Quando si tratta di cercare mondi in grado di supportare la vita extra-terrestre, gli scienziati attualmente si affidano all'approccio del "frutto basso". Dato che conosciamo solo un insieme di condizioni in cui la vita può prosperare - cioè ciò che abbiamo qui sulla Terra - ha senso cercare mondi che abbiano queste stesse condizioni. Questi includono essere situati all'interno della zona abitabile di una stella, avere un'atmosfera stabile e poter mantenere l'acqua liquida in superficie.
Fino ad ora, gli scienziati hanno fatto affidamento su metodi che rendono molto difficile rilevare il vapore acqueo nell'atmosfera dei pianeti terrestri. Ma grazie a un nuovo studio condotto da Yuka Fujii del Goddard Institute for Space Studies (GISS) della NASA, questo potrebbe cambiare. Utilizzando un nuovo modello tridimensionale che tiene conto dei modelli di circolazione globale, questo studio indica anche che gli esopianeti abitabili possono essere più comuni di quanto pensassimo.
Lo studio, intitolato "NIR-driven Moist Upper Atmospheres of Synchronoly Rotating Temperate Terrestrial Exoplanets", è recentemente apparso in Il diario astrofisico. Oltre al Dr. Fujii, che è anche membro del Earth-Life Science Institute presso il Tokyo Institute of Technology, il team di ricerca comprendeva Anthony D. Del Genio (GISS) e David S. Amundsen (GISS e Columbia University).
Per dirla semplicemente, l'acqua liquida è essenziale per la vita come la conosciamo. Se un pianeta non ha un'atmosfera abbastanza calda per mantenere l'acqua liquida sulla sua superficie per un periodo di tempo sufficiente (nell'ordine di miliardi di anni), è improbabile che la vita possa emergere ed evolversi. Se un pianeta è troppo distante dalla sua stella, la sua acqua di superficie si congelerà; se è troppo vicino, l'acqua di superficie evapora e si perde nello spazio.
Mentre l'acqua era stata rilevata nelle atmosfere degli esopianeti prima, in tutti i casi, i pianeti erano enormi giganti gassosi che orbitavano molto vicino alle loro stelle. (alias "Hot Jupiters"). Come Fujii e i suoi colleghi affermano nel loro studio:
"Sebbene siano state rilevate firme H2O nelle atmosfere di Giove caldi, rilevare firme molecolari, incluso H2O, su pianeti terrestri temperati è estremamente impegnativo, a causa del piccolo raggio planetario e dell'altezza della scala ridotta (a causa della temperatura più bassa e presumibilmente più grande media peso molecolare)."
Quando si tratta di esopianeti terrestri (cioè rocciosi), studi precedenti erano stati costretti a fare affidamento su modelli unidimensionali per calcolare la presenza di acqua. Ciò consisteva nel misurare la perdita di idrogeno, in cui il vapore acqueo nella stratosfera viene scomposto in idrogeno e ossigeno dall'esposizione alle radiazioni ultraviolette. Misurando la velocità con cui l'idrogeno viene perso nello spazio, gli scienziati stimerebbero la quantità di acqua liquida ancora presente sulla superficie.
Tuttavia, come spiegano la dott.ssa Fujii e i suoi colleghi, tali modelli si basano su diversi presupposti che non possono essere affrontati, tra cui il trasporto globale di calore e vapore acqueo, nonché gli effetti delle nuvole. Fondamentalmente, i modelli precedenti prevedevano che affinché il vapore acqueo raggiungesse la stratosfera, le temperature superficiali a lungo termine su questi esopianeti avrebbero dovuto essere superiori di oltre 66 ° C (150 ° F) rispetto a quanto sperimentiamo qui sulla Terra.
Queste temperature potrebbero creare potenti tempeste convettive sulla superficie. Tuttavia, queste tempeste non potrebbero essere la ragione per cui l'acqua raggiunge la stratosfera quando si tratta di pianeti che ruotano lentamente entrando in uno stato umido di serra - dove il vapore acqueo intensifica il calore. È noto che i pianeti che orbitano vicino alle loro stelle madri hanno una rotazione lenta o sono bloccati in ordine con i loro pianeti, rendendo così improbabili le tempeste convettive.
Ciò si verifica abbastanza spesso per i pianeti terrestri che si trovano attorno a stelle a bassa massa, ultra cool, di tipo M (nana rossa). Per questi pianeti, la loro vicinanza alla loro stella ospite significa che la sua influenza gravitazionale sarà abbastanza forte da rallentare o arrestare completamente la loro rotazione. Quando ciò accade, si formano nuvole spesse sul lato giorno del pianeta, proteggendolo da gran parte della luce della stella.
Il team ha scoperto che, sebbene ciò potesse mantenere fresco il lato giorno e impedire l'innalzamento del vapore acqueo, la quantità di radiazione nell'infrarosso vicino (NIR) potrebbe fornire abbastanza calore da indurre un pianeta a entrare in uno stato umido di serra. Ciò è particolarmente vero per il tipo M e altre belle stelle nane, che sono note per produrre di più in termini di NIR. Mentre questa radiazione riscalda le nuvole, il vapore acqueo salirà nella stratosfera.
Per risolvere questo problema, Fujii e il suo team si sono affidati a modelli di circolazione generale tridimensionali (GCM) che incorporano la circolazione atmosferica e l'eterogeneità climatica. Per il bene del loro modello, il team ha iniziato con un pianeta che aveva un'atmosfera simile alla Terra ed era interamente coperto dagli oceani. Ciò ha permesso al team di vedere chiaramente come le variazioni di distanza da diversi tipi di stelle avrebbero influenzato le condizioni sulle superfici dei pianeti.
Questi presupposti hanno permesso al team di vedere chiaramente come il cambiamento della distanza orbitale e il tipo di radiazione stellare abbiano influenzato la quantità di vapore acqueo nella stratosfera. Come ha spiegato il Dr. Fujii in un comunicato stampa della NASA:
"Utilizzando un modello che simula più realisticamente le condizioni atmosferiche, abbiamo scoperto un nuovo processo che controlla l'abitabilità degli esopianeti e ci guiderà nell'identificazione dei candidati per ulteriori studi ... Abbiamo trovato un ruolo importante per il tipo di radiazione emessa da una stella e l'effetto ha sulla circolazione atmosferica di un esopianeta nel rendere umido lo stato di serra. "
Alla fine, il nuovo modello del team ha dimostrato che, poiché le stelle a bassa massa emettono la maggior parte della loro luce alle lunghezze d'onda del NIR, uno stato di serra umida si tradurrà in pianeti che orbitano attorno a loro. Ciò comporterebbe condizioni sulla loro superficie paragonabili a ciò che la Terra sperimenta ai tropici, dove le condizioni sono calde e umide, anziché calde e secche.
Inoltre, il loro modello indicava che i processi guidati dalla NIR aumentavano gradualmente l'umidità nella stratosfera, al punto che gli esopianeti in orbita più vicini alle loro stelle potevano rimanere abitabili. Questo nuovo approccio alla valutazione della potenziale abitabilità consentirà agli astronomi di simulare la circolazione delle atmosfere planetarie e le caratteristiche speciali di quella circolazione, cosa che non è possibile fare con i modelli unidimensionali.
In futuro, il team ha in programma di valutare in che modo le variazioni delle caratteristiche planetarie - come gravità, dimensioni, composizione atmosferica e pressione superficiale - potrebbero influire sulla circolazione del vapore acqueo e sull'abitabilità. Questo, insieme al loro modello tridimensionale che tiene conto dei modelli di circolazione planetaria, consentirà agli astronomi di determinare la potenziale abitabilità dei pianeti distanti con maggiore precisione. Come ha indicato Anthony Del Genio:
“Finché conosciamo la temperatura della stella, possiamo stimare se i pianeti vicini alle loro stelle hanno il potenziale per essere nello stato umido della serra. La tecnologia attuale sarà spinta al limite per rilevare piccole quantità di vapore acqueo nell'atmosfera di un esopianeta. Se c'è abbastanza acqua per essere rilevata, probabilmente significa che il pianeta è nello stato umido della serra. "
Oltre a offrire agli astronomi un metodo più completo per determinare l'abitabilità degli esopianeti, questo studio è anche una buona notizia per i cacciatori di esopianeti che sperano di trovare pianeti abitabili attorno alle stelle di tipo M. Le stelle a bassa massa, ultra-cool, di tipo M sono le stelle più comuni nell'Universo, rappresentando circa il 75% di tutte le stelle della Via Lattea. Sapere che potrebbero supportare esopianeti abitabili aumenta notevolmente le probabilità di trovarne uno.
Inoltre, questo studio è MOLTO una buona notizia data la recente serie di ricerche che hanno messo in serio dubbio la capacità delle stelle di tipo M di ospitare pianeti abitabili. Questa ricerca è stata condotta in risposta ai molti pianeti terrestri che sono stati scoperti nei dintorni di nane rosse negli ultimi anni. Ciò che hanno rivelato è che, in generale, le stelle nane rosse sperimentano troppi bagliori e potrebbero spogliare i rispettivi pianeti delle loro atmosfere.
Questi includono il sistema TRAPPIST-1 a 7 pianeti (tre dei quali si trovano nella zona abitabile della stella) e l'esopianeta più vicino al Sistema Solare, Proxima b. Il solo numero di pianeti simili alla Terra scoperti attorno alle stelle di tipo M, insieme a questa classe di longevità naturale della stella, ha portato molti nella comunità astrofisica a avventurarsi sul fatto che le stelle nane rosse potrebbero essere il luogo più probabile dove trovare esopianeti abitabili.
Con questo ultimo studio, che indica che questi pianeti potrebbero essere abitabili dopo tutto, sembrerebbe che la palla sia effettivamente tornata in campo!
