La magnetosfera di Giove è la più grande e potente fra tutte le magnetosfere dei pianeti del sistema solare, nonché la struttura più grande del sistema solare stesso non appartenente al Sole: si estende infatti nel sistema solare esterno per molte volte il raggio di Giove e raggiunge un'ampiezza massima che può superare l'orbita di Saturno., 2004. Se fosse visibile ad occhio nudo dalla Terra, avrebbe un'estensione apparente superiore al diametro della Luna Piena,, 1993. nonostante la sua grande distanza.
Il campo magnetico di Giove preserva la sua atmosfera dalle interazioni col vento solare, un flusso di plasma emesso dalla nostra stella, deflettendolo e creando una regione distinta, detta magnetosfera, costituita da un plasma di composizione molto differente da quella del vento solare. Sebbene abbia una forma più piatta rispetto alla magnetosfera terrestre, la magnetosfera gioviana ha un'intensità di un ordine di grandezza superiore; il campo che la alimenta viene generato da moti vorticosi all'interno dello strato di idrogeno metallico che costituisce il mantello interno del pianeta. Il satellite galileiano Io, noto per la sua intensa attività vulcanica, contribuisce ad alimentare la magnetosfera gioviana generando un importante toro di plasma, che carica e rafforza il campo magnetico formando la struttura denominata magnetodisk; ne consegue che la magnetosfera gioviana, a dispetto di quella terrestre, è alimentata dal pianeta stesso e da un satellite piuttosto che dal vento solare. Le forti correnti che circolano nella magnetosfera generano delle intense fasce di radiazione simili alle fasce di Van Allen terrestri, ma migliaia di volte più potenti; queste forze generano delle aurore perenni attorno ai poli del pianeta ed intense emissioni radio variabili che rendono di fatto Giove una debole radio pulsar.
L'interazione delle particelle energetiche con la superficie delle lune galileiane maggiori condiziona notevolmente le proprietà chimiche e fisiche della magnetosfera, influenzate anche dal sottile sistema di anelli che orbita attorno al pianeta.
L'esistenza della magnetosfera di Giove fu ipotizzata a partire dalle osservazioni radio condotte negli anni cinquanta e fu studiata per la prima volta nel dettaglio dalla sonda Pioneer 10 nel 1973; da allora è stata analizzata sette volte da altrettante sonde.
Scoperta La prima evidenza dell'esistenza di un campo magnetico attorno a Giove si ebbe nel 1955 quando venne scoperta l'emissione radio decametrica (DAM);, 1955. poiché lo spettro del DAM si estende fino ai 40 MHz, gli astronomi conclusero che il pianeta possedesse un campo magnetico con una forza di circa 0,001 Tesla (T), corrispondente a 10 gauss (G)., 2005. In seguito, nel 1959, le osservazioni della parte dello spettro radio alle microonde portarono alla scoperta della radiazione decimetrica gioviana (DIM), che viene emessa dagli elettroni relativistici bloccati nelle cinture di radiazione;, 1959. queste emissioni di sincrotone furono utilizzate per stimare il numero e l'energia della popolazione di elettroni attorno a Giove e consentirono un aumento dei valori della forza del campo magnetico., 2004. La modulazione delle emissioni DAM gioviane da parte del satellite Io (detta Io-DAM) fu scoperta nel 1964; le sue osservazioni permisero di determinare con precisione il periodo rotazionale di Giove., 2005. La scoperta definitiva del campo magnetico gioviano avvenne però nel 1973, quando la sonda spaziale Pioneer 10 volò nei pressi del pianeta., 1974.
Caratteristiche principali in raffronto col campo geomagnetico + Raffronto tra i principali parametri della magnetosfera gioviana e di quella terrestre., 2004., 2005.ParametroGioveTerraRaggio del pianeta (Rp, in km)71.398 6.371Periodo di rotazione (in ore)9,9 24Intensità di campo all'equatore (in microtesla - μT -)42831Momento del dipolo (in unità terrestri)18.000 1Inclinazione del dipolo magnetico (in °)10 11,3Distanza dalla magnetopausa (Rp)50–1008–10Potenza di input (in terawatt - TW -)100 circa 1Densità del vento solare (in cm−3)0,410Intensità del campo magnetico solare (in nanotesla - nT -)1 6Specie ioniche dominanti H+, On+, Sn+ H+, O+
Al contrario del campo magnetico terrestre, che è generato dalle correnti, simili a una dinamo, del ferro e del nichel fusi nel nucleo esterno, il campo magnetico di Giove è prodotto all'interno dello strato di idrogeno metallico circostante il suo nucleo., 1993. Come quello terrestre, il campo magnetico gioviano è un dipolo, con un nord e un sud magnetico posti alle estremità di un singolo asse magnetico;, 2004. tuttavia, al contrario di quanto accade per il nostro pianeta, il nord magnetico di Giove è situato nell'emisfero boreale e il polo sud nell'emisfero australe.Non bisogna tuttavia confondere nord e sud magnetico, un concetto puramente fisico, con il polo nord e il polo sud del pianeta, un concetto di natura geografica., 2005. La magnetosfera gioviana presenta anche uno sviluppo in multipoli (quadrupolo, ottupolo ecc.), che diminuiscono in intensità di un ordine di grandezza da un livello a quello superiore.
Mentre il campo geomagnetico ha una forma all'incirca "a goccia", la magnetosfera gioviana è più schiacciata, più simile ad un disco, ed oscilla periodicamente sul proprio asse., 2004. L'asse del dipolo è inclinato di 10° rispetto all'asse di rotazione del pianeta, così come l'asse magnetico del nostro pianeta è inclinato di 11,3° rispetto all'asse di rotazione. L'intensità del campo all'equatore di Giove è di circa 420 μT (4,2 G), che corrisponde ad un momento del dipolo di circa 1,5 × 1020 T·m3; il campo magnetico di Giove è quindi 10 volte più intenso di quello terrestre, e il suo momento del dipolo magnetico 18.000 volte superiore. Il campo magnetico di Giove ruota alla stessa velocità del mantello del pianeta, in 9 h 55 m, ed è piuttosto stabile: infatti non si sono osservati consistenti cambiamenti in intensità o struttura dalle prime misurazioni ottenute grazie alle sonde del programma Pioneer nella metà degli anni settanta.
Caratteristiche Forma e dimensioni
Il campo magnetico di Giove preserva la sua atmosfera dalle interazioni col vento solare, un flusso di plasma emesso dalla nostra stella, deflettendolo e creando una regione distinta, detta magnetosfera, costituita da un plasma di composizione molto differente da quello del vento solare; la lacuna presente tra il plasma del vento solare e il plasma magnetosferico prende il nome di magnetopausa ed è situata ad una distanza dal pianeta compresa tra 45 e 100 volte il suo raggio (il raggio di Giove - RJ - vale 71.492 km) a seconda del periodo del ciclo solare., 2001. Oltre la magnetopausa (ad una distanza media di 84 RJ dal pianeta) si trova il bow shock, il punto in cui il flusso del vento viene deflesso dal campo magnetico;, 2004., 1993. la regione compresa tra bow shock e magnetopausa prende il nome di magnetosheath. L'estensione della magnetosfera del pianeta è tale che, se fosse visibile ad occhio nudo dal nostro pianeta, apparirebbe ben più grande della luna piena.
Dal lato opposto, il vento solare stira il campo magnetico del pianeta in una lunga coda magnetica, la cui estensione può arrivare ben oltre l'orbita di Saturno. La sua struttura è molto simile a quella terrestre; è formata da due lobi, il cui campo magnetico punta in direzioni opposte: il campo del lobo settentrionale punta lontano dal pianeta, mentre il lobo meridionale punta verso di esso. I lobi sono divisi da un debole strato di plasma detto corrente diffusa. La coda magnetica funge da canale per le particelle di plasma del vento solare che riescono a penetrare nelle regioni interne della magnetosfera, le quali si riscaldano formando delle fasce di radiazione ad una distanza inferiore a 10 RJ dalla sommità delle nubi., 2004.
La magnetosfera di Giove è convenzionalmente divisa in tre parti: la magnetosfera interna, intermedia ed esterna. La magnetosfera interna è situata ad una distanza inferiore a 10 RJ dal pianeta; il campo magnetico al suo interno rimane sostanzialmente dipolare, poiché ogni contributo proveniente dalle correnti che fluiscono dal plasma magnetosferico equatoriale risulta piccolo. Nelle regioni intermedie (tra 10 e 40 RJ) ed esterne (oltre 40 RJ) il campo magnetico non è più dipolare e risulta seriamente disturbato dalle sue interazioni col plasma solare.
Il ruolo di Io nell'alimentare la magnetosfera gioviana
Sebbene complessivamente la forma della magnetosfera di Giove assomigli a quella terrestre, in prossimità del pianeta la sua struttura risulta molto differente. La luna Io, caratterizzata da un'intensa attività vulcanica, è una potente fonte di plasma che riempie la magnetosfera del pianeta madre di circa 1.000 kg di nuovo materiale ogni secondo. Le forti eruzioni vulcaniche sulla superficie del satellite emettono una grande quantità di diossido di zolfo (SO2), di cui una piccola parte si dissocia negli atomi costituenti che, ionizzandosi a causa della radiazione ultravioletta solare, producono i cationi S+, O+, S++ e O++., 2004. Questi ioni riescono ad abbandonare l'atmosfera del satellite, andando a costituire attorno al pianeta, in corrispondenza dell'orbita del satellite, un toro di plasma, che raggiunge una temperatura di 100.000–1.000.000 K, di gran lunga inferiore a quella raggiunta nelle fasce di radiazione (100 milioni di kelvin). Il plasma nel toro è costretto ad una co-rotazione con Giove, e quindi entrambi condividono il medesimo periodo di rotazione., 2004. Il toro di Io quindi altera in maniera cospicua le dinamiche della magnetosfera gioviana., 2004.
La conduttività elettrica del plasma all'interno del toro non è infinita; di conseguenza, il plasma lentamente tende ad allontanarsi dal pianeta. I principali meccanismi di fuga sono la diffusione e l'instabilità tra le cariche. Mentre il plasma si allontana dal pianeta, le correnti radiali che fluiscono al suo interno ne incrementano la velocità (mantenendo la co-rotazione), il che comporta un incremento dell'energia cinetica del plasma dovuta all'energia della rotazione del pianeta. La densità del plasma è notevolmente variabile all'interno della magnetosfera: il numero delle particelle di plasma va infatti da un massimo di 2.000 per cm³ nel toro di Io sino a circa 0,2 per cm³ ad una distanza di 35 RJ;, 2004. in questo senso, la magnetosfera gioviana è potenziata dalla rotazione del pianeta, mentre la magnetosfera terrestre è rinforzata prevalentemente dal vento solare. Tuttavia, nella magnetosfera intermedia (a distanze superiori a 10 RJ dal pianeta) la co-rotazione gradualmente va scemando e il plasma inizia a ruotare più lentamente rispetto al pianeta; a distanze superiori a 40 RJ, nella magnetosfera esterna, questo plasma fugge dal campo magnetico e lascia la magnetosfera percorrendo la coda magnetica,, 2001. probabilmente sotto forma di un inedito vento planetario. Il plasma più freddo e denso in movimento verso l'esterno è rimpiazzato da un plasma meno denso e più caldo (200 milioni di K o superiore) proveniente dalla magnetosfera esterna, che, man mano che si avvicina a Giove, subisce un riscaldamento adiabatico dando luogo alle fasce di radiazione della magnetosfera interna, che costituiscono la principale fonte di emissione radio del pianeta.