Nelle profondità oscure e gelide del nostro sistema solare, a miliardi di chilometri dal Sole, si trova Nettuno, un gigante di ghiaccio avvolto nel mistero. Per la prima volta, il potente telescopio spaziale James Webb (JWST) della NASA ha catturato immagini nitide della brillante attività aurorale su Nettuno. Questo risultato straordinario, pubblicato sulla rivista Nature Astronomy, colma una lacuna nella nostra comprensione dei pianeti giganti del nostro sistema solare.
Le aurore: un gioco di luci cosmico
Le aurore sono spettacolari fenomeni luminosi che si verificano quando particelle cariche energetiche, spesso provenienti dal Sole, rimangono intrappolate nel campo magnetico di un pianeta e colpiscono la sua atmosfera superiore. L’energia rilasciata durante queste collisioni crea il caratteristico bagliore colorato che possiamo ammirare sulla Terra, specialmente vicino ai poli. Finora, gli astronomi avevano solo intravisto deboli indizi di attività aurorale su Nettuno, ad esempio durante il sorvolo della sonda Voyager 2 nel lontano 1989. Tuttavia, fotografare e confermare le aurore su Nettuno è stata una sfida ardua per gli scienziati per molti anni, nonostante le rilevazioni avvenute su Giove, Saturno e Urano.
Il telescopio Webb: un occhio sensibile nell’infrarosso
La svolta è arrivata grazie alla sensibilità nel vicino infrarosso del telescopio Webb. “Si è scoperto che l’imaging dell’attività aurorale su Nettuno era possibile solo con la sensibilità nel vicino infrarosso di Webb”, ha dichiarato l’autore principale Henrik Melin della Northumbria University. Le osservazioni sono state effettuate nel giugno 2023 utilizzando lo spettrografo nel vicino infrarosso (NIRSpec) del Webb. Oltre all’immagine del pianeta, gli astronomi hanno ottenuto uno spettro per analizzare la composizione e misurare la temperatura dell’atmosfera superiore di Nettuno (l’ionosfera). Per la prima volta, è stata rilevata una linea di emissione molto intensa che indica la presenza del catione triidrogeno (H3+), una molecola che può formarsi durante i fenomeni aurorali. Nelle immagini di Webb, le aurore luminose appaiono come macchie di colore ciano.
L’idrogenonio: la firma delle aurore sui giganti gassosi
“L’idrogenonio è stato un chiaro indicatore di attività aurorale su tutti i giganti gassosi – Giove, Saturno e Urano – e ci aspettavamo di vedere lo stesso su Nettuno mentre studiavano il pianeta nel corso degli anni con le migliori strutture da terra disponibili”, ha spiegato Heidi Hammel dell’Association of Universities for Research in Astronomy. “Solo con una macchina come Webb abbiamo finalmente avuto quella conferma”.
Aurore inaspettate a latitudini medie
L’attività aurorale osservata su Nettuno è anche notevolmente diversa da quella a cui siamo abituati sulla Terra, o anche su Giove o Saturno. Invece di essere confinate ai poli nord e sud del pianeta, le aurore di Nettuno si trovano alle medie latitudini geografiche, più o meno dove si trova il Sud America sulla Terra.
Questa particolarità è dovuta alla strana natura del campo magnetico di Nettuno, scoperto originariamente da Voyager 2 nel 1989, che è inclinato di ben 47 gradi rispetto all’asse di rotazione del pianeta. Poiché l’attività aurorale è legata a dove le linee del campo magnetico convergono nell’atmosfera del pianeta, le aurore di Nettuno si manifestano lontano dai suoi poli rotazionali.
Un’atmosfera superiore inaspettatamente fredda
Le osservazioni di Webb hanno anche permesso di misurare per la prima volta la temperatura della parte superiore dell’atmosfera di Nettuno dopo il sorvolo di Voyager 2. I risultati suggeriscono un motivo per cui le aurore di Nettuno sono rimaste nascoste agli astronomi per così tanto tempo.
“Sono rimasto sbalordito: l’atmosfera superiore di Nettuno si è raffreddata di diverse centinaia di gradi”, ha detto Melin. “Infatti, la temperatura nel 2023 era poco più della metà di quella del 1989”. Questa notevole diminuzione della temperatura implica che le aurore sarebbero molto più deboli di quanto previsto in base alle misurazioni di Voyager 2.
Questo raffreddamento drastico suggerisce anche che questa regione dell’atmosfera può cambiare notevolmente, anche se il pianeta si trova più di 30 volte più lontano dal Sole rispetto alla Terra. Gli scienziati ritengono che i processi che regolano l’energia in questa regione agiscano su scale temporali più brevi sia delle stagioni di Nettuno (40 anni) che del ciclo solare.
Nuove finestre sui giganti di ghiaccio e sugli esopianeti
La rivoluzionaria scoperta delle aurore di Nettuno ci aiuterà a comprendere meglio come il campo magnetico di Nettuno interagisce con le particelle che fluiscono dal Sole verso le regioni più esterne del nostro sistema solare, aprendo una finestra completamente nuova sulla scienza dell’atmosfera dei giganti di ghiaccio.
“Guardando avanti e sognando future missioni su Urano e Nettuno, ora sappiamo quanto sarà importante avere strumenti sintonizzati sulle lunghezze d’onda della luce infrarossa per continuare a studiare le aurore”, ha aggiunto Leigh Fletcher dell’Università di Leicester. “Questo osservatorio ha finalmente aperto la finestra sull’ultima ionosfera, precedentemente nascosta, dei pianeti giganti”.
Equipaggiati con queste nuove scoperte, gli astronomi sperano ora di studiare Nettuno con Webb per un intero ciclo solare, un periodo di 11 anni di attività guidato dal campo magnetico del Sole. I risultati potrebbero fornire informazioni sull’origine del bizzarro campo magnetico di Nettuno e persino spiegare perché è così inclinato. Inoltre, poiché il tipo più comune di pianeta extrasolare scoperto finora ha dimensioni simili a Nettuno, queste osservazioni offrono un nuovo strumento diagnostico per studiare le interazioni atmosfera-magnetosfera sui mondi più comuni nella nostra galassia. Le osservazioni di Nettuno, che non presenta le stagioni estreme di Urano, diventano quindi particolarmente preziose.
Stefano Camilloni
