Per la prima volta un team internazionale di astronomi è riuscito a mappare la struttura verticale dell’alta atmosfera di Urano, rivelando come temperatura e particelle cariche varino con la quota sopra le nubi del pianeta.
Le osservazioni sono state effettuate con lo strumento NIRSpec a bordo del telescopio spaziale James Webb, che ha monitorato il pianeta per quasi un’intera rotazione, rilevando la debole emissione infrarossa proveniente dalle molecole presenti a migliaia di chilometri di altezza.
Lo studio, guidato da Paola Tiranti della Northumbria University, fornisce il ritratto più dettagliato mai ottenuto della ionosfera di Urano, la regione atmosferica ionizzata che interagisce direttamente con il campo magnetico del pianeta. I dati mostrano dove si formano le aurore, come la loro distribuzione sia influenzata dall’insolita inclinazione del campo magnetico e confermano che l’atmosfera superiore continua a raffreddarsi, proseguendo una tendenza osservata dagli anni ’90.
La struttura della ionosfera fino a 5000 km sopra le nubi
Le osservazioni sono state condotte il 19 gennaio 2025 nell’ambito del programma General Observer 5073, utilizzando l’Integral Field Unit di NIRSpec per raccogliere dati per circa 15 ore consecutive. Questo ha permesso di seguire Urano per quasi un’intera rotazione, ottenendo una mappa tridimensionale della sua atmosfera superiore fino a 5000 km sopra le nubi.
La regione studiata è la ionosfera, dove l’atmosfera diventa parzialmente ionizzata per effetto della radiazione solare e delle particelle energetiche. Qui la densità degli ioni raggiunge un massimo intorno ai 1000 km di altezza, mentre le temperature più elevate si registrano tra 3000 e 4000 km. Le misure mostrano anche variazioni longitudinali significative, legate alla geometria complessa del campo magnetico del pianeta.
Questa è la prima volta che l’alta atmosfera di Urano viene osservata in tre dimensioni con questo livello di dettaglio. La sensibilità del telescopio ha consentito di tracciare il modo in cui l’energia si propaga verso l’alto, e di misurare direttamente la distribuzione verticale di temperatura e densità ionica.
Aurore e campo magnetico: un sistema fuori asse
Uno degli aspetti più importanti dello studio riguarda le aurore di Urano. Webb ha rilevato due bande aurorali luminose vicine ai poli magnetici, oltre a una regione con emissione ridotta e minore densità di ioni tra le due bande. Una struttura che suggerisce che le linee del campo magnetico influenzino in modo diretto il percorso delle particelle cariche nell’alta atmosfera.
Il campo magnetico di Urano è tra i più insoliti del Sistema Solare: è molto inclinato rispetto all’asse di rotazione del pianeta ed è anche disallineato rispetto al centro geometrico. Questa configurazione fa sì che le aurore non siano distribuite in modo simmetrico e che si spostino in maniera complessa durante la rotazione.
Le misure indicano poi una temperatura media di circa 426 K, più bassa rispetto a quelle ricavate in passato da osservazioni da Terra o dalle precedenti missioni. Questi risultati aiutano anche a comprendere come l’energia venga trasportata e distribuita negli strati più alti dei pianeti giganti ghiacciati, una categoria che comprende Urano e che rappresenta una tipologia di pianeta comune anche al di fuori del Sistema solare.
I risultati sono stati pubblicati in uno studio sulla rivista Geophysical Research Letters, reperibile qui.
