A sinistra, un’immagine a colori migliorata di Nettuno dal telescopio spaziale Hubble della NASA. A destra, quell’immagine è combinata con i dati del telescopio spaziale James Webb della NASA. Le macchie ciano, che rappresentano l’attività aurorale, e le nuvole bianche, sono dati dallo spettrografo nel vicino infrarosso (NIRSpec) di Webb, sovrapposti all’immagine completa del pianeta dalla Wide Field Camera 3 di Hubble.
Per la prima volta, gli astronomi hanno catturato immagini dirette delle elusive aurore di Nettuno. Gli scienziati hanno a lungo sospettato che il lontano gigante di ghiaccio ospitasse spettacoli di luci scintillanti, basandosi su fugaci indizi dal passaggio della sonda Voyager 2 e osservazioni di attività simili su Giove, Saturno e Urano. Catturare immagini delle aurore di Nettuno era rimasto fuori portata fino a quando il telescopio spaziale James Webb (JWST o Webb) ha rivolto il suo potente occhio verso il pianeta ghiacciato.
“Si è scoperto che l’effettiva immagine dell’attività aurorale su Nettuno era possibile solo con la sensibilità nel vicino infrarosso di Webb,” ha detto Henrik Melin della Northumbria University, che ha condotto la ricerca mentre era all’Università di Leicester, in una dichiarazione che accompagnava le foto. “È stato così sorprendente non solo vedere le aurore, ma il dettaglio e la chiarezza della firma mi hanno davvero scioccato.”
Ancora più significativo è la natura unica dell’aurora di Nettuno, che secondo gli scienziati differisce da quelle viste sulla Terra, su Giove e su Saturno, dove le aurore sono tipicamente confinate ai poli. Questo perché i loro campi magnetici sono relativamente ben allineati con i loro assi di rotazione, guidando le particelle cariche dal vento solare verso le regioni polari. Nettuno, d’altra parte, ha un campo magnetico fortemente inclinato e disallineato, il che significa che le sue aurore appaiono in posizioni inaspettate, come le medie latitudini del pianeta.
Queste osservazioni sono state rese possibili dallo spettrografo nel vicino infrarosso (NIRSpec) del telescopio spaziale James Webb, uno strumento che analizza la luce assorbita o emessa dagli oggetti celesti. Scomponendo le diverse lunghezze d’onda di questa luce, gli scienziati possono determinare proprietà fisiche chiave, come temperatura, massa e composizione chimica. In questo caso, NIRSpec ha catturato immagini dettagliate della ionosfera di Nettuno — lo strato elettricamente carico della sua atmosfera superiore, simile alla ionosfera terrestre, dove si formano le aurore.
Con grande entusiasmo, i dati di Webb hanno rivelato emissioni di tricatione di idrogeno (H₃⁺), uno degli ioni più abbondanti nell’universo. Questa scoperta è significativa perché H₃⁺ gioca un ruolo cruciale nelle aurore planetarie, brillando in risposta alle interazioni tra le atmosfere dei pianeti e le particelle cariche dal vento solare.
“H3+ è stato un chiaro indicatore su tutti i giganti gassosi — Giove, Saturno e Urano — di attività aurorale, e ci aspettavamo di vedere lo stesso su Nettuno mentre investigavamo il pianeta nel corso degli anni con le migliori strutture terrestri disponibili,” ha spiegato la scienziata del JWST Heidi Hammel. ”Solo con una macchina come Webb abbiamo finalmente ottenuto quella conferma.”
Il team è stato anche in grado di prendere una lettura della temperatura di Nettuno, cosa che non era stata fatta dal passaggio della Voyager 2 nell’agosto del 1989. “Sono rimasto sbalordito [dai risultati],” ha detto Melin. “L’atmosfera superiore di Nettuno si è raffreddata di diverse centinaia di gradi [in quel tempo]. Infatti, la temperatura nel 2023 era poco più della metà di quella del 1989.”
Il calo della temperatura planetaria potrebbe aiutare a spiegare perché le aurore sono state così difficili da vedere. Questo perché le aurore si verificano quando le particelle cariche eccitano i gas atmosferici, facendoli emettere luce. Temperature più alte generalmente significano particelle più energetiche e un tasso più alto di collisioni, portando a aurore più luminose. Una temperatura sostanzialmente più fredda ridurrebbe la densità degli ioni energetici, portando a emissioni più deboli che sono più difficili da rilevare.
Gli astronomi continueranno a studiare Nettuno utilizzando il JWST, sperando di ottenere una comprensione più profonda del pianeta più strano del nostro sistema solare. “Mentre guardiamo avanti e sogniamo future missioni su Urano e Nettuno, ora sappiamo quanto sarà importante avere strumenti sintonizzati sulle lunghezze d’onda della luce infrarossa per continuare a studiare le aurore,” ha aggiunto Leigh Fletcher dell’Università di Leicester, coautore dell’articolo. “Questo osservatorio ha finalmente aperto la finestra su questa ultima, precedentemente nascosta ionosfera dei pianeti giganti.”