James Webb Space Telescope: atmosfera di eccitazione mentre gli astronomi studiano il clima su altri pianeti | Scienza e tecnologia

Il James Webb Space Telescope (JWST) lanciato il giorno di Natale del 2021 sta già trasformando la nostra comprensione dei pianeti nel nostro Sistema Solare e ben oltre. Un versatile osservatorio satellitare, JWST ha una visione nitida dalla sua posizione orbitale, a un milione di miglia di distanza dalla Terra nello spazio. Ciò gli conferisce un grande vantaggio rispetto ai telescopi terrestri, che devono scrutare nello spazio attraverso l’atmosfera nebbiosa della Terra.

JWST raccoglie una quantità di luce cinque volte superiore a quella del telescopio spaziale Hubble (HST), consentendogli di rilevare segnali deboli da mondi distanti utilizzando le sue capacità spettroscopiche.

“Prima del telescopio spaziale James Webb, si poteva osservare solo un numero molto piccolo di molecole, come acqua, monossido di carbonio e sodio”, ha affermato Jérémy Leconte, astrofisico dell’Università di Bordeaux in Francia.

Precedenti missioni e osservazioni dalla Terra hanno scoperto migliaia di esopianeti (quelli al di fuori del nostro Sistema Solare) e gli astronomi stanno già sfruttando le capacità uniche di JWST per studiare gli elementi costitutivi della vita nell’Universo.

Cieli alieni

All’inizio di quest’anno, il telescopio James Webb ha permesso agli astrofisici di osservare un pianeta extrasolare attorno a una stella simile al Sole, a 700 anni luce di distanza. La luce stellare che passa attraverso l’atmosfera del caldo pianeta WASP-39b, simile a Giove, offre agli astronomi una visione della chimica dei cieli alieni.

Dalla Terra, i telescopi fanno fatica a osservare l’anidride carbonica sugli esopianeti, poiché devono guardare attraverso la CO2 nell’atmosfera dei pianeti. L’osservatorio JWST consente di rilevare una gamma più ampia di molecole, inclusa l’anidride carbonica, nei cieli di WASP-39b. La presenza di anidride carbonica nell’atmosfera può indicare l’esistenza di vita organica sul pianeta.

La Nebulosa Carena catturata dal James Webb Space Telescope.
La Nebulosa Carena catturata dal James Webb Space Telescope.DPA via Europa Press (DPA via Europa Press)

“Questo è davvero un punto di svolta”, ha detto Leconte. “Abbiamo davvero bisogno di guardare i pianeti intorno alle stelle che sono vicine a noi. Questa è la nostra migliore occasione per caratterizzare le loro atmosfere”.

In particolare, è interessato a sette pianeti rocciosi che orbitano attorno alla stella nana TRAPPIST-1, distante 40 anni luce, e soprattutto alle loro atmosfere. I pianeti esistono nella zona abitabile, il che significa che ha le giuste temperature affinché l’acqua rimanga liquida.

Di solito, quando gli scienziati fanno previsioni sull’atmosfera di un esopianeta, presumono che sia omogenea: le stesse condizioni esistono ovunque. È improbabile che sia vero.

Leconte ha sviluppato un simulatore 3D (come parte del progetto WHIPLASH finanziato da Horizon) per eseguire test su pianeti simulati con caratteristiche note, come la presenza di acqua liquida. Utilizzare pianeti simulati per eseguire questi test è come avere le risposte in fondo a un libro di matematica: è possibile eseguire test e le risposte fornite dai modelli possono essere confrontate con le caratteristiche note.

Molte migliaia di altri esopianeti saranno probabilmente scoperti nei prossimi anni, compresi quelli trovati utilizzando il nuovo telescopio spaziale. Gli scienziati vogliono sapere se i loro modelli possono offrire approfondimenti accurati. Alcune delle risposte alle domande sugli esopianeti lontani potrebbero trovarsi vicino a casa nel Sistema Solare, nei quattro pianeti più grandi: Giove, Saturno, Urano e Nettuno.

La missione Juno orbiter ha fornito viste spettacolari di Giove, mentre la sonda Cassini ha rivelato dettagli sul pianeta Saturno. In precedenza, la navicella spaziale Voyager 2 che volava vicino a Nettuno e Urano ha scattato immagini delle loro atmosfere.

“Abbiamo catturato immagini gloriose da questi pianeti, con tutti questi sistemi di tempeste vorticose e strisce color caramella, che sono modelli di circolazione meteorologica su larga scala”, ha detto lo scienziato planetario Leigh Fletcher dell’Università di Leicester. “Ma è solo un’istantanea delle loro atmosfere e climi in un particolare momento nel tempo.”

Ricostruzione della supernova ASASSN15lh, vista da un esopianeta distante 10.000 anni luce dalla stella.
Ricostruzione della supernova ASASSN15lh, vista da un esopianeta distante 10.000 anni luce dalla stella.Wayne Rosa

Quattro giganti

Per comprendere il clima e gli schemi meteorologici, Fletcher guida un progetto chiamato GIANTCLIMES che ha messo insieme pezzi sparsi del puzzle delle loro atmosfere in continua evoluzione. Hanno usato osservazioni passate dai telescopi sulla Terra per comprendere i cicli naturali sui quattro pianeti giganti nel corso di molti decenni. Questo lavoro ha preparato il terreno per le tanto attese nuove mappe di questi mondi dal JWST.

Urano e Nettuno sono i pianeti più distanti del Sistema Solare, e questi cosiddetti “giganti di ghiaccio” conservano ancora un’aria di mistero. Sono composti principalmente da idrogeno, elio e altri gas come il metano.

“C’è così tanto potenziale per nuove scoperte [with these two planets]”, ha detto Fletcher. “Non abbiamo una buona padronanza del funzionamento delle atmosfere di questi giganti di ghiaccio rispetto ai giganti gassosi meglio studiati [Jupiter and Saturn].”

Le nubi di Titano, la luna più grande di Saturno, sono costituite da idrocarburi che precipitano sotto forma di nebbia di metano.
Le nubi di Titano, la luna più grande di Saturno, sono costituite da idrocarburi che precipitano sotto forma di nebbia di metano.NASA

Neve a metano

Nel frattempo, Saturno è noto per avere enormi sistemi di tempesta e Nettuno potrebbe avere tempeste di neve di metano. La variabile chiave nei modelli meteorologici è sempre la temperatura, con temperature fredde e gelide su Nettuno e Urano distanti.

Ci sono già stati progressi con la pubblicazione delle prime mappe in assoluto delle alte temperature atmosferiche nella stratosfera di Urano. Ciò ha rivelato sorprendenti sistemi di circolazione stagionale e punti luminosi sopra i poli.

Prevede anche che i pianeti giganti, spesso titolati sul loro asse, abbiano stagioni estremamente lunghe. “Vedremo stagioni che modulano le temperature atmosferiche, le nuvole e le precipitazioni come facciamo sul pianeta Terra”, ha detto Fletcher, “ma vediamo anche cicli naturali regolari nell’atmosfera che non sono stagionali. Stiamo appena iniziando a capire il clima sui pianeti giganti”.

Inoltre, l’atmosfera di Nettuno ha mostrato una notevole attività meteorologica e temporalesca, ma il team è rimasto sorpreso dalla scoperta che il pianeta sembra essersi raffreddato durante l’estate, piuttosto che riscaldato.

GIANTCLIMES è un atto di supporto per l’arrivo del JWST. Il nuovo telescopio ha già osservato Giove, e nel prossimo futuro si girerà verso Urano e Saturno, e poi verso Nettuno all’inizio del 2023, consentendo confronti tra pianeti.

“Il modo in cui i climi funzionano sui quattro mondi è davvero il nocciolo di ciò che stiamo cercando di capire”, ha detto Fletcher. Si prevede che offrirà maggiori informazioni sui cicli naturali della variabilità climatica rilevati su Giove, Saturno, Urano e Nettuno. I loro estremi potrebbero persino dirci di più sul clima e sui modelli meteorologici della Terra.

L'astrofisico spagnolo Begoña Vila, che lavora con il James Webb Space Telescope.
L’astrofisico spagnolo Begoña Vila, che lavora con il James Webb Space Telescope.BV

Vita aliena

Anche gli studi sui quattro giganti sono rilevanti per la ricerca sugli esopianeti. “Abbiamo una raccolta di diverse atmosfere planetarie nel nostro Sistema Solare che formano un modello per ciò che potremmo aspettarci di vedere intorno ad altre stelle”, ha affermato Fletcher.

“Forse questi obiettivi esoplanetari mostrano anche cicli naturali simili, e l’obiettivo finale è cercare di avere previsioni meteorologiche o previsioni climatiche per tutti i pianeti, non solo per quelli del nostro Sistema Solare”, ha concluso Fletcher.

JWST consentirà agli scienziati di vedere meglio i cieli dei pianeti nelle zone più remote del Sistema Solare, ma anche mondi distanti anni luce, alcuni dei quali potrebbero essere circondati da atmosfere protettive e condizioni terrestri favorevoli alla vita aliena.

“Due campi si stanno muovendo velocemente in astrofisica. Sono esopianeti e cosmologia, che si riduce davvero alla questione di Dio e della vita, quindi da dove viene l’Universo e da dove veniamo noi”, ha detto Leconte.

La ricerca in questo articolo è stata finanziata tramite il Consiglio europeo della ricerca (CER) dell’UE. L’articolo è stato originariamente pubblicato in Orizzontela rivista dell’UE in materia di ricerca e innovazione.

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