un albero o qualcosa di analogo. Anche gli altri tre satelliti sarebbero in teoria visibili ad occhio nudo, raggiungendo una magnitudine apparente inferiore alla 6ª - che corrisponde al limite di visibilità - se non fossero nascosti dalla luminosità di Giove.

Considerazioni recenti, mirate a valutare il potere risolutivo dell'occhio nudo sembrerebbero tuttavia indicare che la combinazione della ridotta distanza angolare tra Giove ed ognuno dei suoi satelliti e della luminosità del pianeta (anche valutando le condizioni in cui questa sarebbe minima) renderebbero impossibile per un uomo riuscire ad individuare uno dei satelliti. Le prime osservazioni registrate dei satelliti di Giove furono tuttavia quelle che Galileo Galilei compì tra il 1609 e il marzo 1610, che gli permisero di individuare i quattro satelliti medicei (Io, Europa, Ganimede e Callisto) con il suo cannocchiale. Non furono scoperti altri satelliti sino a quando Edward Emerson Barnard osservò Amaltea nel 1892. Grazie anche all'aiuto dell'astrofotografia, nel corso del XX secolo si susseguirono rapidamente numerose scoperte. Imalia fu scoperta nel 1904, Elara nel 1905, Pasifae nel 1908, Sinope nel 1914, Lisitea e Carme nel 1938, Ananke nel 1951, e Leda nel 1974. Sino a quando le sonde Voyager raggiunsero il sistema di Giove, nel 1979, il numero di satelliti del gigante gassoso si era quindi stabilito sulle 13 unità; nel 1975 fu scoperto un quattordicesimo satellite, Temisto, ma, a causa della quantità di dati disponibili ancora insufficiente, i suoi parametri orbitali non poterono essere ricavati e la sua scoperta non venne ufficializzata sino al 2000. Le missioni Voyager permisero di scoprire altre tre lune, poste internamente rispetto ai satelliti galileiani e strettamente correlate col sistema di anelli del pianeta: Metis, Adrastea e Tebe. Fino al 1999 si riteneva così che il sistema di Giove fosse composto da soli 16 satelliti. Per due decenni non furono scoperti altri satelliti, ma tra l'ottobre 1999 e il febbraio 2003 i ricercatori riuscirono ad individuare, mediante strumentazioni dalla Terra molto sensibili, altre 32 lune; si trattava per lo più di oggetti molto deboli, di dimensioni in genere non superiori ai 10 km, posti in orbite molto ampie, eccentriche e generalmente retrograde. Si ritiene che tutti questi piccoli satelliti siano in realtà dei corpi di origine asteroidale o addirittura cometaria, probabilmente anche frammenti di corpi originariamente ben più grandi, catturati dall'immane gravità del pianeta. In seguito sono stati scoperti, ma non ancora confermati, altri 18 satelliti che hanno portato a 67 il numero delle lune osservate; non si esclude però l'esistenza di altri satelliti, ancora inosservati, in orbita attorno al pianeta.

Replica di un carteggio autografo di Galileo sulla scoperta dei satelliti medicei.

FORMAZIONE ED EVOLUZIONE:

I satelliti regolari costituirebbero i resti di un'antica popolazione di satelliti di massa simile ai satelliti galileiani che si sarebbero formati a partire dalla coalescenza delle polveri all'interno un disco circumplanetario (detto disco protolunare), analogo ai dischi protoplanetari che circondano le stelle neoformate. Si ritiene che possano essere esistite, nella storia primordiale del pianeta, diverse generazioni di satelliti di massa paragonabile a quella dei medicei, ciascuna delle quali sarebbe poi precipitata verso il pianeta a causa degli urti nella cintura circumplanetaria, mentre nuovi satelliti si sarebbero formati dalle nuove polveri catturate dal pianeta in formazione; si ritiene che l'attuale generazione satellitare sia presumibilmente la quinta.

Dettagli dell'interno della nebulosa solare.

Essa si sarebbe formata ad una distanza maggiore rispetto a quella che attualmente possiedono, e quindi sarebbero precipitati verso orbite più interne, acquisendo ulteriormente materiale dal disco in fase di assottigliamento e stabilendosi in una risonanza orbitale che attualmente mantiene stabili Io, Europa e Ganimede; la maggior massa di quest'ultimo sta presumibilmente ad indicare che il satellite sia migrato con una velocità superiore rispetto ad Io ed Europa. I satelliti più esterni, irregolari, si sarebbero formati dalla cattura di asteroidi di passaggio; buona parte di questi corpi si sono fratturati a seguito di stress durante la cattura o a causa di collisioni con altri oggetti più piccoli, producendo le famiglie satellitari oggi visibili.

CARATTERISTICHE:

I parametri fisici ed orbitali delle lune variano in maniera molto estesa. I quattro satelliti medicei possiedono un diametro superiore ai 3000 km; Ganimede, con i suoi 5262,4 km di diametro, è inoltre, oltre al più grande dei satelliti di Giove, il più grande dei satelliti del sistema solare e il più grande oggetto del sistema solare escludendo il Sole e gli otto pianeti.

I satelliti medicei; da sinistra, in ordine di distanza crescente da Giove: Io, Europa, Ganimede e Callisto.

I restanti satelliti hanno dimensioni inferiori ai 250 km, con una soglia di incertezza di 5 km. La loro massa è talmente bassa che persino Europa, il meno massiccio dei satelliti medicei, è migliaia di volte più massiccio di tutti i satelliti non galileiani messi insieme. La traiettoria orbitale varia da quasi perfettamente circolare sino ad orbite altamente eccentriche ed inclinate; inoltre, la direzione del moto orbitale di gran parte di essi è retrograda rispetto al senso di rotazione di Giove. I periodi orbitali sono allo stesso modo molto variabili, spaziando tra sette ore e tre anni terrestri.

CLASSIFICAZIONE DEI SATELLITI:

Benché la distinzione non sia rigorosamente definita, i satelliti di Giove possono essere classificati come segue:

Grafico che mostra le masse relative dei satelliti di Giove. I satelliti medicei costituiscono la quasi totalità della massa dei satelliti del pianeta, mentre la massa del resto dei satelliti è talmente piccola da risultare invisibile a questa scala.

Satelliti Regolari:

La classe dei satelliti regolari si compone di satelliti omogenei fra loro per parametri fisici ed orbitali. È suddivisa in due gruppi: Satelliti interni (Gruppo di Amaltea) — orbitano molto vicini a Giove; di essi fanno parte, in ordine di distanza dal pianeta: Metis, Adrastea, Amaltea e Tebe. I due più interni compiono la loro orbita in meno di un giorno gioviano (minore di 10 h), mentre gli ultimi due sono rispettivamente il quinto e il settimo satellite più grande del sistema. Le osservazioni inducono a ritenere che il membro più grande del gruppo, Amaltea, non si sia formato in corrispondenza della sua attuale orbita, ma molto più lontano da pianeta, o che costituisca un corpo formatosi indipendentemente e in seguito catturato dall'attrazione gravitazionale di Giove. Questi satelliti, assieme a numerosi altri corpi più piccoli ancora da individuare, alimentano e stabilizzano il sistema di anelli del pianeta: Metis ed Adrastea contribuiscono a mantenere l'anello principale, mentre Amaltea e Tebe mantengono gli anelli Gossamer. Gruppo principale (Satelliti medicei o galileiani) — è costituito dai quattro satelliti più massicci del sistema: Ganimede, Callisto, Io ed Europa. Con dimensioni superiori a quelle di qualunque altro pianeta nano, i satelliti medicei costituiscono, se si escludono i pianeti e il Sole, alcuni dei corpi più grandi del sistema solare. Rispettivamente il primo, il terzo, il quarto e il sesto dei satelliti naturali più grandi dal punto di vista delle dimensioni, essi contengono quasi il 99,999% della massa totale in orbita attorno al pianeta. Inoltre Io, Europa e Ganimede sono tra loro in risonanza orbitale, rispettivamente 1:2:4. I modelli suggeriscono che i satelliti medicei si siano formati dal lento accrescimento della materia presente nel disco cicumplanetario di Giove, che è durato per un tempo dell'ordine di decine di milioni di anni, come nel caso di Callisto.

Satelliti Irregolari:

I satelliti irregolari sono sostanzialmente degli oggetti più piccoli, più distanti e con orbite più eccentriche rispetto ai satelliti regolari. Essi costituiscono delle famiglie (o gruppi) le cui componenti condividono valori affini nei parametri orbitali (semiasse maggiore, inclinazione, eccentricità) e nella composizione; si ritiene che si tratti, almeno in parte, di famiglie collisionali che si sono originate dalla frammentazione di un originario corpo più grande a seguito dell'impatto con asteroidi catturati dal campo gravitazionale di Giove. Le famiglie sono denominate a partire dall'oggetto più grande che ne fa parte. L'identificazione delle famiglie satellitari è sperimentale; si riconoscono due principali categorie, che differiscono per il senso in cui orbita il satellite: i satelliti progradi, che orbitano nello stesso senso di rotazione di Giove, e quelli retrogradi, che orbitano in senso opposto; queste due categorie a loro volta assommano le diverse famiglie. SATELITI PROGRADI Temisto è il più interno dei satelliti irregolari e non fa parte di nessuna famiglia conosciuta. Il gruppo di Imalia, le cui componenti si estendono sino a circa 1,4 milioni di km dal pianeta, hanno mediamente un'inclinazione di 27,5 ± 0,8° ed eccentricità comprese tra 0,11 e 0,25. Si ipotizza che la famiglia si sia formata dalla frattura di un asteroide originario della fascia principale. Carpo è la più esterna delle lune prograde e non fa parte di alcuna famiglia nota.

I SATELLITI IRREGOLARI deriverebbero da asteroidi che furono catturati dalle regioni più esterne del disco circumplanetario che circondava Giove mentre il sistema solare era ancora in formazione e furono in seguito frammentati a seguito di impatti. La loro distanza da Giove è tale che li rende soggetti ai disturbi del campo gravitazionale del Sole. S/2003 J 12 è il più interno di questa classe e non fa parte di alcuna famiglia nota. Il gruppo di Carme, le cui componenti hanno semiassi maggiori non superiori a 1,2 milioni di km, inclinazioni medie di 165,7 ± 0,8° ed eccentricità comprese tra 0,23 e 0,27. Solo S/2003 J 10 sisare discosta parzialmente da questi parametri, per via dell'elevata eccentricità della sua orbita. Le lune di questa famiglia sono molto omogenee per quanto riguarda il colore (tendente al rossastro) e si ritiene che si siano originate da un ancestrale asteroide di tipo D, probabilmente uno dei troiani di Giove. Il gruppo di Ananke, le cui componenti si estendono fino a 2,4 milioni di km, hanno inclinazioni dell'ordine dei 145,7° e 154,8° ed eccentricità tra 0,02 e 0,28. La maggior parte dei membri del gruppo appaiono grigi, e si ritiene che costituiscano i frammenti di un originario asteroide catturato da Giove. Solo gli otto membri principali (S/2003 J 16, Mneme, Euante, Ortosia, Arpalice, Prassidice, Tione, Telsinoe, Ananke e Giocasta) rispettano tutti i parametri, mentre i rimanenti otto corpi se ne discostano in parte. Il gruppo di Pasifae appare invece piuttosto sparpagliato, con un'estensione media di 1,3 milioni di km, inclinazioni comprese tra 144,5° e 158,3° ed eccentricità tra 0,25 e 0,43. Anche i colori dei membri variano significativamente, dal rosso al grigio, il che sarebbe il risultato di multiple collisioni tra asteroidi di differenti classi. Sinope, talvolta inclusa nel gruppo di Pasifae, è rosso e, data la sua marcata differenza in inclinazione rispetto agli altri membri della famiglia, si ritiene che sia stato catturato indipendentemente; Pasifae e Sinope sono inoltre vincolati in una risonanza secolare con Giove. Data la sua evidente dispersione, potrebbe trattarsi di un antico gruppo di satelliti in fase di progressiva disgregazione, oppure di un semplice raggruppamento di corpi privi di un'origine comune. S/2000 J 11, S/2003 J 2 e S/2011 J 1 non fanno parte di nessuna famiglia conosciuta.

CATTURA TEMPORANEA DI SATELLITI:

Variazioni nella popolazione dei satelliti di Giove possono derivare dalla cattura temporanea di diversi corpi minori del sistema solare, che l'attrazione dalla grande massa del pianeta trasferisce su orbite zenocentriche; l'aggettivo temporanea può essere inteso sia su una scala temporale "astronomica", quindi dell'ordine del milione di anni o più, sia su scale temporali "umane", da alcuni mesi sino a qualche decennio. In particolare, è stata individuata una classe di comete di corto periodo - indicate come comete quasi-Hilda o QHC - che attraversano periodicamente il sistema di Giove. In genere, tali comete percorrono alcune rivoluzioni attorno al pianeta - permanendo in orbita attorno a Giove anche per una decina d'anni - seguendo orbite instabili poiché altamente ellittiche e perturbabili dalla gravità solare. Mentre alcune di esse recuperano infine un'orbita eliocentrica, altre precipitano sul pianeta o, più raramente, sui suoi satelliti. Tra i satelliti temporanei, noti anche come TSC (dall'inglese Temporary Satellite Capture), catturati nell'ultimo secolo si annoverano le comete 39P/Oterma, 82P/Gehrels, 111P/Helin-Roman-Crockett, 147P/Kushida-Muramatsu e P/1996 R2 (Lagerkvist). Apparteneva probabilmente a questa classe anche la famosa D/1993 F2 (Shoemaker-Levy 9), che precipitò sul pianeta nel 1994.