IL CLIMA INFERNALE DI UNA SUPER-TERRA

Recenti osservazioni condotte con lo Spitzer Space Telescope hanno permesso di ottenere per la prima volta la mappa della temperatura di una super-Terra, ovvero di un pianeta roccioso di dimensioni superiori a quelle della Terra.

Il pianeta studiato è il celebre 55 Cancri e, orbitante attorno alla stella 55 Cancri A appartenente alla costellazione del Cancro e distante circa 40 anni luce.

Dai dati si evince che i giorni di 55 Cancri e sono costituiti da notti calde che lasciano spazio a dì ancora più caldi. Questa è un'evidenza di un trasporto inefficiente del calore nell'atmosfera del pianeta e potrebbe essere un'indizio della presenza di un'imponente attività vulcanica superficiale in atto.

L'alta temperatura è dovuta all'estrema vicinanza dell'esopianeta alla stella: tale vicinanza fa completare al pianeta un'intera orbita in appena 18 ore e lo costringe a mostrare sempre il medesimo emisfero alla stella. Tale costrizione fa sì che l'emisfero diurno sia perennemente bollente e quello notturno sia perennemente più freddo in quanto non vi sorge mai il sole.

Spitzer ha osservato il pianeta nell'infrarosso per 80 ore, ovvero per 4 orbite e mezzo circa (corrispondenti a 4 anni e mezzo del pianeta!), abbastanza per osservarne le fasi e stabilire una mappa della sua temperatura. La realizzazione di questa mappa è stata possibile analizzando la radiazione emessa da pianeta durante il suo rivoluzionare attorno alla sua stella. Gli astronomi hanno osservato una netta differenza di temperatura tra i due emisferi: il più caldo brucia ad oltre 2400°C mentre quello più "freddo" brucia a 1100°C.

Ciò significa che tra il giorno e la notte perenne ci sono 1300°C di differenza!

Tale squilibrio di temperature contrasta con quanto ritenuto in precedenza, ovvero che l'atmosfera e la circolazione dei venti mitigassero la temperatura globale distribuendo l'intenso calore su tutto il pianeta. Su questo pianeta tale processo è particolarmente inefficiente, perchè? Alcune ipotesi prevedono l'assenza di una spessa atmosfera (e dunque di un'importante circolazione di venti) che distribuisca il calore e l'addensarsi della lava nel lato notturno e più freddo del pianeta. Entrambi i fattori generano una mancata distribuzione ed omogeneizzazione del calore sull'intero pianeta.
Sono state avanzate alcune ipotesi sulla possibile composizione dell'atmosfera di 55 Cancri e. L'assenza di elementi leggeri come l'idrogeno è stata confermata dalle osservazioni e si presume, viste le temperature e la possibile composizione del pianeta, che si tratti di un'atmosfera ricca di silicati allo stato gassoso e simile per consistenza ad un'immensa nube vulcanica.

E' stato addirittura possibile notare uno spostamento del punto più caldo del pianeta col passare del tempo: il fenomeno potrebbe essere legato alla continua ridistribuzione del calore nell'emisfero diurno o alla presenza reale di punti mobili estremamente caldi sul pianeta come i fiumi di lava.
In conclusione, 55 Cancri e è un mondo di lava, una fornace dominata da un'intensa attività vulcanica e da un'atmosfera rovente sottoposta a sbalzi termici estremi.

VENTI EXTRASOLARI

Ormai la risoluzione degli strumenti dedicati alla ricerca ed allo studio dei pianeti extrasolari ha raggiunto altissimi livelli, così come le tecniche ingegnose che gli astronomi utilizzano per ottenere quante più informazioni possibili da questi strani e nuovi mondi.
Per la prima volta un team di astronomi è riuscito a calcolare con precisione la velocità del vento su un pianeta orbitante attorno ad un'altra stella, sia nell'emisfero notturno sia in quello diurno.
La stella in questione è HD 189733 ed è distante circa 63 anni luce dal Sole, in direzione della costellazione della Volpetta. Il pianeta, noto come HD 189733b, appartiene alla categoria degli Hot Jupiters ( pianeti della taglia del nostro Giove ma roventi, in quanto orbitano estremamente vicino alla loro stella): 1250°C di temperatura, 10% più grande di Giove ed un anno che dura appena 2.2 giorni terrestri. Si trova inoltre talmente vicino alla sua stella (0,03 UA - 4.5 milioni di km) da rivolgerle perennemente lo stesso emisfero a causa della potentissima interazione gravitazionale tra i due corpi celesti.
In passato erano già state effettuate misure della velocità del vento su alcuni pianeti extrasolari, ma si tratta di misure statistiche e riguardanti un solo emisfero; mancava dunque una misura precisa e globale dei venti.
In questo studio la velocità del vento è stata misurata indipendentemente su entrambi gli emisferi del pianeta e ciò ha permesso di comprendere la sua reale direzione: da ovest verso est.
La velocità dei venti su HD 189733b ha dell'incredibile, risultando oltre 20 volte maggiore del vento più forte mai misurato sulla Terra: 8690 km/h (2,2 Km/s) dall'emisfero diurno a quello notturno.
Ma come si è arrivati a questa incredibile scoperta?
Partendo dal presupposto che il disco di una stella è più brillante al centro rispetto alle zone periferiche (esattamente come si nota osservando il disco solare...), il sensibilissimo spettrometro HARPS ha osservato il pianeta durante differenti momenti del transito di fronte alla sua stella.
Conseguentemente HARPS ha rilevato una quantità di luce filtrata dall'atmosfera del pianeta differente nei vari momenti del transito: l'atmosfera del pianeta bloccherà più luce stellare in corrispondenza delle zone periferiche del disco stellare, rispetto a quella filtrante durante il transito al centro del disco stellare. Per osservare al meglio il fenomeno è stata osservata la variazione della luce prodotta dal sodio, elemento presente in quantità nell'atmosfera del pianeta e particolarmente adatto allo scopo.
A queste osservazioni si sono sommate quelle che hanno misurato lo spostamento dell'atmosfera del pianeta, verso di noi o nel senso opposto, durante il transito. Tale spostamento, spettroscopicamente assimilabile a quello che fa variare l'intensità del suono di una sirena rispetto ad un ascoltatore fermo e noto come effetto Doppler, ha permesso di calcolare con precisione la velocità dei venti all'interno dell'atmosfera. Il legame tra la luce che filtra attraverso l'atmosfera ed il movimento dell'atmosfera stessa secondo l'effetto Doppler è molto stretto: tale luce sarà un po' più blu (frequenza maggiore) se l'atmosfera ruota verso di noi ed un po' più rossa (frequenza minore) se l'atmosfera ruota in senso opposto a noi, cioè verso la stella.
In definitiva, si è utilizzata la differenza di frequenza della luce nei due casi precedenti per comprendere la velocità dei venti di HD 189733b.
Il team si augura di poter utilizzare questo metodo su molti altri esopianeti giganti (per fare pratica ed affinarlo), per poi utilizzarlo anche per esopianeti terrestri.

Il pianeta in questione è famoso anche per numerosi altri motivi: sappiamo con certezza il suo colore reale (2013), è stato il secondo mondo extrasolare su cui è stata rilevata acqua  (2007), il primo su cui
è stato rilevato il metano (2008), seguito da CO2 e CO (2008). E' anche il primo pianeta extrasolare di cui si è ottenuta una mappa termica superficiale, il primo osservato nei raggi X, il secondo di cui è stato calcolato il tasso di evaporazione atmosferica.


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UNA ROVENTE SOLITUDINE

Oggi si conoscono centinaia di pianeti solitari ( noti anche come "orfani" o "interstellari"). Si tratta di una particolare categoria di pianeti che vaga liberamente nello spazio cosmico senza alcun legame orbitale che li vincoli ad una stella. Si tratta di pianeti, quindi, su cui non sorge mai uno o più soli, non ci sono albe e tramonti, bensì una perenne notte cosmica.
Uno di questi, attualmente a soli 75 anni luce dalla Terra, è stato studiato in dettaglio nella banda infrarossa, che mette in particolare risalto questa tipologia di corpi celesti.
Lo studio di questi pianeti, della loro atmosfera e della loro superficie è da una parte più agevole grazie all'assenza dell'abbagliante luce stellare che copre la luce emessa dal pianeta, dall'altra più complicata in quanto si tratta di corpi difficili da scovare poichè non perturbano gravitazionalmente la loro stella e/o non la eclissano. Dunque vengono riconosciuti grazie all'emissione di radiazione infrarossa.
Il pianeta è attualmente noto come PSO J318.5-22 ed è un mondo di dimensioni analoghe a quelle del nostro Giove, ma 8 volte più massiccio. Il suo periodo di rotazione (il secondo ad essere studiato in dettaglio dopo quello di Beta Pictoris b),  è compreso tra le 5 e le 20 ore. Si tratta inoltre di un pianeta estremamente giovane, appena 20 milioni di anni, il che fa ipotizzare la sua espulsione da parte di un sistema planetario in formazione entro alcuni anni luce; tale sistema potrebbe trovarsi nella fase iniziale di riordino delle orbite e quindi i corpi di massa minore o quelli posti su orbite instabili vengono espulsi dai corpi più massicci presenti nel sistema.
Accennavamo all'oscurità che pervade l'intera superficie del pianeta. Questa situazione è perfetta, per noi osservatori, in quanto ci permette di cogliere le variazioni nell'emissione di radiazione da parte della superficie e dell'atmosfera, che altrimenti si sarebbero perse con l'interferenza stellare.
Ebbene, ciò che risulta dallo studio è che questo pianeta gigante possiede numerosi strati di nubi sottili e spesse le cui mutazioni sono alla base delle differenze di luminosità riscontrate dalla luce infrarossa emessa dal pianeta. Per tutta finestra temporale all'interno della quale il team ha raccolto i dati ed ha compiuto le osservazioni, la radiazione raccolta ha mostrato tra l'altro un mondo particolarmente rosso, sintomo di una copertura nuvolosa globale e consistente.
Nonostante si tratti di un mondo perso nel freddo cosmico, senza il calore di una stella, la sua temperatura superficiale è di oltre 800°C, il che fa pensare ad un pianeta che ancora mantiene il calore derivante dalla sua formazione e che non è ancora riuscito a dissiparlo.
Ma tali condizioni estreme hanno fatto ipotizzare che tali nubi siano composte da materiale fuso, compatibile con silicati caldi e gocce di ferro.
Tale studio sull'atmosfera utilizza tecniche che il team vorrebbe applicare a qualunque pianeta ed in particolare a quelli ritenuti promettenti per la ricerca della vita, dimostrando come le nubi siano un carattere onnipresente su quasi tutte le tipologie di pianeti note.
Il pianeta si trova nella costellazione australe del Pittore ( 21h14m08s, -22°51'37").

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L'INFERNO ESISTE ED E' SU HD189733Ab

In questo blog abbiamo parlato spesso di esopianeti estremi, ma solo una manciata delle migliaia che oggi conosciamo può competere con quello che è stato appena studiato in dettaglio.

Il pianeta in questione è HD 189733Ab ed è stato scoperto nel 2005 attorno a HD 189733A, una nana arancione facente parte di un sistema binario condiviso con una nana rossa.
Di questo pianeta sappiamo che è un gioviano caldo con una massa superiore del 16% a quella di Giove e che il suo anno dura appena 2,2 giorni terrestri (semiasse: 4,5 milioni di km). Si trova in direzione della costellazione della Volpetta, nei pressi della Nebulosa Manubrio, a 63 anni luce dal Sole.

Fino ad oggi però non si erano potuti compiere studi approfonditi circa la sua situazione atmosferica e superficiale. Ciò che è stato rilevato per mezzo dello spettrometro HARPS ha dell'incredibile.
Utilizzando una nuova e particolare tecnica che concentra l'attenzione degli astronomi sullo studio delle variazioni della linea spettrale del sodio, è stato possibile concludere che su questo mondo la superficie è spazzata da venti di circa 1000 km/h (con punte di 10.000 km/h) ed il tutto è scaldato da una temperatura atmosferica di circa 3000°C.
Le condizioni estreme di questo pianeta generano però anche situazioni e fenomeni affascinanti. Nel luglio 2013 venne condotto uno studio pionieristico per stabilire il vero colore del pianeta: in altre parole come lo vedremmo coi nostri occhi se fossimo nelle sue vicinanze.

Il pianeta risulta essere di un colore blu cobalto (simile alla Terra vista dallo spazio) e ciò è dovuto alle particelle di silicati sospese nella sua turbolenta atmosfera. Queste particelle sono sferzate da venti a migliaia di km/h e vetrificate dal calore estremo dell'atmosfera. Qualora si condensino, in quel punto possono verificarsi piogge di vetro che riflettono la luce blu.

Precedentemente il pianeta aveva fatto parlare di sè essendo il secondo su cui è stata scoperta l'acqua (presente in forma di vapore acqueo, 2007), anidride carbonica e monossido di carbonio (2008), ed il primo su cui è stato scoperto il metano (2008).
Nel 2010 venne confermata l'evaporazione in corso: il pianeta sta perdendo massa al ritmo di 1-100 tonnellate al secondo.
HD189733Ab detiene anche il record di primo pianeta extrasolare ad essere stato mappato (2007): grazie alle forti emissioni generate dalle sue condizioni estreme è stato possibile creare una primitiva mappa termica del pianeta.

WASP-43b: IL PRIMO STUDIO APPROFONDITO SU UN'ATMOSFERA ALIENA.

Ciò di cui parliamo oggi rappresenta sicuramente un grosso passo avanti nello studio e nella comprensione della struttura e delle caratteristiche dei pianeti extrasolari.
Abbiamo accennato spesso alla difficoltà estrema nel caratterizzare le atmosfere di questi mondi lontani: bisogna infatti catturare la debolissima luce che filtra attraverso la sottile atmosfera di un pianeta in transito di fronte alla sua stella... il tutto a decine o centinaia di anni luce da noi osservatori.
A questo si deve sommare un'analisi spettroscopica di quella debole luce che ci permette di comprendere la composizione e la struttura dell'atmosfera in esame.

Lo studio sul pianeta WASP-43b si è occupato proprio di questo ed ha collezionato risultati senza precedenti.
WASP-43b è un esopianeta distante 260 anni luce nella costellazione del Sestante che, al di là della sua atmosfera, presenta anche altre caratteristiche degne di nota. E' grande come il nostro Giove ( anche se possiede il doppio della sua massa), ma orbita 40 volte più vicino alla sua stella di quanto non faccia Mercurio rispetto al Sole. Proprio questo aspetto lo rende l'esopianeta con l'anno più corto, appena 19 ore!
Appartiene quindi alla categoria dei Gioviani Caldi e, come tutti gli esopianeti prossimi al loro astro, mostra sempre lo stesso emisfero alla sua stella. Quest'ultima caratteristica ha una grossa influenza sul clima del pianeta che presenta un'emisfero perennemente bollente ed uno perennemente glaciale.

Lo studio in questione ha messo in luce che la temperatura dell'atmosfera di WASP-43b decresce lentamente con l'aumentare dell'altitudine ed i due emisferi possiedono temperature marcatamente differenti. I due dati permettono di concludere che sul pianeta non ci sono meccanismi efficienti di rimescolamento delle masse d'aria e quindi della temperatura, che passa dai 1700°C diurni ai 500°C notturni. Questo risultato è stato possibile grazie alla camera WFC3 a bordo di Hubble, che ancora una volta, dopo 22 anni, dimostra il suo incommensurabile valore.
Altro dato interessantissimo è stato il rilevamento di vapore acqueo nell'atmosfera planetaria e la sua distribuzione. Il pianeta è così caldo che tutta l'acqua è in forma di vapore e non condensa in nubi ghiacciate come sul nostro Giove.
La mappatura termica dell'atmosfera di WASP-43b è stata possibile grazie al monitoraggio continuo del pianeta nell'arco di ben 3 anni... ovvero 4 giorni terrestri!