Un nuovo studio mostra come le sostanze chimiche nelle atmosfere degli esopianeti possano, in alcuni casi, rivelare se la temperatura sulle superfici sia troppo alta per consentire la presenza di acqua liquida

Nel sistema solare i nostri pianeti si suddividono in piccoli e rocciosi, come la Terra e Marte, oppure grandi e gassosi, come Giove e Nettuno. Ma intorno ad altre stelle gli astronomi hanno trovato esopianeti che sono nel mezzo: pianeti leggermente più grandi della Terra ma più piccoli di Nettuno. E questi pianeti possono avere superfici rocciose o oceani di acqua liquida, ma è probabile che la maggior parte di essi sia sovrastata da atmosfere che sono molto più spesse di quelle della Terra e per questo motivo risultano opache.

In una nuova pubblicazione scientifica i ricercatori hanno mostrato come la chimica di quelle atmosfere potrebbe rivelare indizi su ciò che si trova al di sotto, in particolare se quei pianeti sono troppo caldi per supportare oceani di acqua liquida. Poiché l’acqua liquida è un ingrediente necessario per la vita come la conosciamo, questa tecnica potrebbe aiutare gli scienziati a restringere la ricerca di esopianeti potenzialmente abitabili. Più di 4.500 esopianeti sono stati confermati nella nostra galassia, con oltre 7.700 candidati ancora da verificare, ma gli scienziati stimano che nella nostra galassia esistano centinaia di miliardi di esopianeti.

Alcuni telescopi spaziali della NASA dotati di spettrometri possono rivelare la composizione chimica dell’atmosfera di un esopianeta. Se per esempio facessimo il profilo chimico della Terra da una grande distanza non sarebbe possibile vedere immagini animali o esseri umani sulla superficie, ma potremmo vedere l’anidride carbonica e il metano prodotti dai mammiferi e l’ossigeno prodotto dagli alberi. Nessuna di queste sostanze chimiche da sola rappresenterebbe un segno di presenza di vita, ma tutte insieme indicherebbero la possibilità che il nostro pianeta sia abitato.

Questo nuovo documento mostra quali sostanze chimiche potrebbero indicare la presenza di oceani nascosti su esopianeti di dimensioni comprese tra 1,7 e 3,5 volte il diametro della Terra. E poiché nel nostro sistema solare Nettuno è circa quattro volte il diametro della Terra, questi pianeti sono talvolta definitivi “sub-nettuniani”.

Esopianeti
Illustrazione delle proporzioni tra la Terra e un pianeta sub-nettuniano. Credit: NASA/JPL-Caltech
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/subneptune-planet-1041.jpg

Le atmosfere

Un’atmosfera densa di un pianeta sub-nettuniano sarebbe in grado di intrappolare il calore sulla superficie e aumentare la sua temperatura. Se l’atmosfera raggiunge una certa soglia – circa 770° Celsius – subisce un processo chiamato equilibrio termochimico che ne modifica il profilo chimico. Dopo questo fenomeno si è verificato e supponendo che l’atmosfera del pianeta sia composta principalmente da idrogeno, tipico degli esopianeti gassosi, il carbonio e l’azoto saranno prevalentemente sotto forma di metano e ammoniaca.

Quelle sostanze chimiche sarebbero invece in gran parte assenti in un’atmosfera più fredda e più sottile dove questo processo non si è verificato e, in tal caso, le forme dominanti di carbonio e azoto sarebbero l’anidride carbonica e le molecole composte dai due atomi di azoto.

Un oceano di acqua liquida sotto l’atmosfera lascerebbe ulteriori segni di presenza, secondo lo studio, inclusa l’assenza di quasi tutta l’ammoniaca vagante che verrebbe invece dissolta nell’oceano. Il gas di ammoniaca è infatti altamente solubile in acqua, a seconda del pH dell’oceano (il suo livello di acidità). Analizzano un’ampia gamma di plausibili livelli di pH dell’oceano i ricercatori hanno scoperto che l’atmosfera dovrebbe essere virtualmente priva di ammoniaca se sotto c’è un grande oceano.

Inoltre, nell’atmosfera ci sarebbe più anidride carbonica che monossido di carbonio; al contrario, dopo l’equilibrio termochimico, dovrebbe esserci più monossido di carbonio che anidride carbonica se sono presenti quantità rilevabili di entrambi.

In sintesi se è possibile osservare le firme dell’equilibrio termochimico, si potrà concludere che il pianeta è troppo caldo per essere abitabile, viceversa se queste non fossero presenti e si rilevassero quelle dei gas disciolti in un oceano di acqua, sarebbero una forte indicazione di abitabilità.

Il James Webb Space Telescope della NASA , pronto al lancio il prossimo 18 dicembre , porterà uno spettrometro in grado di studiare le atmosfere degli esopianeti. Gli scienziati stanno lavorando per dedurre quali tipi di profili chimici Webb potrà osservare in quelle atmosfere e cosa potrebbero rivelare su questi mondi lontani e il telescopio ha le capacità di identificare i segni di equilibrio termochimico aiutando gli scienziati a decidere quali pianeti saranno rilevanti per ulteriori osservazioni, soprattutto quelli che potrebbero ospitare la vita.

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