L’atmosfera superiore di Urano si sta raffreddando sempre di più: ecco perché

Il gigante gassoso Urano, settimo pianeta del Sistema Solare in ordine di distanza dal Sole, ha avuto negli ultimi decenni un affascinante mistero: un costante raffreddamento della sua termosfera (la parte superiore dell'atmosfera) rispetto alle misurazioni effettuate dalla sonda Voyager 2 nel 1986: in poco meno di 40 anni si è passati da 427 °C a 177 °C. Un nuovo studio pubblicato sulla rivista scientifica Geophysical Research Letters sembra fornire finalmente una spiegazione al fenomeno. Gli scienziati hanno infatti scoperto che la variazione di temperatura è strettamente correlata alla variazione di pressione del vento solare, che a sua volta agisce sulla magnetosfera di Urano e quindi la quantità di energia proveniente dal Sole che raggiunge il pianeta. Questo ha importanti implicazioni per la ricerca di pianeta extra-solari dal momento che la loro ricerca si basa su modelli matematici calibrati su ciò che possiamo osservare da vicino, ovvero i pianeti del Sistema Solare.

Perché la termosfera di Urano si sta raffreddando

Finora il rapido declino di circa 250 °C nell'atmosfera superiore di Urano era rimasto inspiegato. Grazie ad uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Geophysical Research Letters, adesso sappiamo che il responsabile del raffreddamento è la diminuzione dell'energia cinetica depositata ogni secondo dal vento solare sulla magnetosfera di Urano, che è la regione di influenza del campo magnetico del pianeta, che è quindi correlato con la diminuzione di temperatura.

L'interazione del tenue vento solare con la magnetosfera ha fatto sì che quest'ultima si espandesse col tempo. Una magnetosfera più grande fa da ostacolo maggiore al vento solare, cosa che causa una diminuzione del flusso di energia che raggiunge la termosfera del pianeta, che in ultima istanza è ciò che la riscalda. I pianeti con magnetosfere sufficientemente grandi, come Urano, potrebbero quindi anche avere termosfere governate prevalentemente dal vento solare (particelle cariche) piuttosto che dalla radiazione solare (fotoni).

Come è fatta l'atmosfera di Urano

I pianeti giganti gassosi, come Urano, non hanno una superficie solida, ma strati gassosi via via più densi man mano che ci si avvicina al centro del pianeta. Questo fa sì che l'atmosfera di Urano non venga definita sulla base dello strato al di sopra della superficie, ma piuttosto sui vari strati che si succedono al di sopra, o poco sotto, la soglia in cui la pressione atmosferica è uguale a quella terrestre.

L'atmosfera di Urano è convenzionalmente divisa in tre strati: la troposfera (fino a 50 km al di sopra della soglia di pressione atmosferica terrestre), la stratosfera (tra 50 e 4000 km) e la termosfera, lo strato più esterno che si estende dai 4000 km fino a circa due volte il raggio di Urano. La termosfera è costituita da particelle cariche, ioni ed elettroni, tra cui lo ione H₃⁺(formato da tre atomi di idrogeno legati insieme) che emette radiazione luminosa nel medio infrarosso rilevabile con gli strumenti a terra.

Le prime misurazioni della termosfera di Urano furono effettuate dalla sonda Voyager 2 nel 1986, che rilevò una temperatura di circa 427 °C. Da allora, la termosfera di Urano è stata continuamente monitorata da Terra con strumenti infrarossi che hanno mostrato un rapido declino fino ai valori di circa 127 °C attuali.

Quali sono le implicazioni per i pianeti extra-solari

Nello studio gli autori mettono in luce come questo risultato abbia degli importanti risvolti per la ricerca di pianeti extra-solari, in particolare per quelli che hanno magnetosfere grandi come quelle di Urano. In questi casi, i venti stellari guidano la temperatura della atmosfera superiore e i modelli matematici esistenti che trascurano questo apporto di energia tendono anche a dare una stima incorretta della quantità di ioni idrogeno H₃⁺ presenti. Se quindi la ricerca di un esopianeta si basa sulla ricerca di H₃⁺ e il quantitativo atteso è errato, potremmo star perdendo potenziali esopianeti là fuori, sottostimando l'emissione di H₃⁺ dagli esopianeti.

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