Ad occhio nudo, i pianeti del sistema solare appaiono come punti luminosi. Tuttavia, utilizzando un telescopio, questi punti si distinguono dalle stelle e rivelano strutture come la Grande Macchia Rossa di Giove, gli anelli di Saturno o le calotte glaciali di Marte. Sebbene la presenza di tali fenomeni sia prevista sugli esopianeti, la loro distanza dalla Terra ci impedisce di osservare direttamente le loro superfici. Tuttavia, ci sono modi per saperne di più sulla struttura delle loro atmosfere e mapparle.
Il telescopio, lanciato il 25 dicembre 2021, dovrebbe rivoluzionare il campo della scienza esoplanetaria. A parte alcuni casi speciali in cui la luce di un pianeta può essere osservata direttamente, la maggior parte degli esopianeti viene rilevata utilizzando metodi indiretti. Un metodo indiretto consiste nell'osservare l'effetto della presenza del pianeta sulla luce emessa dalla sua stella.
Il metodo di transito ha portato al maggior numero di rilevamenti di esopianeti. Un transito si verifica quando, dal nostro punto di vista, un esopianeta passa davanti alla sua stella ospite. Durante il transito, la luce della stella diminuisce quando la superficie della stella è parzialmente oscurata dal pianeta.
La luce è divisa in uno spettro di lunghezze d'onda che corrispondono a colori diversi. Quando si osserva un transito a diverse lunghezze d'onda, è possibile misurare la composizione atmosferica dell'esopianeta. Ad esempio, le molecole d'acqua assorbono fortemente la luce nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso, facendo apparire il pianeta più grande, poiché la sua atmosfera blocca una frazione maggiore della luce dalla sua stella. Allo stesso modo, è anche possibile misurare la temperatura dell'atmosfera e rilevare la presenza di nuvole.
Inoltre, un pianeta in transito può anche passare dietro la sua stella. Questo fenomeno, in cui si osserva solo la luce della stella, è chiamato eclissi secondaria. Osservando questo, è possibile isolare la luce proveniente solo dal pianeta e ottenere così ulteriori informazioni sulla sua atmosfera. Il metodo di transito è più sensibile alla presenza di nuvole, mentre il metodo dell'eclissi secondaria fornisce maggiori informazioni sulla temperatura dell'atmosfera.
In generale, l'atmosfera di un esopianeta è considerata un oggetto unidimensionale quando lo si analizza. Cioè, la sua composizione e temperatura sono considerate variare solo con l'altitudine e non con la sua posizione in longitudine e latitudine. Prendere in considerazione queste tre dimensioni contemporaneamente richiederebbe modelli complessi e un alto grado di accuratezza osservativa. Tuttavia, considerare solo l'altitudine può produrre approssimazioni che non sono valide. Sulla Terra, ad esempio, la temperatura all'equatore è molto più alta che ai poli.
Alcuni esopianeti hanno anche una forte variazione spaziale nelle loro atmosfere. I Gioviani caldi, di dimensioni simili a Giove, orbitano molto vicino alla loro stella ospite e possono quindi raggiungere temperature di diverse migliaia di gradi Celsius.
Inoltre, questi pianeti ruotano generalmente intorno a se stessi alla stessa velocità con cui ruotano attorno alla loro stella. Ciò significa che su questi pianeti, un giorno e un anno hanno la stessa lunghezza. Allo stesso modo in cui possiamo vedere solo un lato della Luna dalla Terra, solo un lato di un Gioviani caldo è costantemente rivolto verso la sua stella. Questo fenomeno può portare a una grande differenza di temperatura tra il lato diurno, che è illuminato dalla stella, e il lato notturno, che è perennemente al buio.
Sebbene sia impossibile osservare direttamente la superficie di un esopianeta, è possibile misurare la variazione spaziale dell'atmosfera utilizzando due metodi: l'analisi della curva di fase e la mappatura dell'eclissi secondaria.
La curva di fase è la variazione di luce dal sistema stella-pianeta durante un periodo di rivoluzione. Poiché il pianeta ruota su se stesso durante la sua orbita, diverse sezioni della sua atmosfera sono successivamente visibili a noi. Da questo segnale, è possibile mappare l'intensità della luce emessa dal pianeta in longitudine. Nel caso di Gioviani caldo, il cui lato diurno è generalmente più caldo, il massimo della luce proveniente dal pianeta è vicino all'eclissi secondaria. Allo stesso modo, il minimo della curva è vicino al transito, poiché è il lato notturno che si osserva.
Nella mappatura dell'eclissi secondaria, il lato diurno dell'esopianeta viene risolto. Mentre il pianeta si muove dentro e fuori da dietro la sua stella dal nostro punto di vista, sezioni di esso sono nascoste, permettendoci di isolare la luce emessa da una data sezione della sua atmosfera. Misurando la quantità di luce emessa da ogni singola sezione, è quindi possibile mappare il lato diurno dell'atmosfera rispetto a longitudine e latitudine.