Per la prima volta, un team internazionale di astronomi guidato dalla Northumbria University ha creato una mappa tridimensionale dell'atmosfera superiore di Urano. Utilizzando gli strumenti ad alta sensibilità del James Webb Space Telescope (JWST), i ricercatori sono riusciti a visualizzare la complessa struttura della ionosfera del gigante di ghiaccio, rivelando come il suo campo magnetico unico alimenti spettacolari aurore a infrarossi. Questa scoperta, pubblicata il 19 febbraio 2026 su Geophysical Research Letters, fornisce l'immagine più dettagliata finora ottenuta del trasferimento di energia all'interno dell'atmosfera del pianeta e conferma una misteriosa tendenza al raffreddamento che ha lasciato perplessi gli scienziati per oltre trent'anni.
La ricerca, guidata dalla dottoranda Paola Tiranti, ha utilizzato il Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) del telescopio Webb per osservare Urano per quasi un'intera rotazione di 15 ore. Rilevando il debole bagliore infrarosso delle molecole di H3+, il team ha mappato l'atmosfera fino a 5.000 chilometri sopra le cime delle nubi. Questo studio segna un salto significativo rispetto alle precedenti istantanee bidimensionali, consentendo agli scienziati di tracciare il movimento verticale dell'energia attraverso l'atmosfera. I risultati rappresentano una pietra miliare nella scienza planetaria, offrendo un nuovo quadro di riferimento per comprendere il bilancio energetico dei giganti di ghiaccio, sia all'interno del nostro sistema solare che in orbita attorno a stelle lontane.
Perché il campo magnetico di Urano è insolito e in che modo influenza le aurore?
Il campo magnetico di Urano è insolito perché è inclinato di circa 60 gradi rispetto al suo asse di rotazione ed è significativamente sfalsato rispetto al centro del pianeta. Questo disallineamento fa sì che la magnetosfera ruoti caoticamente durante la rotazione del pianeta, dirigendo le particelle cariche nell'atmosfera per creare aurore a infrarossi complesse e mutevoli che non si allineano con i poli geografici.
A differenza della Terra, dove il campo magnetico è relativamente allineato con l'asse di rotazione, Urano opera su un'inclinazione assiale di 98 gradi, ruotando essenzialmente su un fianco. L'autrice principale Paola Tiranti ha osservato che la sensibilità del telescopio Webb ha permesso al team di "vedere l'influenza del suo campo magnetico asimmetrico" in tre dimensioni per la prima volta. Le osservazioni hanno rilevato due distinte bande aurorali luminose vicino ai poli magnetici. Tra queste bande, i ricercatori hanno identificato un'insolita riduzione delle emissioni e della densità ionica, una caratteristica probabilmente causata dalla specifica geometria delle linee del campo magnetico che guidano le particelle attraverso l'atmosfera superiore.
In che modo l'atmosfera superiore di Urano si è raffreddata negli ultimi 30 anni?
L'atmosfera superiore di Urano ha registrato una costante tendenza al raffreddamento dai primi anni '90, con misurazioni attuali che registrano una temperatura media di circa 426 kelvin (150 gradi Celsius). Questo calo a lungo termine persiste nonostante i cambiamenti stagionali del pianeta, suggerendo che la circolazione atmosferica interna o la complessa chimica ionosferica giochino un ruolo dominante nel regolare lo stato termico del gigante di ghiaccio.
Le misurazioni del team confermano che la tendenza al raffreddamento osservata dai telescopi a terra e dalle precedenti missioni spaziali è continuata fino al 2026. I dati del JWST hanno mostrato che le temperature sono ora significativamente più basse di quelle registrate alla fine del XX secolo. Questo fenomeno è particolarmente sorprendente data la distanza di Urano dal Sole, poiché i modelli tradizionali di riscaldamento solare non spiegano completamente questi cambiamenti. Gli scienziati ritengono che scoprire il meccanismo dietro questo raffreddamento sia essenziale per capire come i pianeti giganti regolino le loro temperature su scale temporali decennali.
Cosa rivelano le nuove misurazioni sulle densità ioniche nell'atmosfera di Urano?
Le nuove misurazioni rivelano che le densità ioniche nell'atmosfera di Urano raggiungono il loro massimo a circa 1.000 chilometri sopra le cime delle nubi, mentre le temperature atmosferiche raggiungono il picco molto più in alto, tra i 3.000 e i 4.000 chilometri. La mappatura ha anche identificato regioni "oscurate" di bassa densità ionica tra le bande aurorali, simili a strutture precedentemente osservate su Giove.
Questi risultati sono stati resi possibili grazie al General Observer programme 5073, guidato dal Dr. Henrik Melin della Northumbria University. Utilizzando l'Integral Field Unit del telescopio, il team è stato in grado di isolare la struttura verticale della ionosfera. La ricerca evidenzia che la densità degli ioni non segue un gradiente uniforme; è invece pesantemente influenzata dall'ambiente magnetico del pianeta. Paola Tiranti ha spiegato che tracciare questa struttura verticale è un passo fondamentale verso la caratterizzazione della dinamica atmosferica dei pianeti giganti oltre il nostro sistema solare, dove potrebbero esistere anomalie magnetiche simili.
Implicazioni per il bilancio energetico dei giganti di ghiaccio
Comprendere il bilancio energetico di Urano ha implicazioni più ampie per il campo della scienza esoplanetaria. Poiché i giganti di ghiaccio sono tra i tipi di pianeti più comuni trovati nella galassia, la mappa 3D fornita dai ricercatori della Northumbria University funge da "standard di riferimento" per ciò che ci si può aspettare da mondi simili. Lo studio suggerisce che il riscaldamento aurorale e le interazioni del campo magnetico sono i principali motori del comportamento atmosferico, potenzialmente superando l'influenza della radiazione solare per i pianeti situati a grandi distanze dalle loro stelle ospiti.
I dati forniscono anche un contesto critico per le future missioni di esplorazione. Attualmente, le agenzie spaziali stanno valutando la missione Uranus Orbiter and Probe, che cercherebbe di studiare l'interno e l'atmosfera del pianeta in situ. Le scoperte del JWST aiutano a perfezionare gli strumenti e i parametri di missione necessari per studiare la ionosfera da vicino. Rivelando le altitudini specifiche in cui la densità ionica e la temperatura raggiungono il picco, la ricerca consente agli ingegneri di prevedere meglio l'attrito atmosferico e l'ambiente radiativo che una futura sonda incontrerebbe.
Uno sguardo comparativo alle aurore planetarie
Sebbene le aurore su Urano siano guidate dal suo campo magnetico asimmetrico, esse condividono somiglianze fondamentali con l'attività aurorale in altre parti del sistema solare. Sulla Terra, le aurore sono attualmente intense, con un Kp-index di 5 che indica un'attività di tempesta geomagnetica moderata (G1). Durante tali periodi, le aurore sono visibili a latitudini fino a 56,3 gradi, incluse regioni come:
- Fairbanks, Alaska (USA)
- Reykjavik, Islanda
- Tromsø, Norvegia
- Stoccolma, Svezia
- Helsinki, Finlandia
Su Urano, tuttavia, questi "spettacoli di luce" si verificano nello spettro infrarosso e sono molto più estesi, raggiungendo migliaia di chilometri nello spazio. Il JWST ha recentemente catturato fenomeni simili anche su Giove e Nettuno, suggerendo che l'attività aurorale sia una caratteristica universale dei pianeti magnetizzati, sebbene la specifica manifestazione visiva dipenda fortemente dalla composizione chimica e dall'orientamento magnetico del pianeta.
Il futuro della ricerca sui giganti di ghiaccio
Il successo di questo progetto di mappatura 3D segna una nuova era per il gruppo di ricerca Solar and Space Physics della Northumbria University. Gli studi futuri si concentreranno probabilmente sui prossimi passi della scienza uraniana: determinare se la tendenza al raffreddamento trentennale sia ciclica o un cambiamento permanente. Gli astronomi pianificano di utilizzare il James Webb Space Telescope per condurre osservazioni di follow-up in diversi punti dell'orbita di 84 anni del pianeta per vedere come il cambiamento delle stagioni influenzi la struttura 3D della ionosfera.
Come principale osservatorio di scienze spaziali, il Webb continua a risolvere misteri nel nostro vicinato guardando al contempo alle origini dell'universo. Questo studio, supportato dalla NASA, dall'ESA e dalla CSA, sottolinea l'importanza della collaborazione internazionale nell'affrontare le questioni più complesse della scienza planetaria. Con la prima mappa 3D di Urano ora completata, la comunità scientifica è un passo più vicina alla comprensione delle "strutture misteriose" dei giganti che risiedono ai confini del nostro sistema solare.
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