L’aurora boreale vista per la prima volta su Nettuno grazie al James Webb: le immagini

L'immagine dell'aurora su Nettuno in ciano. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Heidi Hammel (AURA), Henrik Melin (Northumbria University), Leigh Fletcher (University of Leicester), Stefanie Milam (NASA-GSFC)

Gli scienziati sono riusciti a vedere per la prima volta l'aurora boreale su Nettuno, l'ottavo e ultimo pianeta del Sistema solare. Il gigante ghiacciato aveva tutte le carte in regola per manifestare attività aurorale, come gli altri pianeti in orbita attorno al Sole, ciò nonostante sino ad oggi gli scienziati erano riusciti a ottenere solo deboli indizi di questo fenomeno luminoso. La ragione risiede principalmente nel fatto che Nettuno orbita in media a 4,5 miliardi di chilometri dalla Terra, una distanza oltre 30 volte superiore a quella che separa il nostro pianeta dal Sole (quella che gli scienziati chiamano Unità Astronomica o UA, pari a circa 150 milioni di chilometri).

Poiché Nettuno orbita in una zona remota e gelida del nostro sistema, ad oggi è stato visitato una sola volta da una sonda, ovvero nel lontano 1989 dalla celeberrima Voyager 2. Fu proprio allora che gli scienziati colsero informazioni preziose sulla possibile attività aurorale nell'atmosfera nettuniana, impossibile da catturare con i telescopi terrestri. Ora, grazie all'estrema sensibilità dell'avveniristico – e costosissimo – Telescopio Spaziale James Webb lanciato in orbita a Natale del 2021, gli astronomi sono finalmente riusciti a cogliere lo spettacolo luminoso sul gigante ghiacciato. Ma non solo, hanno anche determinato che la temperatura dell'ultimo pianeta del Sistema solare si è ridotta sensibilmente, circa un centinaio di gradi. È infatti circa la metà di quella registrata dai sensori della sonda 36 anni fa, segnale di un significativo raffreddamento nel giro di pochi decenni.

A ottenere le prime immagini dell'aurora boreale su Nettuno è stato un team di ricerca internazionale guidato da scienziati dell'Università della Northumbria (Regno Unito), che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi di diversi istituti. Fra quelli coinvolti il Dipartimento di Astronomia dell'Università di Boston, l'Associazione delle Università per la Ricerca in Astronomia di Washington, il Goddard Space Flight Center della NASA, l'Università di Leicester e altri. I ricercatori, coordinati dal professor Henrik Melin, docente presso il Dipartimento di matematica, fisica e ingegneria elettronica dell'ateneo britannico, hanno ottenuto questo splendido risultato mettendo il pianeta nel mirino del James Webb nel giugno 2023. Più nello specifico, i dati sono stati raccolti attraverso lo spettrografo nel vicino infrarosso del telescopio spaziale. Proprio grazie alla sensibilità in questa lunghezza d'onda è stato possibile osservare l'attività aurorale. I ricercatori hanno infatti intercettato la presenza del catione triidrogeno (H₃⁺), che è strettamente associato alle aurore su altri pianeti giganti (Saturno, Giove e Urano). Nell'immagine in basso a destra, l'attività aurorale catturata dal Webb è visibile in ciano.

L'aurora su Nettuno. A sinistra l'immagine catturata da Hubble, a destra la combinazione di dati Hubble e Webb. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Heidi Hammel (AURA), Henrik Melin (Northumbria University), Leigh Fletcher (University of Leicester), Stefanie Milam (NASA-GSFC)

Le aurore si formano attraverso l'interazione del vento solare con gli elementi presenti nell'alta atmosfera (ionosfera). Le particelle cariche elettricamente – o plasma – del vento solare si distribuiscono lungo le linee del campo magnetico e si illuminano di colori spettacolari quando reagiscono con gli atomi, liberando energia e dando vita agli spettacolari “tendaggi” degli archi aurorali. Curiosamente, la distribuzione di queste aurore su Nettuno non è polare come sulla Terra, ma orientata verso l'equatore. Il campo magnetico del pianeta è infatti distorto ed è piegato di 47 gradi rispetto all'asse di rotazione del pianeta, che a sua volta è inclinato di oltre 28 gradi rispetto al piano dell'orbita (un fatto che determina stagioni molto lunghe sul pianeta). “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 studiavamo il pianeta nel corso degli anni con le migliori strutture terrestri disponibili. Solo con una macchina come Webb abbiamo finalmente ottenuto quella conferma”, ha affermato in un comunicato stampa la dottoressa Heidi Hammel, coautrice dello studio e principale analista dei dati.

Un altro elemento curioso scoperto dagli scienziati è stato il drastico abbassamento della temperatura rispetto a quella rilevata nel 1989 dalla Voyager 2. “Sono rimasto sbalordito: l'atmosfera superiore di Nettuno si è raffreddata di diverse centinaia di gradi. In effetti, la temperatura nel 2023 era poco più della metà di quella del 1989”, ha chiosato il professor Melin. Ciò suggerisce che questa regione dell'atmosfera nettuniana è molto più dinamica di quel che si credeva in precedenza, cambiando più rapidamente sia del ciclo solare che delle stagioni sul pianeta. I ricercatori ritengono che le aurore sono rimaste "nascoste" così a lungo anche a causa del raffreddamento atmosferico, ma solo grazie al Webb è stato possibile individuarle per la prima volta. I dettagli dello studio “Discovery of H3+ and infrared aurorae at Neptune with JWST” sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Nature Astronomy.