Da quando la missione Voyager della NASA vide per la prima volta i lampi gioviani nel 1979, si è pensato che i fulmini su altri pianeti fossero simili a quelli terrestri i quali si verificano durante i temporali guidati da importanti masse d'arqua, in cui l'elemento può coesistere in tutte le sue fasi (solida, liquida e gassosa) generando fenomeni elettrici. Questo stesso meccanismo, collocherebbe la formazione delle tempeste gioviane tra i 45 ed i 65 chilometri sotto le nuvole visibili, dove le temperature oscillano attorno ai 0 gradi Celsius (la temperatura a cui l'acqua gela).
La Voyager e tutte le altre missioni successive che si sono avvicinate al gigante gassoso, prima di Juno, hanno visto i fulmini apparire come punti luminosi sulla cima della copertura nuvolosa, suggerendo che i lampi provenissero da nuvole di acqua profonde. Ma le osservazioni effettuate da Juno sul lato notturno del pianeta raccontano un'altra storia.
"I passaggi ravvicinati di Juno sulle cime delle nuvole ci hanno permesso di vedere qualcosa di sorprendente - lampi più piccoli e meno profondi - originati ad altitudini molto più elevate nell'atmosfera di Giove di quanto precedentemente ipotizzato", ha dichiarato Heidi Becker, ricercatrice NASA responsabile per lo strumento Radiation Monitoring Investigation ed autrice dello studio pubblicato su Nature.
Becker e il suo team suggeriscono che i potenti temporali di Giove lanciano cristalli di ghiaccio d'acqua in alto nell'atmosfera del pianeta, oltre 25 chilometri sopra le nuvole d'acqua di Giove, dove incontrano il vapore di ammoniaca atmosferica che scioglie il ghiaccio, formando una nuova miscela di acqua ed ammoniaca.
"A queste altitudini, l'ammoniaca agisce come antigelo, abbassando il punto di fusione dell'acqua ghiacciata e consentendo la formazione di una nuvola soluzione liquida ammoniaca-acqua", ha detto.
"In questo nuovo stato, le goccioline di ammoniaca-acqua liquida possono entrare in collisione con i cristalli di ghiaccio d'acqua in risalita ed elettrizzare le nuvole. Questa è stata una grande sorpresa, poiché le nuvole di acqua e ammoniaca non esistono sulla Terra".
I fulmini nell'alta atmosfera sono stati un altro enigma da risolvere su Giove.
Il Microwave Radiometer di Juno ha scoperto che l'ammoniaca era esaurita, vale a dire mancante, nella maggior parte dell'atmosfera di Giove e che la quantità di ammoniaca cambia mentre ci si muove nell'atmosfera stessa.
"In precedenza, gli scienziati si erano resi conto che c'erano piccole sacche di ammoniaca mancante ma nessuno sapeva quanto fossero profonde o che coprissero la maggior parte di Giove", ha detto Scott Bolton, ricercatore principale presso il Southwest Research Institute. "Stavamo lottando per spiegare l'esaurimento dell'ammoniaca con la sola pioggia di ammoniaca ma questa non andava abbastanza in profondità da corrispondere alle osservazioni. Tuttavia, mi sono reso conto che un solido, come un chicco di grandine, potrebbe andare più in profondità e assorbire più ammoniaca. Quando Heidi ha scoperto fulmini sulla cima delle nuvole, ci siamo resi conto di avere le prove che l'ammoniaca si mescola con l'acqua alta nell'atmosfera e quindi il fulmine è stato un pezzo chiave del puzzle".
Crediti: NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS
La strana miscela di 2/3 di acqua e 1/3 di ammoniaca gassosa diventa il seme per i chicchi di grandine di Giove, chiamati "funghi".
Costituiti da strati di fanghiglia di acqua-ammoniaca e ghiaccio, coperti da una crosta di ghiaccio d'acqua più spessa, i funghi vengono generati in modo simile alla grandine sulla Terra, diventando più grandi mentre si muovono su e giù attraverso l'atmosfera.
"Alla fine, i funghi diventano così grandi che anche le correnti ascensionali non riescono a trattenerli e cadono più in profondità nell'atmosfera, incontrando temperature ancora più calde, dove alla fine evaporano completamente", ha detto Tristan Guillot dell'Université Côte d'Azur in Nice (Francia), autore di una seconda ricerca, uscita su Journal of Geophysical Research: Planets.
"La loro azione trascina l'ammoniaca e l'acqua fino a livelli profondi nell'atmosfera del pianeta. Questo spiega perché non ne vediamo molta con il Microwave Radiometer di Juno".
"La combinazione di questi due risultati è stata fondamentale per risolvere il mistero della mancanza di ammoniaca di Giove", ha detto Bolton. "Come si è scoperto, l'ammoniaca in realtà non manca; viene semplicemente trasportata verso il basso sotto mentite spoglie, dopo essersi ammantata mescolandosi con l'acqua. La soluzione è molto semplice ed elegante con questa teoria".
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