Esistono pianeti dove piove acqua, altri dove piove metano. Su K2-141b, secondo le simulazioni, piove roccia. È una super-Terra così vicina alla sua stella che una metà della sua superficie è un oceano di lava, l'aria è fatta di roccia vaporizzata e i venti soffiano a velocità supersoniche. Nel 2020 un gruppo di ricercatori ha costruito un modello dettagliato del suo clima, dipingendo il ritratto di uno dei mondi più infernali conosciuti.
Un anno di sei ore e mezza
K2-141b orbita attorno a una stella arancione, un po' più piccola e fredda del Sole, a circa 200 anni luce dalla Terra, nella costellazione dei Pesci. Fu scoperto nel 2017 grazie alla missione K2, la seconda fase del telescopio spaziale Kepler, con il metodo dei transiti.
È un pianeta roccioso con un raggio di circa 1,5 volte quello terrestre e una massa di circa cinque volte quella della Terra: una super-Terra. La sua caratteristica più impressionante è l'orbita: il pianeta gira attorno alla stella in appena 6,7 ore, a una distanza di poco più di un milione di chilometri. Un anno su K2-141b dura meno di una giornata di lavoro.
Un lato di giorno perenne
Così vicino alla stella, il pianeta è quasi certamente in rotazione sincrona: mostra alla stella sempre la stessa faccia, come la Luna fa con la Terra. Circa due terzi della superficie sono in un giorno perenne, con la stella che occupa una porzione enorme del cielo; il resto è in una notte eterna.
Sul lato illuminato la temperatura supera i 3.000 °C, abbastanza per fondere e perfino vaporizzare la roccia. Il lato notturno, invece, potrebbe scendere a temperature bassissime, forse sotto i -200 °C. Tra i due lati c'è una differenza di temperatura tra le più estreme conosciute.
Il ciclo della roccia
Nel 2020 un gruppo di ricercatori guidato da Giang Nguyen, dell'Università McGill di Montréal, e dalla York University in Canada, ha pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society una simulazione del clima di K2-141b. Secondo il modello, sul lato diurno esiste un oceano di magma profondo forse decine di chilometri. Dalla sua superficie la roccia evapora, formando un'atmosfera sottile fatta di sodio, monossido di silicio e biossido di silicio, cioè vapore di sabbia.
Questi vapori vengono trasportati verso il lato notturno da venti supersonici, che secondo le simulazioni superano i 5.000 chilometri orari. Arrivati nella zona fredda, i vapori si condensano e ricadono al suolo come pioggia di roccia. Nel lato notturno si accumulano sotto forma di polvere e sassi, che poi, lentamente, scorrerebbero di nuovo verso l'oceano di magma. È un ciclo simile a quello dell'acqua sulla Terra, con la roccia al posto dell'acqua.
Il ciclo non è perfettamente bilanciato: secondo i ricercatori, nel lungo periodo il pianeta potrebbe perdere parte della sua superficie e la composizione della crosta potrebbe cambiare.
Osservazioni con il James Webb
Queste previsioni si possono mettere alla prova. Il telescopio spaziale James Webb può misurare la luce infrarossa emessa dal pianeta e la sua variazione lungo l'orbita, e analizzare la composizione della sua eventuale atmosfera. K2-141b è stato tra i bersagli dei primi programmi di osservazione di Webb, proprio per verificare se esista l'atmosfera di roccia vaporizzata prevista dai modelli.
Anche il telescopio spaziale Spitzer aveva già osservato il pianeta, misurando la differenza di temperatura tra il lato diurno e quello notturno. I pianeti di lava come K2-141b sono interessanti perché permettono di studiare cosa succede ai pianeti rocciosi in condizioni estreme, e forse anche come doveva essere la Terra subito dopo la sua formazione, quando la sua superficie era coperta da un oceano di magma.
Come si studia un pianeta così lontano
Nessun telescopio può fotografare direttamente la superficie di K2-141b: il pianeta è troppo piccolo, troppo lontano e troppo vicino alla sua stella. Tutto ciò che sappiamo viene dalla luce. Quando il pianeta passa davanti alla stella, la sua luminosità cala leggermente, e da questo si ricava il raggio. Quando passa dietro, sparisce il contributo della sua luce, e dalla differenza si misura quanta luce e quanto calore emette il lato diurno. Le piccole oscillazioni della stella, dovute alla gravità del pianeta, rivelano la massa. I modelli climatici come quello del 2020 mettono insieme questi dati con la fisica dei materiali per ricostruire ciò che non si può vedere.
Una famiglia di mondi estremi
K2-141b non è l'unico pianeta di lava conosciuto. 55 Cancri e, a circa 40 anni luce, è una super-Terra che gira attorno alla sua stella in meno di 18 ore, con temperature superficiali simili; Webb ha trovato indizi di una possibile atmosfera. CoRoT-7b e Kepler-10b sono altri esempi di pianeti rocciosi cotti dalla loro stella.
Insieme ai pianeti di ferro, ai giganti gassosi più neri del carbone come TrES-2b e ai mondi dove piove vetro, questi pianeti mostrano quanto possano essere diversi dalla Terra gli altri mondi della galassia, come raccontato nell'articolo sui pianeti estremi. Per approfondire si può consultare la voce K2-141b su Wikipedia in inglese. Altri articoli si trovano nella sezione Pianeti.
