Venti a 5000 miglia orarie: Webb mappa il clima su WASP-43 b
Analisi meteo su WASP-43 b: un pianeta con atmosfera dinamica
La ricerca scientifica nel campo dell’astronomia ha compiuto un passo avanti significativo grazie all’osservazione del pianeta extrasolare WASP-43 b, situato a circa 280 anni luce di distanza dalla Terra, nella costellazione del Sestante. Questo gigante gassoso, delle dimensioni simili a quelle di Giove, presenta caratteristiche meteo peculiari che hanno suscitato l’interesse della comunità scientifica.
• Analisi meteo su WASP-43 b: un pianeta con atmosfera dinamica
• Un pianeta con meteo estremo
• La mappatura meteo con il Telescopio Spaziale Webb
• Analisi delle condizioni atmosferiche e della composizione superficiale del pianeta WASP-43 b
• Assenza di metano e venti ad alta velocità
Un pianeta con meteo estremo
WASP-43 b è caratterizzato da una netta differenziazione tra il lato diurno, costantemente esposto alla sua stella, e il lato notturno, permanentemente in ombra. Le osservazioni effettuate con il Telescopio Spaziale James Webb hanno rivelato che il lato notturno è coperto da spesse nubi, mentre il lato diurno presenta cieli sereni. Inoltre, venti equatoriali con velocità superiori ai 5.000 miglia orarie mescolano i gas atmosferici intorno al pianeta.
La scoperta che il metano, una molecola di carbonio comune, non è presente sul lato notturno del pianeta ha sorpreso gli astronomi. Questo dato suggerisce che i venti supersonici di gas caldo provenienti dal lato diurno stiano mescolando l’atmosfera in modo tale da impedire le reazioni chimiche che altrimenti produrrebbero metano sul lato notturno.
La mappatura meteo con il Telescopio Spaziale Webb
Le misurazioni precise della luminosità su un ampio spettro di luce infrarossa media, combinate con modelli climatici tridimensionali e osservazioni precedenti effettuate da altri telescopi, hanno permesso di ipotizzare la presenza di nubi alte e dense sul lato notturno e cieli sereni sul lato diurno.
Questa indagine rappresenta l’ultima dimostrazione delle potenzialità della scienza degli esopianeti ora possibili grazie alla straordinaria capacità del Telescopio Webb di misurare variazioni di temperatura e rilevare gas atmosferici a trilioni di miglia di distanza.
WASP-43 b è un esopianeta di tipo “Giove caldo”: simile per dimensioni a Giove, composto principalmente di idrogeno ed elio, e molto più caldo di qualsiasi pianeta gigante del nostro sistema solare. Sebbene la sua stella sia più piccola e più fredda del Sole, WASP-43 b orbita a una distanza di soli 1,3 milioni di miglia, meno di 1/25 della distanza tra Mercurio e il Sole.
A causa di questa orbita così stretta, il pianeta è bloccato dalle maree, con un lato continuamente illuminato e l’altro in oscurità permanente. Sebbene il lato notturno non riceva mai radiazioni dirette dalla stella, forti venti orientali trasportano il calore intorno dal lato diurno.
Dalla sua scoperta nel 2011, WASP-43 b è stato osservato con numerosi telescopi, tra cui il Telescopio Spaziale Hubble della NASA e il recentemente ritirato Telescopio Spaziale Spitzer.
“Con Hubble, abbiamo potuto vedere chiaramente che c’è vapore acqueo sul lato diurno. Sia Hubble che Spitzer suggerivano che potrebbero esserci nubi sul lato notturno”, ha spiegato Taylor Bell, ricercatore del Bay Area Environmental Research Institute e autore principale di uno studio pubblicato il 30 aprile su Nature Astronomy . “Ma avevamo bisogno di misurazioni più precise da Webb per iniziare a mappare veramente la temperatura, la copertura nuvolosa, i venti e la composizione atmosferica più dettagliata in tutto il pianeta.”
Analisi delle condizioni atmosferiche e della composizione superficiale del pianeta WASP-43 b
Il pianeta WASP-43 b, nonostante le sue ridotte dimensioni e la vicinanza alla propria stella, si presta perfettamente allo studio delle sue condizioni meteo grazie al suo breve periodo orbitale di soli 19,5 ore. Questa caratteristica lo rende un candidato ideale per la spettroscopia a curva di fase, una tecnica che misura le minime variazioni di luminosità del sistema stella-pianeta durante l’orbita del pianeta.
La quantità di luce infrarossa emessa da un oggetto dipende principalmente dalla sua temperatura, pertanto i dati di luminosità catturati dal telescopio Webb possono essere utilizzati per calcolare la temperatura del pianeta. Il team di ricerca ha impiegato lo strumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) del telescopio Webb per rilevare la luce proveniente dal sistema WASP-43 ogni 10 secondi per più di 24 ore. “Osservando per un’intera orbita, siamo stati in grado di calcolare la temperatura di diverse parti del pianeta man mano che ruotavano nel nostro campo visivo”, ha spiegato Bell. “Da ciò, abbiamo potuto costruire una mappa approssimativa della temperatura sulla superficie del pianeta”.
Le misurazioni indicano che il lato diurno del pianeta presenta una temperatura media di circa 2.300 gradi Fahrenheit (1.250 gradi Celsius), sufficientemente elevata da fondere il ferro, mentre il lato notturno è significativamente più fresco, con una temperatura di 1.100 gradi Fahrenheit (600 gradi Celsius). I dati aiutano inoltre a localizzare il punto più caldo del pianeta (il “punto caldo”), che è leggermente spostato verso est rispetto al punto che riceve la maggior quantità di radiazione stellare. Questo spostamento è dovuto a venti supersonici che spostano l’aria riscaldata verso est.
“Il fatto che possiamo mappare la temperatura in questo modo è una vera testimonianza della sensibilità e stabilità di Webb”, ha affermato Michael Roman, coautore dello studio presso l’Università di Leicester nel Regno Unito.
Per interpretare la mappa, il team ha utilizzato complessi modelli atmosferici tridimensionali simili a quelli impiegati per comprendere il meteo e il clima sulla Terra. L’analisi suggerisce che il lato notturno è probabilmente coperto da uno spesso strato di nubi ad alta quota che impedisce ad una parte della luce infrarossa di sfuggire nello spazio. Di conseguenza, il lato notturno, pur essendo molto caldo, appare più debole e fresco di quanto sarebbe in assenza di nubi.
Assenza di metano e venti ad alta velocità
Lo spettro di luce infrarossa catturato da Webb ha reso possibile anche la misurazione della quantità di vapore acqueo (H 2 O) e metano (CH 4 ) nell’atmosfera del pianeta. “Webb ci ha dato l’opportunità di capire esattamente quali molecole stiamo osservando e di porre dei limiti alle loro abbondanze”, ha detto Joanna Barstow, coautrice dello studio presso l’Open University nel Regno Unito.
Lo spettro mostra chiari segni di vapore acqueo sia sul lato notturno che su quello diurno del pianeta, fornendo ulteriori informazioni sulla densità delle nubi e sulla loro estensione nell’atmosfera. Sorprendentemente, i dati mostrano anche una distinta mancanza di metano in tutta l’atmosfera. Sebbene il lato diurno sia troppo caldo per la presenza di metano (la maggior parte del carbonio dovrebbe essere sotto forma di monossido di carbonio), il metano dovrebbe essere stabile e rilevabile sul lato notturno più fresco.
“Il fatto che non vediamo metano ci dice che WASP-43 b deve avere velocità del vento che raggiungono qualcosa come 5.000 miglia all’ora”, ha spiegato Barstow. “Se i venti spostano il gas dal lato diurno a quello notturno e viceversa abbastanza velocemente, non c’è abbastanza tempo affinché le reazioni chimiche previste producano quantità rilevabili di metano sul lato notturno”.
Il team ritiene che a causa di questa miscelazione indotta dal vento, la chimica atmosferica sia la stessa in tutto il pianeta, il che non era evidente dai lavori precedenti con i telescopi Hubble e Spitzer.
L’osservazione MIRI di WASP-43 b è stata condotta come parte dei programmi Webb Early Release Science, che forniscono ai ricercatori un vasto insieme di dati accessibili e robusti per studiare una vasta gamma di fenomeni cosmici.
Il telescopio spaziale James Webb è l’osservatorio spaziale scientifico più avanzato al mondo. Webb sta risolvendo misteri nel nostro sistema solare, guardando oltre a mondi lontani intorno ad altre stelle e sondando le misteriose strutture e origini del nostro universo e del nostro posto in esso.
Il programma Webb è un’iniziativa internazionale guidata dalla NASA, con la collaborazione dell’ESA (European Space Agency) e dell’Agenzia Spaziale Canadese.