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Constraints on Io's and Europa's atmospheres and interiors from modeling of the satellites' aurora

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La modellazione delle atmosfere delle lune galileiane comprova che Galileo abbia rilevato un pennacchio d’acqua su Europa

Modellando le interazioni tra il flusso plasmatico di Giove e l’atmosfera delle sue lune (Io ed Europa), AuroraMHD ha fatto avanzare l’interpretazione dei dati precedenti, i quali alludevano alla possibilità che Galileo avesse registrato un pennacchio d’acqua su Europa.

Spazio

Le due lune galileiane – Io ed Europa–- sono entrambe incorporate nella vasta magnetosfera di Giove. Si tratta di un plasma magnetizzato vorticoso di gas ionizzato elettricamente conduttivo. Il gas interagisce con le atmosfere delle lune generando aurore, come osservato dal telescopio spaziale Hubble. Le modifiche alla luminosità e alla morfologia di queste aurore sono correlate al mutare dell’ambiente plasmatico delle lune. Ad esempio, punti luminosi vicino all’equatore di Io oscillano in relazione al campo magnetosferico mutevole di Giove. L’aurora di Europa è debole nella regione equatoriale, con chiazze luminose nelle regioni polari settentrionali e meridionali. L’interazione con il plasma di Io accoppia elettromagneticamente Io e Giove attraverso una corrente elettrica invisibile di particelle cariche che lasciano «impronte» delle aurore negli emisferi meridionale e settentrionale di Giove. La loro luminosità varia in base all’interazione locale di Io con il plasma magnetosferico. Il progetto AuroraMHD, sostenuto dalle azioni Marie Skłodowska-Curie, ha sviluppato un modello informatico per studiare l’interazione tra le lune e il plasma magnetizzato in movimento. «Il confronto dei nostri risultati con le misurazioni effettive del plasma ha aumentato la nostra conoscenza delle regioni interne e delle atmosfere di queste lune. Probabilmente abbiamo anche identificato un pennacchio d’acqua su Europa rilevato da Galileo», afferma Aljona Blöcker, ricercatrice del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma.

Modellazione delle interazioni plasmatiche

AuroraMHD ha modellato diversi fenomeni fisici emergenti dalle interazioni tra la luna e il plasma, come le collisioni tra le particelle nelle atmosfere delle lune e le particelle di plasma dalla magnetosfera di Giove. Poiché questi fenomeni fluttuano nel tempo, le simulazioni sono state generate da diverse configurazioni. I risultati sono stati confrontati con le misurazioni della sonda spaziale Galileo della NASA, attraverso una collaborazione con ESTEC-ESA. I dati sui campi elettromagnetici nell’ambiente plasmatico di Europa, ottenuti da ciascuna simulazione, sono stati inseriti per ulteriori simulazioni del flusso di protoni energetici. Le molecole d’acqua possono modificare l’ambiente elettromagnetico dell’atmosfera e quindi influenzare le traiettorie delle particelle energetiche. Poiché si ipotizza che Europa abbia un oceano d’acqua sotto la sua crosta, i movimenti dei protoni sono stati simulati all’interno di diverse configurazioni dell’atmosfera di Europa, con un pennacchio di vapore acqueo presente. I risultati sono stati poi confrontati con le misurazioni delle particelle energetiche effettuate dalla sonda spaziale Galileo della NASA. «Ci siamo entusiasmati nel constatare che l’inclusione di un pennacchio nella nostra simulazione comporta un impoverimento del protone simile a quello misurato durante un volo della sonda Galileo», aggiunge Blöcker. «In mancanza di osservazioni dirette di pennacchi d’acqua, indizi come questi sono estremamente importanti. L’impoverimento energetico del protone non era mai stato analizzato prima in relazione alle diverse caratteristiche atmosferiche di Europa». Il team ha inoltre modellato l’interazione del plasma con Io per approfondire in che modo le variazioni nell’ambiente e nell’atmosfera del plasma di Io potrebbero influenzare il flusso di energia che si irradia da Io e che influenza l’impronta della sua aurora. «Abbiamo correlato i cambiamenti nelle densità atmosferiche e plasmatiche, insieme alle alterazioni del campo magnetico, alle variazioni nella luminosità dell’impronta di Io osservate dalla sonda Juno della NASA», spiega Blöcker.

Favorire le missioni future

Io è il corpo più vulcanicamente attivo all’interno del nostro sistema solare, con flussi di lava ed eruzioni presenti su tutta la sua superficie. La luna presenta un’atmosfera rarefatta di anidride solforosa e potrebbe ospitare un oceano di magma. Europa presenta un’atmosfera debolmente ossigenata e, essendo ricoperta di ghiaccio, ha la superficie più liscia del nostro sistema solare. Poiché ospita un oceano di acqua salata sotto la sua crosta ghiacciata, si ritiene che sia in possesso degli ingredienti fondamentali per supportare la vita. I risultati di AuroraMHD contribuiscano alla pianificazione di future osservazioni da parte di sonde spaziali, quali la missione JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) dell’ESA e la missione Europa Clipper della NASA.

Parole chiave

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