Riassunto:
Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA per mappare per la prima volta la distribuzione spaziale del bordo dell'atmosfera di un lontano esopianeta gigante con un dettaglio senza precedenti. Le osservazioni hanno scoperto che l'atmosfera di questo pianeta chiamato WASP-17b non è distribuita uniformemente su tutto il pianeta, ma mostra evidenti differenze di forma in diverse aree. Tra questi, l'atmosfera sul lato serale del pianeta si estende più verso l'esterno e la temperatura è significativamente più alta di quella sul lato mattutino.
Questo studio è stato condotto congiuntamente da ricercatori della Cornell University negli Stati Uniti e dell'Università di Bristol nel Regno Unito, e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista "Nature Astronomy" il 14 ottobre 2026. Il gruppo di ricerca ha utilizzato una nuova tecnologia chiamata "stringhe di trasmissione" per analizzare la luce stellare che attraversa il bordo dell'atmosfera del pianeta quando passa davanti alla stella, suddividendo così le informazioni atmosferiche che in passato venivano solitamente fuse in luoghi diversi. Questo risultato non solo rivela la struttura asimmetrica dell’atmosfera di WASP-17b, ma apre anche un nuovo modo per disegnare mappe meteorologiche di pianeti lontani in futuro.
WASP-17b si trova a circa 1.300 anni luce dalla Terra ed è un tipo di ciò che gli astronomi chiamano "Giove caldo". Tali pianeti sono solitamente giganti gassosi ma, a differenza di Giove nel sistema solare, orbitano molto vicino alle loro stelle madri e sono quindi riscaldati dall’intensa radiazione stellare.
Le dimensioni di WASP-17b sono particolarmente accattivanti. Il suo diametro è quasi il doppio di quello di Giove, ma la sua massa è solo circa la metà di quella di Giove. A causa dell'atmosfera estremamente espansa, la temperatura atmosferica media del pianeta è di circa 1.500 gradi Celsius. Ci vogliono solo circa 3,7 giorni terrestri per orbitare attorno alla sua stella madre. L'ambiente orbitale estremo fa apparire la sua atmosfera completamente diversa da quella dei pianeti del sistema solare.
C'è un'altra particolarità di questo pianeta: è affetto dall'effetto di blocco delle maree, rivolto sempre dallo stesso lato verso la sua stella madre. Pertanto, metà del pianeta è permanentemente illuminata dalla stella, mentre l'altra metà è costantemente al buio. Anche se il pianeta stesso non attraversa un ciclo completo giorno-notte come fa la Terra, la sua atmosfera può comunque trasportare calore dal lato diurno a quello notturno tramite forti venti.
I ricercatori hanno scoperto che questo trasporto di calore crea differenze significative nell'atmosfera del pianeta tra le regioni del primo mattino e quelle della sera. Il lato serale, situato all'incrocio tra giorno e notte, ha una temperatura significativamente più alta a causa dell'influenza del flusso d'aria termica proveniente dal lato giorno, e anche l'atmosfera si espande verso l'esterno. Al contrario, l'atmosfera del lato mattutino diventa più fresca passando attraverso la zona notturna, più fresca, rendendola complessivamente più contratta.
Secondo le misurazioni del gruppo di ricerca, la temperatura atmosferica sul lato mattutino di WASP-17b è di circa 590 gradi Celsius, mentre sul lato serale raggiunge circa 1250 gradi Celsius. La differenza tra i due è di circa 660 gradi Celsius, o circa 1200 gradi Fahrenheit. L'atmosfera sul lato serale si estende verso l'esterno circa 1,8 volte di più che sul lato mattutino.
Questa differenza viene facilmente trascurata se si guarda solo al profilo generale del pianeta. In passato, quando gli astronomi analizzavano i cambiamenti di luce causati dagli esopianeti che passavano davanti alle loro stelle, di solito approssimavano il bordo dell’atmosfera attorno al pianeta come un anello con un raggio uniforme, e poi combinavano i segnali spettrali attraverso l’intero anello. Questo analizza efficacemente la composizione dell'atmosfera di un pianeta, ma può mascherare le differenze di temperatura e struttura tra le regioni.
Il nuovo metodo utilizzato in questo studio modifica questo approccio. Invece di presumere che il bordo dell’atmosfera di un pianeta abbia lo stesso raggio ovunque, i ricercatori provano a misurare individualmente la distanza dal centro del pianeta al bordo esterno dell’atmosfera per ricostruire la forma dell’atmosfera in diverse direzioni.
I ricercatori chiamano la tecnica, sviluppata dagli astrofisici David Grant e Hannah Wakeford dell'Università di Bristol, "stringhe trasmissive", nota anche come tecnologia di mappatura dei transiti. Il metodo utilizza i cambiamenti della luce mentre il pianeta passa davanti alla stella per analizzare i segnali provenienti da diverse regioni ai margini dell’atmosfera.
Quando un pianeta extrasolare passa davanti alla sua stella madre, parte della luce emessa dalla stella attraversa l'atmosfera esterna del pianeta e poi raggiunge la Terra. Diverse molecole di gas nell’atmosfera assorbono specifiche lunghezze d’onda della luce, quindi analizzando i cambiamenti nella luce stellare a diverse lunghezze d’onda, i ricercatori possono dedurre quali materiali sono contenuti nell’atmosfera e come tali materiali sono distribuiti in luoghi diversi.
Allo stesso tempo, se l'atmosfera è più calda da qualche parte, l'espansione del gas ne farà estendere ulteriormente verso l'esterno. Misurando questo cambiamento, i ricercatori possono determinare l’effettiva estensione dell’atmosfera di un pianeta in diverse direzioni, invece di limitarsi a calcolare la media dell’intero anello.
Il gruppo di ricerca ha utilizzato i dati di osservazione ottenuti dal telescopio spaziale James Webb nel marzo 2023 per condurre analisi. Le osservazioni hanno utilizzato tre strumenti che coprivano più bande di lunghezze d'onda dalla luce quasi visibile al medio infrarosso. Per completare l'analisi, i ricercatori devono elaborare separatamente i dati di 24 bande. Il calcolo dell'adattamento di ciascuna banda richiede una grande quantità di risorse di calcolo. L'analisi di una singola banda richiede che circa 40 core di calcolo funzionino ininterrottamente per due settimane.
Dopo una complessa elaborazione dei dati, il gruppo di ricerca ha finalmente ottenuto informazioni spettrali da diverse angolazioni ai margini dell'atmosfera del pianeta e ha ricostruito la sua struttura spaziale irregolare.
I risultati mostrano che c'è un potente getto atmosferico vicino all'equatore del pianeta, che trasporta il calore dal lato che è permanentemente illuminato all'altro lato che è costantemente nell'oscurità. A causa della direzione della circolazione atmosferica e della rotazione del pianeta, il lato serale trattiene più calore dal lato giorno ed è quindi più caldo e più espanso rispetto al lato mattutino.
Vale la pena notare che questo risultato è altamente coerente con le precedenti previsioni dei ricercatori attraverso calcoli teorici e simulazioni al computer. Inizialmente il gruppo di ricerca si aspettava che i Giove caldi come WASP-17b avrebbero avuto differenze di temperatura significative tra le aree mattutine e serali, e questa osservazione ha confermato questo giudizio.
Lily Alderson, la principale responsabile dello studio presso la Cornell University, ha affermato che questo risultato dimostra che l'atmosfera di un esopianeta è effettivamente un sistema tridimensionale con una struttura spaziale complessa, e non è solo uno strato di gas uniforme che può essere descritto da una temperatura media o da un unico spettro. Verificare direttamente le previsioni teoriche attraverso le osservazioni è una questione completamente diversa dal fare affidamento esclusivamente sulle simulazioni al computer per trarre conclusioni.
I ricercatori hanno anche analizzato il vapore acqueo e l'anidride carbonica nell'atmosfera del pianeta. I risultati mostrano che i due gas sono generalmente distribuiti uniformemente ai margini dell’atmosfera del pianeta, in linea con i precedenti modelli computerizzati. Tuttavia, poiché sul lato serale l'atmosfera è più espansa e i segnali spettrali prodotti dai gas sono più forti, su questo lato è più facile per i ricercatori misurare il contenuto delle sostanze correlate.
Permangono invece ancora incertezze sulla distribuzione delle nubi. Diversi modelli hanno fornito spiegazioni diverse per la posizione delle nuvole. Un modello ritiene che le nuvole possano apparire principalmente sul lato più fresco del mattino, mentre parti dell'area che si estende dai poli al lato della sera sono relativamente prive di nuvole; un altro modello non può determinare chiaramente la natura specifica delle nuvole.
I ricercatori hanno sottolineato che le temperature in diverse aree di WASP-17b abbracciano l'intervallo di temperature in cui si possono formare nubi di silicati e nubi di sale. Pertanto, possono esistere diversi tipi di nuvole in diverse aree del pianeta. In futuro saranno necessarie osservazioni più raffinate nel medio infrarosso per determinare ulteriormente la composizione e la distribuzione spaziale di queste nuvole.
Inoltre, il gruppo di ricerca attualmente presuppone, in parte dell'analisi, che gli emisferi settentrionale e meridionale del pianeta abbiano una struttura approssimativamente simmetrica, che potrebbe non essere applicabile ad altri esopianeti. La gamma di lunghezze d’onda nelle osservazioni disponibili può anche mascherare cambiamenti più sottili ai margini dell’atmosfera. Pertanto, sebbene questa ricerca abbia fatto importanti progressi, gli scienziati hanno ancora bisogno di ulteriori osservazioni per migliorare il modello atmosferico del pianeta.
I ricercatori ritengono che il vero significato di questo lavoro non sia solo scoprire che l'atmosfera di un pianeta non è sufficientemente simmetrica, ma dimostrare che gli astronomi stanno cominciando ad avere la capacità di studiare l'ambiente locale in diverse aree di pianeti distanti.
Finora gli astronomi hanno confermato più di 6.000 esopianeti, ma gli esseri umani possono ancora ottenere solo informazioni medie limitate sulle atmosfere della maggior parte di essi. Anche con i telescopi più avanzati, è difficile per i ricercatori ottenere immagini direttamente delle superfici o delle nuvole di questi mondi lontani, quindi le loro proprietà fisiche spesso possono essere dedotte solo indirettamente attraverso cambiamenti spettrali e di luminosità.
La nuova tecnologia delle stringhe di trasmissione può separare i segnali in diverse posizioni ai margini dell'atmosfera di un pianeta, consentendo ai ricercatori di studiare ulteriormente i cambiamenti nella temperatura e nella composizione chimica dall'equatore ai poli e dalla mattina alla sera. Ciò significa che in futuro gli scienziati dovrebbero passare gradualmente dalla misurazione delle caratteristiche atmosferiche medie di un pianeta alla mappatura di strutture atmosferiche tridimensionali più dettagliate.
Il gruppo di ricerca ha affermato che man mano che questa tecnologia verrà applicata a un numero maggiore di esopianeti, gli astronomi potrebbero gradualmente identificare la struttura del flusso d'aria, i cambiamenti di temperatura locale e la distribuzione delle nuvole a diverse latitudini e potrebbero persino studiare grandi tempeste su pianeti lontani in futuro.
Per WASP-17b, che si trova a 1.300 anni luce dalla Terra, questa osservazione ha rivelato solo una parte del suo complesso sistema atmosferico. Ma i ricercatori hanno dimostrato che anche senza accesso diretto a questi mondi lontani, possono utilizzare i sottili cambiamenti lasciati dalla luce di una stella mentre attraversa l’atmosfera di un pianeta per ricostruire le strutture meteorologiche invisibili al suo interno. Questo progresso fornisce nuovi strumenti di osservazione per studi futuri sul clima, sulla circolazione e sull’evoluzione atmosferica degli esopianeti.
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