Fenomeni mutui dei satelliti di Giove: orbite e movimenti – 1 parte

Si tratta di eventi che si verificano circa ogni sei anni e sono generati da complesse condizioni e configurazioni geometriche che coinvolgono le orbite della Terra e di Giove intorno al Sole e dei quattro satelliti galileiani (Io, Europa, Ganimede e Callisto) attorno a Giove.
Manca ancora parecchio tempo a questi eventi ed allora, invece di arrivare subito al dettaglio dei singoli fenomeni, proponendo una tabella piena zeppa di cifre e annotazioni (che di comprensibile ha veramente poco), ho pensato di spiegare passo passo come e perché si generano questi eventi, ma soprattutto di cosa stiamo parlando.
Come in tutte le branche della Scienza, anche in questo caso per spiegare un fenomeno complesso non si può pretendere di capirlo e digerirlo in quattro e quattr’otto senza fatica: si deve partire da informazioni e conoscenze indispensabili.

Questo che state leggendo è perciò il primo di una serie di articoli su un argomento, diciamolo subito, alquanto complicato, ma non impossibile: rimbocchiamoci le maniche e approfittiamo di questa occasione per ricapitolare o al limite imparare alcune importanti informazioni di base che ci serviranno poi per comprendere meglio i fantastici eventi che ci aspettano fra qualche mese.

Analizziamo insieme questo primo diagramma, partendo da alcune informazioni numeriche di base.

In questo diagramma, che ho realizzato con Adobe Illustrator, possiamo vedere (assolutamente NON in scala!) la situazione geometrica che si presenta tra le orbite della Terra e di Giove intorno al Sole e l’orbita di un $satellite$ intorno a Giove.
L’orbita della Terra intorno al Sole avviene lungo un’ellisse adagiata su di un piano: focalizziamo la nostra attenzione su questo piano, che ho indicato in figura come piano dell’orbita terrestre.
Giove, come tutti i pianeti, ruota attorno al Sole seguendo un’orbita ellittica, secondo le ben note Leggi di Keplero: sappiamo che prendendo come unità il raggio dell’orbita terrestre (1 Unità Astronomica, UA) l’orbita di Giove possiede un raggio di 5.2 UA (parlo sempre di valori medi).
Dal diagramma approssimato, ma anche dalla realtà, sappiamo che l’orbita di Giove intorno al Sole avviene lungo un piano che risulta inclinato di circa 1.3 gradi rispetto al piano dell’orbita terrestre: questo fatto comporta (sempre con le dovute approssimazioni! ma da adesso in poi non lo ripeterò più!) che circa metà dell’orbita di Giove avviene al di sopra di questo piano di riferimento e l’altra metà al di sotto: nel diagramma ho indicato in grigio la parte dell’orbita di Giove a Sud dell’eclittica.
Quella che ho indicato a tratteggio è la cosiddetta linea dei nodi dell’orbita di Giove, che rappresenta lo spartiacque tra posizioni di Giove al di sopra e al di sotto dell’eclittica: quando Giove si trova nei punti A o B della propria orbita, visto dalla Terra si troverà esattamente sull’eclittica e perciò avrà una latitudine eclittica esattamente pari a 0°.
In corrispondeza del punto C, Giove si vedrà dalla Terra a Nord dell’eclittica e perciò presenterà una latitudine positiva. Al contrario accade nel punto D in cui Giove avrà una latitudine eclittica ben negativa.

Nel diagramma ho tracciato anche l’orbita di uno dei satelliti di Giove: sappiamo bene (proprio perché si tratta di Leggi Universali) che in pure questo caso valgono tutte le considerazioni fatte in precedenza. Anche per i satelliti Galileiani si tratta di orbite ellittiche, con parametri orbitali che seguono ovviamente le leggi di Keplero.
Approfondiamo la conoscenza di queste orbite. Quello che ci interessa principalmente sono le loro inclinazioni orbitali, molto piccole, dato che non raggiungono il mezzo grado: in particolare, seguendo l’ordine naturale di distanza dal pianeta gassoso, valgono rispettivamente 0.05°, 0.47°, 0.20° e 0.20°. A causa di questi valori molto bassi in genere si legge nei testi di Astronomia che in media le orbite dei satelliti di Giove sono complanari rispetto all’equatore di Giove e da altre parti si legge che i satelliti (e per primo se n’era accorto Galileo) si vedono spostarsi avanti ed indietro da un lato all’altro di Giove seguendo un andamento sinusoidale, lungo un percorso in prima approssimazione rettilineo.
La realtà invece è molto più complicata.

Fin qui la teoria, ma cosa vediamo nel cielo?

Per proseguire nell’analisi della situazione, ho ancora una volta sfruttato il ben noto programma Celestia, il fido compagno di viaggio dei miei articoli: l’ho utilizzato ancora una volta come strumento per poter visualizzare una certa situazione geometrica, che ben difficilmente sarebbe visualizzabile solamente facendo qualche semplice calcolo trigonometrico e avendo a disposizione solo qualche arida cifra.
Il 22 febbraio 2014, data scelta assolutamente a caso, la configurazione dei satelliti di Giove ad una certa ora era la seguente: questa immagine è tratta da un mio programma più volte utilizzato in situazioni analoghe

Come si può notare i satelliti Galileiani non si trovavano lungo una linea retta e tutto sommato siamo più che abituati a questo fatto, soprattutto se effettuiamo l’osservazione sera dopo sera di questo splendido spettacolo celeste, anche con un semplice ma buon binocolo: ma da cosa deriva questa configurazione? Hanno torto i testi astronomici? Ovviamente no: un fattore importantissimo nel determinare la posizione verticale dei quattro satelliti è non tanto l’inclinazione dei piani dei satelliti (che abbiamo visto essere molto bassa, seppure non nulla), ma l’inclinazione del piano orbitale di Giove: quel grado e mezzo circa gioca un ruolo fondamentale.

Grazie appunto a Celestia possiamo vedere Giove e i suoi 4 satelliti, con alcune tracce colorate aggiuntive ma senza inutili scritte che avrebbero complicato ulteriormente la comprensibilità del diagramma stesso

Qui vediamo disegnate in verde le orbite dei satelliti, i puntini bianchi posti guardacaso in una posizione corrispondente alla figura precedente! La particolare configurazione geometrica di quel giorno presentava le orbite secondo quattro ellissi abbastanza schiacciate, proprio perché dalla Terra queste quattro orbite si vedono sotto un certo angolo.

Arrivati a questo punto, cerchiamo di digerire tutte queste informazioni e prima di proseguire nell’analisi della situazione con la seconda parte, facciamo un attimo un salto dalle parti di Saturno, per incontrare una certa analogia, assolutamente più eclatante e ben conosciuta nel caso del pianeta con gli Anelli. Vediamone un’immagine composita realizzata grazie all’HST.

Sappiamo che gli Anelli si vedono aperti ed ellittici per poi diminuire nel tempo la propria apertura, fino a diventare una linea orizzontale (anelli di taglio), per poi riaprirsi di nuovo fino ad una nuova $apertura$ massima e così via per un nuovo ciclo: si tratta di una delle meraviglie del Sistema Solare, che chiunque può ammirare anche con un buon binocolo. E non ci si stancherà mai!

Dopo questa piccola parentesi, ritorniamo al nostro pianeta gigante e gassoso. Immaginate la situazione?
Anche le orbite dei satelliti Giove si presentano periodicamente di taglio e solo in questa situazione i puntini che si vedono dalla Terra appaiono perfettamente allineati orizzontalmente. Ma la vera peculiarità di questa situazione è che i quattro satelliti offrono degli spettacoli aggiuntivi che definirei assolutamente fantastici.

E come scrivono nei siti astronomici d’oltreoceano, rimanete sintonizzati!