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11/10/14

Acqua calda a 260 anni luce **

Hubble è riuscito a darci preziose informazioni sulla temperatura dei vari strati atmosferici e a “tracciare” la distribuzione del vapor d’acqua in un pianeta  orbitante vicinissimo a una stella che  dista ben 260 anni luce da noi. Sembra quasi impossibile che la luce riesca a inviarci un tale numero di informazioni.

Il pianeta si chiama WASP-43b è non ha molte somiglianze con il nostro Giove se non nelle sue dimensioni, circa uguali, e nella sua massa, circa doppia. Come già accennato, però, la caratteristica più importante è l’estrema vicinanza alla sua stella: le rivolve  attorno in sole 19 ore (circa a due  milioni di chilometri, una vera sciocchezza!). Essere così vicino vuol dire essere molto caldo, da cui il nome generico di Giove caldi per questo tipo abbastanza frequente di esopianeti. Questo fatto comporta situazioni molto utili per le osservazioni a distanza. Innanzitutto, il pianeta volge sempre la stessa faccia alla stella (gli effetti mareali, che già conoscete bene, hanno rapidamente sincronizzato il periodo di rivoluzione con quello di rotazione). Inoltre, esso occulta la stella in modo da permetterne la scoperta a causa della “caduta” di luce dell’astro.

Il suo periodo orbitale, però, può essere evidenziato molto bene anche dalle misure della luminosità totale della stella + pianeta in ogni fase di rivoluzione. Infatti, cambia la luminosità a seguito del cambiamento di temperatura che il pianeta mostra a Hubble. Un  lavoro ideale per la spettroscopia, soprattutto infrarossa.

Quando il pianeta ci mostra la sua faccia illuminata (poco prima e poco dopo che venga eclissato dalla stella) la temperatura raggiunge i 1650 °C, mentre quando ci mostra la faccia “notturna” la temperatura scende a poco più di 500 °C. Sempre e comunque un pianeta molto caldo, ma con escursioni termiche non indifferenti.

La Figura mostra la mappa della temperature di WASP-43b durante la sua rivoluzione attorno alla sua stella. Fonte: NASA, ESA, and K. Stevenson, L. Kreidberg, and J. Bean (University of Chicago)
La Figura mostra la mappa della temperature di WASP-43b durante la sua rivoluzione attorno alla stella. In realtà, la linea di vista permette i mutui transiti. Fonte: NASA, ESA, and K. Stevenson, L. Kreidberg, and J. Bean (University of Chicago)

Immaginiamolo come una sfera di idrogeno capace di comportarsi più o meno come corpo nero e di inviarci spettri di assorbimento. Ma anche di emissione per certe configurazioni geometriche. Confrontandoli con quelli della stella è stato relativamente facile studiare le variazioni di temperatura del pianeta. Dato che esso volge sempre la stessa faccia alla stella, durante la sua rivoluzione si hanno misure di temperatura centrate a diverse  longitudini, che si ripetono, però, periodo dopo periodo. Non basta ancora, però.

La spettroscopia mostra anche la presenza di acqua allo stato di vapore. Questa è una fortuna dovuta all’estrema vicinanza alla stella. Ossia, alla elevata temperatura della sfera di idrogeno incandescente. Sul nostro Giove, la temperatura delle zone atmosferiche è sufficientemente bassa per condensare l’acqua e formare nubi piuttosto basse rispetto alla superficie visibile. Da dove arriva l’acqua? Facilmente dalla pioggia di corpi ghiacciati di tipo cometario che hanno fin dall’origine del Sistema Solare bombardato tutti i pianeti e lo stesso Sole. La Figura 1 mostra la temperatura dell’atmosfera di Giove al variare della pressione, strettamente legata all’altezza rispetto al centro del pianeta. Nella figura, lo zero delle altezze è posto in corrispondenza della pressione di 1 bar. Le nubi d’acqua, invisibili dall’esterno, sono state studiate durante la discesa della sonda Galileo che ha raggiunto l’altezza di -137 km prima di smettere di trasmettere.

 

Figura 1. Fonte: Seiff, Alvin; Kirk, Don B.; Knight, Tony C.D. et.al.
Figura 1. Fonte: Seiff, Alvin; Kirk, Don B.; Knight, Tony C.D. et.al.

Sul nostro WASP-47b l’acqua è presente sotto forma di vapore e quindi ben visibile anche negli starti esterni dell’atmosfera e rilevabile da Hubble. La stella dovrebbe essere una K-7, più piccola del Sole (circa 0.7 masse solari), ma sembra che la percentuale d’acqua misurata sul pianeta rispecchi bene quella presente in una stella di tipo solare. Tutti dati, questi, che contribuiscono non poco allo studio formativo ed evolutivo dei pianeti giganti e ai confronti con il nostro Giove.

Adesso non resta che eseguire osservazioni simili su altri pianeti e aspettare che l’arrivo di Webb  permetta di misurare anche le abbondanze di altri elementi come monossido di carbonio, ammoniaca, metano e la “terribile” anidride carbonica. No, su WASO-47b non c’è sicuramente vita biologica (e quindi  nessun problema di CO2…), ma l’interesse scientifico rimane altissimo. Tra non molto alla planetologia si unirà l’esoplanetologia comparata!

Articoli originali QUI e QUI

15 commenti

  1. Michael

    Su WASO-47b non ci sarà certamente vita biologica, ma non si può ancora dire la stessa cosa nei suoi probabili satelliti. ;)
    Enzo, anche per i giganti gassosi è corretto parlare di "faccia"? Non ruotano in modo un po' ambiguo, essendo composti principalmente di gas e liquidi?

  2. Caro Micahel..
    vedo male anche i satelliti a solo 2 milioni di chilometri da una stella! Direi che è giusto parlare di facce relative alla direzione dell stella. Ovviamente, hai ragione tu, che le facce cambiano localmente per effetto di venti e cicloni vari. Un po' come fa, nel suo piccolo, anche Giove...

  3. Mario Fiori

    Comunque sia ,grande Hubble, se Webb non si sbriga viene sopravvanzato in partenza dal...Nonno.
    Penso sia in ogni caso un buon allenamento per la spettroscopia in attesa di esaminare anche Pianeti più piccoli e più lontani.

  4. Incredibile come si sia riusciti a fare un'analisi così dettagliata con così pochi dati a disposizione. In una situazione relativamente "statica" come un pianeta gassoso che rivolge sempre la stessa faccia alla propria stella, che tipo di metereologia vi aspettate?
    Forti venti che rimescolano il tutto (ma non mi viene in mente nulla che possa causare una qualche forma di variabilità) o una distribuzione stratificata costante e permanente dei gas che restano distribuiti in base alle t° che genera la stella e relative pressioni? Certo è una situazione limite, anche soltanto l'ombra di una luna che ci passi davanti produrrebbe forti variazioni di t° e pressione e quindi forti venti.
    Che ne pensate?

  5. caro Marco,
    la situazione non è affatto statica, proprio perché vi sono notevoli differenze di temperatura tra varie zone del pianeta. Quindi i venti e i rimescolamenti atmosferici saranno violentissimi. Al confronto Giove è un luogo tranquillo...

  6. davide1334

    eh interessante si....ora fantascientifico un pò enzo,porta pazienza:in un sistema come questo non è affatto escluso che vi possano essere dei rocciosi che orbitano all'esterno della stella e del giove caldo no?in una ipotesi simile come apparirebbero questi corpi dal pianeta posto ad una distanza tipo il nostro? sarebbe un "sole unico" o nell'arco delle 19 ore si manifesterebbero palesemente le variazioni di calore e luminosità?

  7. Quindi anche in questo caso in cui il punto caldo è sempre da un lato e il punto freddo dal lato opposto non si crea una sorta di gradiente di t° che stratifica i gas rendendoli stabili nelle loro posizioni? Certo è che i moti convettivi faranno rimescolare sempre il tutto ma è anche vero che non essendoci stagionalità e variazione del foto periodo alla fine i venti saranno molto costanti. Mi piacerebbe mettere le mani su un qualche simulatore di modelli metereologici per vedere un po che esce.. :wink:

  8. caro Marco,
    in realtà gli autori hanno applicato vari modelli di circolazione atmosferica tenendo conto del gradiente relativo all'altezza e predicono getti equatoriali e altri movimenti importanti..

  9. caro davide,
    direi proprio che le variazioni sarebbero ininfluenti, dato che la superficie radiante che passa da un massimo a un minimo è poca cosa rispetto a quella costante della stella. Tuttavia, non sarebbe difficile da notare questa piccola protuberanza... Bisognerebbe fare i calcoli più esatti... ma a occhio direi che la temperatura e la luminosità totale varierebbero di poco :wink:

  10. Andrea I.

    A me viene da chiedermi non tanto da dove arrivi, ma quali sono le condizioni necessarie per fare in modo che si formi l'H2O.

  11. caro Andrea,
    l'acqua è stata trovata ovunque nell'Universo...

  12. beppe

    Non è che il pianeta stia cadendo verso la stella?
    Dovrebbe essere una situazione recente, l'Idrogeno a quella temperatura dovrebbe essere strappato facilmente dagli alti strati dell'atmosfera malgrado l'accelerazione di gravità di WASP 43b...

  13. caro Beppe,
    non è così ovvio... bisognerebbe fare i calcoli e sapere bene le masse dei due oggetti... Sicuramente qualcosa deve perdere per strada...
    Brutalmente la particella sta a 35000 km dal centro del pianeta e a 2000000 km dalla stella. La gravità va con il quadrato della distanza... Se non sbaglio vince la prima di un fattore 10**5, mentre la massa va con 10**-3 rispetto al Sole. Sì che c'è agitazione, ma la gravità è la gravità... sempre che non abbia fatto qualche strafalcione... sto andando a occhio... Se sbaglio corrigetimi!!!! :-P

  14. alexander

    più che un problema di massa io pensavo che il pianeta tendesse ad esser spazzato via dal vento solare...
    2.000.000 di km è veramente poco, basta pensare che mercurio dista dal sole "solo" 57.000.000 km...
    Non riesco a quantificare quanto possa esser potente il vento solare ma immagino che le particelle emesse abbiano una velocità di almeno qualche centinaio o un migliaio di km al secondo e a quella distanza pensavo che l'impatto con gli strati superficiali di un pianeta gassoso non sia poco significativo....

  15. sul vento stellare ti do ragione... sicuramente avrà affetti non indifferenti...

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