Alla ricerca di una nuova Terra – Atmosfere planetarie

Rappresentazione artistica di un pianeta extrasolare. Crediti: Missione COROT/CNES

Rappresentazione artistica di un pianeta extrasolare. Crediti: Missione COROT/CNES

Per studiare l’atmosfera gli astronomi ricorrono alla spettroscopia. Questa tecnica permette di studiare gli spettri della radiazione elettromagnetica, sia in emissione che in assorbimento. Questo tipo di analisi di individuare la composizione chimica, cioè gli elementi presenti nella stella, e lo stato fisico del corpo che emette tale radiazione, e quindi dà informazioni sull’età, sulla temperatura e massa della stella.

Per ricercare le tracce della vita sui pianeti vengono ricercate le bande di assorbimento dei principali costituenti della vita, che sono O2, N2, C, CH4 ed altre molecole organiche. Un ottimo dato di studio sarebbe la presenza di tracce nello spettro legate alla presenza della clorofilla. Grazie alla clorofilla le piante, ma anche i batteri, assorbono la luce visibile e utilizzano quell’energia per i processi di fotosintesi.

Il cosiddetto “incremento del rosso dello spettro terrestre”, dovuto alla presenza di clorofilla nell’atmosfera. Crediti: S. Seager et al., MIT.

Il cosiddetto “incremento del rosso dello spettro terrestre”, dovuto alla presenza di clorofilla nell’atmosfera. Crediti: S. Seager et al., MIT.

Analizzando lo spettro del nostro pianeta possiamo capire come poter individuare un’altra atmosfera abitabile, con una forma di vita simile alla nostra. Questo è l’obiettivo dei ricercatori che cercano pianeti con forme di vita simile alla nostra.

Lo spettro del nostro pianeta deve aver mostrato tracce di clorofilla già dal momento in cui si è evoluta la prima pianta sulla terraferma, 450 milioni di anni fa. Qualsiasi civiltà evoluta che si fosse presa la briga di interessarsene, si sarebbe accorta che la vita era presente sulla Terra già da molto tempo.

La luminosità della superficie terrestre, inoltre, varia moltissimo da zona a zona: le pendici dei monti brillanti di neve chiaramente riflettono molta più luce dei vasti oceani scuri. Studiando lo spettro di un’ipotetica nuova Terra, ci dovremmo aspettarci variazioni simili, in luminosità e in colore, anche se per noi il pianeta apparirebbe come un puntino di luce. Variazioni cicliche dovute all’alternarsi di continenti e oceani, o almeno di blocchi di nuvole ferma, permetterebbero agli astronomi di dedurre la durata di un giorno su quel pianeta, corrispondente al suo periodo di rotazione.
Come esempio è possibile citare un caso davvero singolare, quello del pianeta PSO J318.5-22, che si trova a 75 anni luce di distanza da noi. Il pianeta in questione ha solo 23 milioni di anni e fluttua solitario nello spazio. Non ha una stella attorno a cui ruotare e per questo motivo è detto free-floating, (o anche “pianeta orfano”). Un team di ricercatori europei, tra cui anche italiani, ha rilevato delle variazioni di luminosità che si possono spiegare con la presenza di nubi di diverso spessore, che avvolgono il pianeta. Tali nubi sono più simili alla bande che si osservano su Giove che alle formazioni nuvolose che si manifestano sul nostro pianeta.

Rappresentazione artistica del pianeta vagante PSO J318.5-22. Crediti: MPIA/V. Ch. Quetz

Rappresentazione artistica del pianeta vagante PSO J318.5-22. Crediti: MPIA/V. Ch. Quetz

PSO J318.5-22 è ancora nelle fasi iniziali della sua vita, e per questo il suo interno è ancora estremamente caldo, e tale calore interno fa sì che la sua temperatura superficiale superi gli 800 gradi centigradi. A questa temperatura è plausibile pensare che le nubi che avvolgono il pianeta siano formate da materiale fuso, probabilmente una miscela di silicati e ferro.

Col transito è possibile studiare le righe degli elementi presenti nello spettro dell'atmosfera del pianeta. Crediti: NASA

Col è possibile studiare le righe degli elementi presenti nello spettro dell’atmosfera del pianeta. Crediti: NASA

Ma gli scienziati come fanno ad analizzare la luce proveniente da pianeti distanti molti anni luce da noi?
Uno dei metodi è quello del transito del pianeta, in particolare quando ha inizio il momento del contatto: il bordo del pianeta appare “toccare” quello del disco della stella. La luce della stella passa attraverso l’atmosfera del pianeta e, analizzando la luce in quel preciso momento, è possibile individuare sullo spettro della stella, le linee caratteristiche dell’atmosfera del pianeta, che sono le firme degli elementi presenti in essa.

Tra gli elementi più facilmente identificabili si possono considerare l’Ossigeno O2, prodotto secondario della fotosintesi delle piante che popolano la Terra, e il suo cugino Ozono O3, che in realtà è molto più facile da misurare dell’ossigeno, nonostante sia di parecchio meno abbondante. Le molecole di ossigeno non vivono a lungo: si combinano facilmente con altri elementi, come il silicio delle rocce, in un processo noto come ossidazione. Quindi, per sostenere una grossa quantità di ossigeno nell’atmosfera di un pianeta, ci deve essere da qualche parte una produzione continuativa. E la vita così come la conosciamo è un’ottima sorgente di ossigeno.
Ciò significa che le misurazioni di ossigeno o di ozono nello spettro di un pianeta sia prova inequivocabile di presenza di vita? Non necessariamente.

Ci possono essere dei processi non biologici che possono dar luogo ad atmosfere ricche di ossigeno. Un esempio ci viene offerto da Venere, con il suo effetto serra galoppante: la rottura delle molecole d’acqua, seguita dalla veloce fuga di idrogeno nello spazio, alimenta di continuo la quantità di ossigeno nella sua atmosfera. Un altro esempio potrebbe essere un pianeta ricoperto di ghiaccio con massa sufficiente per riuscire a trattenere il suo ossigeno. La crosta gelata impedirebbe all’ossigeno di interagire coi minerali presenti nel terreno, trattenendolo nell’atmosfera. Sebbene gli scienziati debbano stare attenti agli eventuali falsi positivi, ossia a casi come quelli appena citati, bisogna riconoscere che l’individuazione di ossigeno o metano nello spettro di un esopianeta rimane decisamente emozionante e significativa. Se fosse presente anche il gas metano, che reagisce efficientemente con l’ossigeno e che può quindi eliminarlo dall’atmosfera, tenderebbe a rafforzare la probabilità di un’origine biologica di questi elementi.
Ma la ricerca di vita come la conosciamo noi è anche ricerca di acqua liquida. Misurare alti livelli di vapore acqueo nell’atmosfera di un pianeta di tipo terrestre sarebbe proprio una bella notizia. Almeno nel caso di vecchi pianeti rocciosi indicherebbe grosse quantità di acqua in superficie come sorgente di continuo rifornimento per tutto quel vapore. Se non vi fosse acqua in superficie, infatti, le molecole d’acqua nell’atmosfera sarebbero già state spezzate tanto tempo prima dalla radiazione ultravioletta.

Conclusioni

Rappresentazione di un sistema planetario formato da un pianeta roccioso e dalla sua stella lontana. Crediti: ESO

Rappresentazione di un sistema planetario formato da un pianeta roccioso e dalla sua stella lontana. Crediti: ESO

Forse la più lampante prova della presenza di vita su un mondo lontano sarebbe quella di misurare molteplici tracce biologiche.. Una possibilità potrebbe essere quella di riconoscere l’ossigeno o l’ozono, ma insieme all’acqua liquida, il tutto con alti livelli di anidride carbonica (esalata dagli animali) o di metano (rilasciato sulla Terra dai batteri delle risaie e dallo sterco dei ruminanti). E’ convinzione comune che se trovassimo contemporaneamente diverse di queste tracce, allora avremmo una forte indicazione di presenza di vita. Chiaramente rivelare queste tracce non ci permetterebbero di distinguere tra batteri primitivi ed esseri alieni complessi: quella distinzione richiederebbe segnali di tutt’altro tipo.

Sabrina

Per ulteriori informazioni: Altri Mondi- Uno, Nessuno Centomila Sistemi Solari 

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Informazioni su Sabrina Masiero

Ricercatore Astronomo (Tecnologo III livello) presso INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo-Gal Hassin, Centro Internazionale delle Scienze Astronomiche di Isnello, Palermo. In precedenza: Borsista presso INAF-Osservatorio Astronomico di Padova e Fundaciòn Galileo Galilei, FGG-Telescopio Nazionale Galileo, La Palma, Isole Canarie.

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