Wasp-121b è un esopianeta gioviano ultra-caldo situato a 858 anni luce dalla Terra nella costellazione della Poppa. Un team di astronomi guidati da Cyril Gapp, studente di dottorato al Max Planck Institute for Astronomy (Mpia) di Heidelberg, in Germania, ha rilevato un’asimmetria nell’assorbimento della luce infrarossa proveniente dalla sua stella madre Wasp-121, filtrata parzialmente attraverso l’atmosfera del pianeta durante il transito. Questo fenomeno è stato interpretato dai ricercatori come il risultato di temperature e composizioni chimiche non uniformi nell’atmosfera di Wasp-121b. Lo studio, pubblicato questa settimana su Nature Astronomy, è stato realizzato analizzando i dati ottenuti dallo strumento NirSpec di Jwst, spettrografo nel vicino infrarosso.

Rappresentazione artistica dell’esopianeta Wasp-121b. Crediti: Patricia Klein e Mpia

«Grazie alla sua qualità osservativa senza precedenti, Jwst ci offre le immagini più dettagliate mai ottenute finora dei pianeti lontani: misurando come cambia l’assorbimento della luce stellare mentre Wasp-121b ruota, analizziamo la sua atmosfera longitudine per longitudine», spiega Gapp. Oltre a una leggera riduzione generale della luminosità verso la fine del transito, è stato osservato anche un aumento del segnale del monossido di carbonio che sembra essere un effetto termico, non correlato a un aumento delle molecole di monossido di carbonio. Il risultato più interessante è che, al contrario, la quantità di acqua nell’atmosfera sembra diminuire, segnale interpretato dagli astronomi come una reale diminuzione delle molecole d’acqua. Le temperature nell’alta atmosfera di Wasp-121b sono sufficientemente elevate da scindere le molecole d’acqua nei loro costituenti: questo risultato conferma l’esistenza di venti caldi che riscaldano la regione “serale”. Questa zona, infatti, assorbe più luce infrarossa rispetto al lato “mattutino”, in accordo con la visione comunemente accettata secondo cui venti potenti trasportano calore intenso dal giorno alla notte. I venti caldi seguono la rotazione del pianeta verso est, riscaldando la zona serale; con l’aumento delle temperature, questa regione si espande, aumentando la sezione trasversale del pianeta e permettendogli di assorbire più efficacemente la radiazione stellare.

«Wasp-121b è particolarmente estremo: le temperature medie nell’emisfero diurno si aggirano intorno ai 2770 kelvin, mentre quelle nell’emisfero notturno si avvicinano ai 1000 kelvin», spiega il coautore Tom Evans-Soma dell’Università di Newcastle, in Australia.  L’esopianeta è infatti in rotazione sincrona con Wasp-121: il suo periodo di rotazione è uguale al periodo di rivoluzione intorno alla stella. La conseguenza di questo fenomeno è che Wasp-121b ha un emisfero caldo costantemente rivolto verso la stella e un emisfero opposto più oscuro e freddo. Durante il passaggio davanti alla stella, il pianeta ruota leggermente, raggiungendo circa 30 gradi di rotazione durante un transito completo. Questo ha permesso agli astronomi di osservare le due differenti zone dell’atmosfera: quella che guida l’orbita (leading), corrispondente al lato del mattino, e quella che segue (trailing), corrispondente al lato della sera.

Vista dall’alto dell’orbita dell’esopianeta Wasp-121b attorno alla sua stella. La rotazione del pianeta è sincronizzata con la sua orbita; di conseguenza, il pianeta presenta costantemente lo stesso lato alla stella, creando così un lato diurno e uno notturno ben distinti. Le zone di transizione tra questi due emisferi sono le regioni del mattino e della sera. Crediti: Mpia

Per verificare le temperature misurate, che potrebbero causare un’espansione locale, gli astronomi hanno simulato la distribuzione di calore negli strati superiori di un pianeta gassoso in base alle proprietà del pianeta e alle posizioni del pianeta e della sua stella ospite. Sebbene questi modelli atmosferici abbiano confermato l’asimmetria causata dalle variazioni spaziali di temperatura, i dati osservati hanno rivelato un’ampiezza del segnale maggiore rispetto a quanto previsto dai modelli, e per questo gli astronomi hanno ipotizzato che nella zona d’alba possano esserci meccanismi di raffreddamento che i modelli non considerano. Alcuni studi precedenti avevano suggerito la possibile presenza di nuvole, composte non da gocce d’acqua ma da minerali come i silicati. Le nuvole possono infatti schermare efficacemente la luce infrarossa emessa dagli strati gassosi caldi sottostanti, e di conseguenza le temperature appaiono più basse. Data la difficoltà nel simulare la fisica delle nuvole, della condensazione e dell’evaporazione in un ambiente dinamico, i modelli fisici comunemente applicati alle atmosfere degli esopianeti non tengono conto delle nuvole, e ciò può portare a risultati non realistici. Dopo aver modificato la simulazione per approssimare l’effetto che le nuvole hanno sulla radiazione infrarossa proveniente dagli strati più profondi, i risultati sono più coerenti con le osservazioni. Tuttavia, solo modelli più sofisticati saranno in grado di confermare con certezza la presenza di nuvole.

Gli astronomi hanno già individuato anche altri esopianeti che rientrano nell’intervallo di temperatura e nella velocità di rotazione richiesti per studiare con successo le regioni crepuscolari, in modo da costruire un campione di pianeti gassosi ultra-caldi e scoprire somiglianze e differenze tra questi mondi estremi.

Per saperne di più:

• Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Atmospheric asymmetries in WASP-121 b revealed by rotational transits detected with JWST” di Cyril Gapp, Aurélien Falco, Thomas M. Evans-Soma, David K. Sing, Shashank Dholakia, Vivien Parmentier, Jérémy Leconte, Eva-Maria Ahrer e Guangwei Fu

Il campo magnetico della Terra agisce come uno scudo che devia il flusso continuo di particelle cariche proveniente dal Sole lungo strutture magnetiche chiamate tubi di flusso: è l’effetto Zwan-Wolf, scoperto nel 1976. Il campo magnetico è confinato in una regione di spazio, la magnetosfera, che si estende a decine di migliaia di chilometri oltre la superficie terrestre. Finora l’effetto Zwan-Wolf era stato osservato solo nelle magnetosfere dei pianeti, ma un nuovo studio guidato da Christopher Fowler dell’Università della Virginia Occidentale ne descrive ora la rilevazione nella ionosfera di Marte, la regione ionizzata della sua alta atmosfera.

Il lavoro, pubblicato il mese scorso su Nature Communications, riporta che l’effetto è emerso durante un evento di espulsione di massa coronale del Sole avvenuto nel dicembre 2023: attraverso i dati raccolti dalla missione Maven della Nasa, è stata osservata la compressione del plasma lungo tubi di flusso magnetici, riconducibile proprio al fenomeno Zwan-Wolf. Come spiegato da Fowler, «questa compressione contribuisce a spostare il plasma del vento solare attorno al pianeta e ne riduce la densità nella zona davanti». Marte non possiede un campo magnetico globale come quello terrestre, e quindi offre un laboratorio naturale per capire come il vento solare interagisce con mondi esposti.

Rappresentazione artistica dell’effetto Zwan-Wolf su Marte: è stato dimostrato che comprime l’atmosfera e influisce sull’interazione del meteo spaziale con il pianeta. Le frecce gialle indicano il movimento dell’effetto nell’atmosfera marziana. Crediti: LASP/CU Boulder

«Mentre analizzavo i dati, ho notato all’improvviso alcune oscillazioni molto interessanti», ricorda il primo autore. «Non avrei mai immaginato che si trattasse di questo effetto, dato che non era mai stato osservato prima in un’atmosfera planetaria». L’osservazione dei segnali attribuiti all’effetto Zwan-Wolf si estende fino alle quote più basse campionate dalla sonda, suggerendo che abbia influenzato l’atmosfera anche al di sotto del veicolo spaziale; il forte evento di tempesta solare ha probabilmente amplificato un fenomeno altrimenti troppo debole per essere rilevato dagli strumenti di Maven, rendendo quindi visibile un processo che potrebbe verificarsi anche in condizioni normali ma a livelli più difficili da misurare.

«Rilevando questo effetto nell’atmosfera di Marte, stiamo scoprendo nuovi modi in cui il Sole può interagire con i pianeti del Sistema solare e influenzarli. È incredibile pensare che un’eruzione solare possa alterare l’atmosfera di Marte a 229 milioni di chilometri di distanza», dice Fowler. «Comprendere in che modo questi fenomeni meteorologici spaziali influenzano il nostro Sistema solare è importante non solo per garantire la sicurezza dei nostri esploratori robotici — e, potenzialmente, anche di quelli umani — in futuro, ma anche per proteggere le infrastrutture spaziali da cui dipendono le tecnologie che utilizziamo quotidianamente qui sulla Terra». Per gli scienziati, questo apre una nuova finestra sulla fisica del plasma in ambienti non magnetizzati, con possibili implicazioni anche per Venere e Titano, oltre che per la comprensione della perdita dell’atmosfera di Marte.

Maven è in orbita attorno al Pianeta rosso dal 2014 con l’obiettivo di studiare l’alta atmosfera, l’ionosfera e l’interazione con il vento solare. La missione era nata proprio per ricostruire come Marte abbia perso parte della sua atmosfera nel tempo e come questo abbia influenzato l’evoluzione del pianeta, l’acqua liquida e la possibile abitabilità passata. L’ultimo segnale arrivato dalla sonda risale al 6 dicembre e, dopo vari accertamenti riguardo la perdita del segnale, mercoledì scorso la Nasa ha dichiarato la missione ufficialmente conclusa.

Per saperne di più:

• Leggi su Nature Communications l’articolo “Detection of Zwan-Wolf effect in the ionosphere of Mars”, di Christopher M. Fowler, Kathleen G. Hanley, James McFadden, David Mitchell, Jasper Halekas, Laila Andersson, Duncan Bark, Yingjuan Ma, Christopher Chaston, Beatriz Sanchez-Cano, Mark Lester, David Brain, Christian Mazelle, Jared Espley, Mehdi Benna, Rebecca Jolitz, Robin Ramstad  e Shannon Curry