Benvenuti in un viaggio alla scoperta delle meraviglie di Giove, il gigante gassoso che domina il nostro Sistema Solare. Alessandro
Ravagnin ci accompagna in un percorso unico, spingendo le osservazioni amatoriali oltre i confini tradizionali. Attraverso tecniche
avanzate di spettroscopia e imaging, esploreremo le caratteristiche spettroscopiche del pianeta e dei suoi affascinanti satelliti
medicei, immergendoci in dettagli che vanno oltre le “belle immagini”.
L’articolo rappresenta un invito all’innovazione, mostrando come la passione e l’uso creativo di strumentazione accessibile possano
produrre risultati straordinari. Prepariamoci a scoprire nuovi metodi di osservazione, a comprendere le peculiarità di Giove e a
lasciarci ispirare dalle possibilità di un’astronomia amatoriale che punta sempre più in alto.
Giove, il gigante gassoso più grande del Sistema Solare, rappresenta da sempre una sfida affascinante per gli astrofili, non solo per la sua mole e le sue incredibili dimensioni apparenti, ma anche per i fenomeni straordinari e mutevoli che si possono osservare sul disco e nel suo sistema di satelliti medicei. La tecnologia ha fatto incredibili passi avanti in questi ultimi anni e la produzione fotografica di moltissimi astrofili nazionali e interazionali ha raggiunto livelli qualitativi eccezionali. Nelle riprese planetarie in alta risoluzione uno dei fattori che più influiscono sul risultato finale è il seeing, ossia la turbolenza atmosferica: più l’aria è calma e più i dettagli osservabili al telescopio aumentano, fino ad esplodere nei momenti di quiete assoluta.
Il seeing è tendenzialmente una caratteristica di ogni precisa regione geografica (dipende dall’orografia del territorio e dalle correnti in quota) ed è fortemente variabile in base alle condizioni meteorologiche. Da dove riprendo, ossia dal giardino di casa in periferia di Romano d’Ezzelino in provincia di Vicenza, in periferia della Pianura Padana ai piedi del monte Grappa, non raggiungo mai picchi di qualità e mediamente il seeing si attesta sui 1.5/2 secondi d’arco, tutto sommato un buon valore per ottenere riprese a media risoluzione di qualità accettabile. Nelle poche serate di aria particolarmente stabile, riesco a raggiungere punte inferiori anche al secondo d’arco, riuscendo ad avvicinarmi, grazie al lucky-imaging, alla risoluzione teorica del C11HD, ossia di 0.4 secondi d’arco alla lunghezza d’onda di 550nm (seeing e risoluzione dei telescopi dipendono dalle lunghezze d’onda della radiazione elettromagnetica); purtroppo il numero di simili serate si contano, nell’arco di un anno, sulle dita di una mano.
Il grosso sforzo profuso dagli astrofotografi planetari è generalmente rivolto a migliorare la risoluzione e la resa cromatica dei dettagli che caratterizzano le superficie dei pianeti, fino ad arrivare addirittura a risolvere le strutture dei satelliti maggiori. In questi casi, non solo la turbolenza gioca un ruolo fondamentale, ma anche la qualità delle ottiche e la relativa collimazione diventano decisivi. Alcuni si avventurano poi in meravigliose animazioni dove si apprezza la rotazione del pianeta ottenuta montando riprese effettuate in due/tre notti consecutive, ma si può andare oltre? Oltre alle bellissime immagini in RGB, c’è qualcos’altro che un astrofilo, dotato di media strumentazione, può fare in questo campo? Dal mio punto di vista la risposta è “sì” e nella sezione successiva mostrerò come osservare Giove (e i pianeti in genere) oltre quelli che si intendono come i “normali limiti”, arrivando ossia all’estremo dello spettro elettromagnetico accessibile da terra e con, naturalmente, strumentazione amatoriale.
Indice dei contenuti
GIOVE IN PROFONDITA’
Nel mio personale percorso di crescita nel campo dell’astronomia, una tappa fondamentale è stato l’approdo alla spettroscopia, complice anche un bellissimo articolo di Lorenzo Franco, pubblicato l’anno scorso proprio su questa rivista, sull’introduzione alla spettroscopia amatoriale ed un corso tenuto da Paolo Ochner, all’Osservatorio Astrofisico di Asiago ai piedi del telescopio Galileo. Ampliare su un’altra dimensione, più vicina al campo scientifico, la passione per il cosmo è fonte di incredibili soddisfazioni e soprattutto di conoscenza. Perché limitarsi alle sole “belle foto” e non guardare e studiare anche più in profondo quello che ci sovrasta e che viene puntato dal nostro obiettivo? Nell’era dei social network, di TikTok, Facebook e tutte le piattaforme di condivisione immagini e filmati di varia natura, un po’ di sano studio e sviluppo di contenuti più vicini alla scienza che all’arte fa bene allo spirito! Attrae pochi “like”, ma riempie la testa di nuove conoscenze e arricchisce interiormente. Concedetemi questa breve premessa perché spero che questo studio essere di ispirazione per gli amanti del cielo spingendoli ad andare oltre alla “mera apparenza”.
nel primo spettro in alto si possono notare le due fasce scure orizzontali dovute alla SEB (in alto) e alla NEB (in basso); SEB non visibile come fascia scura orizzontale nello spettro centrale in quanto la fenditura era posizionata sopra la luminosa baia della macchia rossa.
Ma torniamo al tema centrale, recentemente ho intrapreso quello che definisco un progetto di osservazione “estesa” su Giove e sui satelliti medicei, con l’obiettivo di studiare le differenze spettrali alle diverse latitudini del pianeta coinvolgendo anche i principali corpi che lo accompagnano: Io, Europa, Ganimede e Callisto.
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Le osservazioni sono state effettuate utilizzando lo spettroscopio autocostruito su base progetto Sol’Ex di Christian Buil e in bassa risoluzione, accoppiandolo al telescopio C11HD ed alla camera monocromatica ASI2600MM. Ho poi optato per una tecnica di estrazione dei dati spettrali basata su posizioni multiple della fenditura dello spettroscopio, selezionando latitudini specifiche del pianeta per confrontare le caratteristiche atmosferiche in diverse regioni: polo nord, la NEB, la SEB, l’EZ, la baia della macchia rossa. Per quanto riguarda i satelliti invece, l’obiettivo è stato ottenere spettri distinti per ciascuno di essi, confrontandoli con lo spettro del disco gioviano e soprattutto con lo spettro del Sole ottenuto precedentemente.
GLI SPETTRI DEI SATELLITI MEDICEI
Cominciamo analizzando gli spettri dei satelliti medicei, corpi solidi che riflettono la luce del Sole. Io, Europa, Ganimede e Callisto presentano spettri simili a quello solare, ma con variazioni significative legate alla composizione chimica e alla struttura delle loro superfici. Queste ultime infatti non agiscono come specchi perfetti: gli elementi e i composti che le caratterizzano riflettono la luce in modo peculiare, influenzati dalle diverse lunghezze d’onda della radiazione incidente.
Per una maggiore precisione, sarebbe stato ideale normalizzare gli spettri dei satelliti con quello di una stella simile al Sole, ottenendo così lo spettro di riflettanza delle loro superfici, con valori compresi tra 0 (assorbimento totale) e 1 (riflessione totale). Sarà un passaggio da aggiungere alle osservazioni future.
Al netto degli assorbimenti dovuti all’atmosfera terrestre e alle righe di assorbimento proprie del Sole, gli spettri dei satelliti medicei evidenziano differenze significative nel continuo: Ganimede mostra una riflettanza superiore nella regione UV/B rispetto alla regione R/IR, al contrario di Io che mostra uno spettro opposto. La differenza dicevamo, è dovuta alla composizione delle rispettive superfici: quella di Io, dominata da attività vulcanica, è ricca di zolfo elementare e diossido di zolfo (SO₂), i quali conferiscono al satellite la sua caratteristica colorazione giallo-arancio e quindi uno spettro “sbilanciato” verso le lunghezze d’onda maggiori (IR); quella di Ganimede, invece, per lo più composta da rocce e ghiaccio, riflette con un’efficienza maggiore nella banda UV/B e perciò lo spettro presenta valori più intensi appunto alle corte lunghezze d’onda. Europa e Callisto, si posizionano invece più o meno a metà strada tra i due estremi, con Europa, anch’esso composto di ghiaccio chiaro e Callisto, composto da un mix di ghiaccio e rocce molto scure. Per ora nessuna particolarità interessante da segnalare ma chissà in futuro.
LO SPETTRO DEL GIGANTE
L’analisi spettroscopica di Giove è stata invece più complessa: privo di una superficie solida, il pianeta riflette la luce del Sole attraverso un mix turbolento di gas. L’interazione della luce con i vari strati atmosferici genera un quadro complesso di riflessione, assorbimento e diffusione molto intricato. Le principali caratteristiche dello spettro di Giove includono:
• Bande di assorbimento del metano (CH₄): prominenti nel vicino infrarosso, con picchi evidenti a 619 nm, 727 nm e 890 nm.
• Assorbimento dell’ammoniaca (NH₃): debole ma rilevabile nel visibile, intorno a 648 nm.
• Effetto della “foschia marrone”: una nebbia di aerosol complessità che assorbe significativamente nella regione UV/blu (<450 nm), contribuendo al contrasto tra zone chiare e bande scure.
• Regioni polari: dominano gli UV e mostrano variazioni spettrali legate a foschie e composizioni chimiche diverse rispetto alle latitudini equatoriali. Gli spettri sono stati acquisiti con la fenditura posizionata in diverse regioni del disco di Giove: sulla SEB, sulla NEB, sulla EZ, sulla calotta polare Nord e sulla baia della macchia rossa nel bel mezzo della SEB.
IMMAGINI E ANALISI ESTREMA
A valle delle riprese spettroscopiche ho quindi realizzato delle riprese fotografiche classiche, ma utilizzando filtri capaci di far passare piccole finestre di luce oltre al visibile (bande RGB), dagli UV al vicino infrarosso, nella banda del Metano (CH4) a 890nm. Le composizioni RGB evidenziano le ben note bande equatoriali e le zone polari gioviane, ma le riprese in UV e nella banda del metano (CH₄) rivelano dettagli unici e sorprendenti. La risoluzione delle riprese non è altissima, anzi, ma è necessario tenere in considerazione che le camere CMOS commerciali non sono molto sensibili a queste lunghezze d’onda e che l’uso di simili filtri riduce ulteriormente la quantità di luce che raggiunge il sensore, vanificando il vantaggio del LuckyImaging (i tempi di esposizione sono saliti a 3 secondi rendendo impossibile congelare l’effetto della turbolenza atmosferica).
Le immagini UV mettono in risalto la luminosità delle regioni polari e dei lembi, grazie alla diffusione Rayleigh e alla presenza di aerosol, ciò contribuisce a conferire un aspetto più “piatto” al disco. Nella banda del metano si osserva una maggiore brillantezza nelle fasce polari e nella Grande Macchia Rossa, attribuibile all’assorbimento selettivo negli strati più alti dell’atmosfera.
Per enfatizzare queste caratteristiche, ho poi pensato di creare una composizione estrema combinando immagini UV, G (verde) e CH4 (l’UV è stato usato come canale Blu e il CH4 come canale Rosso). Questo approccio, simile a quello utilizzato dagli scienziati con le osservazioni di Hubble pubblicate nel 2017, permette di evidenziare le variazioni atmosferiche del pianeta in un range spettrale oltre al visibile.
CONCLUSIONI
Le osservazioni “estreme” di Giove richiedono ottime condizioni meteorologiche, specialmente per quanto riguarda la turbolenza atmosferica terrestre e la trasparenza (l’atmosfera assorbe molto negli UV).
Nonostante le limitazioni del mio sito, sono soddisfatto dei risultati ottenuti, che dimostrano come anche con una strumentazione accessibile agli astrofili si possano raggiungere traguardi significativi, avvicinandosi a dati utili per una vera analisi scientifica. Mi propongo di ripetere l’esperimento in altri periodi dell’anno, specialmente quando Giove si troverà in condizioni di opposizione, e di sfruttare l’esperienza acquisita per studiare nuovi target, come Saturno e i suoi anelli o, eventualmente, Urano e Nettuno, che presentano sfide oltre i limiti per la minor luminosità e per il piccolo diametro apparente. La prossima volta inoltre riprenderò anche lo spettro di un analogo solare al fine di ottenere lo spettro di riflettanza come da manuale. Un consiglio per i lettori che vogliono cimentarsi in esperimenti simili: pianificate con cura le osservazioni attendendo la serata giusta, assicuratevi di avere una strumentazione ben collimata e calibrata, e non abbiate timore di sperimentare. L’osservazione e l’analisi possono diventare una fonte inesauribile di soddisfazione, arricchendo non solo le vostre competenze tecniche, ma anche la comprensione del nostro Sistema Solare.
Sono disponibile a rispondere a domande o chiarire eventuali passaggi delle tecniche illustrate, nella speranza che questa esperienza possa essere d’ispirazione per altri astrofili e, perché no, per avviare discussioni più approfondite nei prossimi numeri della rivista.
SUGGERIMENTO: LE ZONE DI GIOVE
1. SEB (South Equatorial Belt): La Cintura Equatoriale Sud è una delle fasce scure visibili nell’atmosfera di Giove, situata appena
a sud dell’equatore. È caratterizzata da una dinamica atmosferica intensa, con tempeste e correnti a getto.
2. NEB (North Equatorial Belt): La Cintura Equatoriale Nord è l’equivalente settentrionale della SEB, situata appena a nord dell’equatore di Giove. Anche questa fascia è nota per la sua attività turbolenta e i colori distintivi dovuti a nubi e composti chimici.
3. EZ (Equatorial Zone): La Zona Equatoriale è una banda luminosa situata tra la SEB e la NEB. È più chiara rispetto alle cinture circostanti ed è caratterizzata da nubi di ammoniaca ad alta quota e venti regolari.
4. Calotta polare Nord: Questa si riferisce alle regioni circumpolari di Giove nell’emisfero settentrionale. Le calotte polari mostrano
un’attività atmosferica unica, con vortici polari e fenomeni aurorali.
5. Baia della macchia rossa: Questa regione si trova nella SEB, in prossimità della Grande Macchia Rossa (GRS), la famosa tempesta antica di Giove. La “baia” rappresenta un’area di transizione o di interazione dinamica tra la Macchia Rossa e la SEB circostante.
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L’articolo è pubblicato in COELUM 272 VERSIONE CARTACEA
