Si potrebbe dire che lo studio dei pianeti extrasolari è in fase di transizione negli ultimi tempi. Ad oggi, 4.525 pianeti extrasolari sono stati confermati in 3.357 sistemi, con altri 7.761 candidati in attesa di conferma. Di conseguenza, gli studi sugli esopianeti si stanno allontanando dal processo di scoperta e verso la caratterizzazione, in cui vengono condotte osservazioni di follow-up degli esopianeti per saperne di più sulle loro atmosfere e ambienti.
Nel processo, i ricercatori di esopianeti sperano di vedere se qualcuno di questi pianeti possiede gli ingredienti necessari per la vita come la conosciamo. Recentemente, una coppia di ricercatori della Northern Arizona University, con il supporto del Laboratorio planetario virtuale dell'Istituto di astrobiologia della NASA (VPL), ha sviluppato una tecnica per trovare oceani sugli esopianeti . La capacità di trovare acqua su altri pianeti, un ingrediente chiave nella vita sulla Terra, farà molto per trovare la vita extraterrestre.
La ricerca è stata condotta dal ricercatore post-dottorato Dominick J. Ryan, ricercatore post-dottorato presso la Northern Arizona University (NAU) e Tyler D. Robinson, professore assistente di astronomia e scienze planetarie presso la NAU e l'Istituto di astrobiologia della NASA. Lo studio che ha descritto i loro risultati, intitolato “ Rilevamento degli oceani sugli esopianeti con l'analisi dei componenti principali spettrali in funzione della fase ', recentemente apparso online ed è in fase di valutazione per la pubblicazione daIl giornale di scienze planetarie.
Un'illustrazione artistica dell'esopianeta HR8799e. Lo strumento GRAVITY dell'ESO sul suo Very Large Telescope Interferometer ha effettuato la prima osservazione ottica diretta di questo pianeta e della sua atmosfera. Credito: ESO/L. Calçada
Quando si tratta di caratterizzazione degli esopianeti, la tecnica più promettente è il Metodo di transito (aka. Fotometria di transito). Consiste nel monitorare le stelle per cali periodici di luminosità, che sono indicazioni di pianeti che passano davanti alle loro stelle madri (rispetto all'osservatore). A volte, gli astronomi sono anche in grado di ottenere spettri mentre la luce attraversa l'atmosfera del pianeta in transito, rivelando cose sulla sua composizione chimica. Ma come ha detto il prof. Robinson a Universe Today via e-mail, questo metodo non consente osservazioni di superficie:
“Per ora, le nostre migliori tecniche per caratterizzare gli esopianeti rocciosi non ci dicono molto sugli ambienti di superficie di questi mondi (incluso se sia presente acqua liquida). Per Hubble (e per JWST, che sarà presto lanciato), utilizziamo la spettroscopia di transito per caratterizzare le atmosfere degli esopianeti, cercando lievissimi cambiamenti nella luminosità e nel colore di una stella ospite quando un pianeta attraversa il suo disco. In questa configurazione/geometria, i lunghissimi percorsi che la luce percorre attraverso l'atmosfera (il più analogo a vedere il Sole al tramonto sulla Terra) significa che l'atmosfera profonda (e la superficie) è oscurata'.
Nel prossimo futuro, questa situazione dovrebbe cambiare notevolmente, grazie a strumenti di nuova generazione come il Telescopio spaziale James Webb (JWST) e osservatori a terra come il Telescopio estremamente grande (ELT). Grazie alle loro sofisticate ottiche, coronografi e spettrometri, questi telescopi saranno in grado di immagine diretta esopianeti più piccoli che orbitano più vicino alle loro stelle (che è dove è più probabile che si trovino pianeti rocciosi potenzialmente abitabili).
La vista di questo artista mostra 'Hot Jupiter' 51 Pegasi b (Bellerophon), il primo esopianeta attorno a una stella normale e il primo esopianeta a essere ripreso direttamente. Credito: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org)
Questo metodo consiste nell'osservare la luce riflessa direttamente dall'atmosfera o dalla superficie di un esopianeta, che può fornire preziose informazioni sul clima e sull'ambiente superficiale del pianeta. Oltre al JWST e all'ELT, sono numerose le missioni proposte che avranno la risoluzione e la sensibilità necessarie per rilevare le caratteristiche della superficie in base alla composizione atmosferica , identificare la vegetazione , prova di fotosintesi , e forse anche discernere la presenza di luci artificiali !
Per il bene del loro studio, Ryan e il dottor Robinson hanno considerato come gli strumenti di prossima generazione potrebbero condurre studi di imaging diretto di esopianeti che avrebbero rivelato la presenza di acqua superficiale. La chiave per questo, ha detto il dottor Robinson, è cercare 'mezzaluna rossa':
“Sono attualmente allo studio concetti di missione che fornirebbero questi tipi di dati – HabEx e LUVOIR sono i primi esempi. Allo stesso modo in cui la luce del sole che brilla sull'oceano quando si guarda un tramonto da una spiaggia sulla Terra sembra piuttosto rossa, abbiamo proposto che gli oceani luccicanti sugli esopianeti potrebbero far apparire l'intero pianeta molto rosso nelle fasi crescenti.
“Se la famosa foto Pale Blue Dot fosse stata scattata alla Terra quando era una mezzaluna stretta, non sarebbe stata affatto blu, sarebbe stata rossa! Quindi, cercando segni che un esopianeta potenzialmente simile alla Terra diventa molto riflettente e rosso nelle fasi crescenti, potremmo essere in grado di rilevare un oceano su quel mondo.
TOI 1338 b è un pianeta circumbinario in orbita attorno alle sue due stelle. È stato scoperto da TESS. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Chris Smith
Poiché non esistono osservazioni della Terra da parte di veicoli spaziali per le fasi crescenti e le lunghezze d'onda necessarie per testare questo metodo, Ryan e il dottor Robinson si sono basati su una serie di simulazioni della luminosità della Terra. Queste simulazioni hanno tenuto conto di tutti gli effetti realistici causati dal riflesso della luce solare dall'acqua superficiale, dal luccichio e dalle nuvole dell'oceano al riflesso atmosferico e superficiale.
'Queste simulazioni hanno mostrato che, quando la Terra viene vista in fasi più simili a una mezzaluna, diventa davvero rossa e riflettente', ha affermato il dott. Robinson. “Utilizzando strumenti che imitavano l'aspetto di una Terra lontana a una missione simile a HabEx o LUVOIR, abbiamo dimostrato che solo poche osservazioni di un mondo simile alla Terra hanno preso su alcune fasi diverse (che vanno dalla fase quasi piena alle fasi crescenti) rivelerebbe un arrossamento in fase crescente indicativo degli oceani”.
Come ha spiegato il Dr. Robinson, questa tecnica non si applica alJWSTma sarà possibile con le future missioni. Questi includono il suddetto Osservatorio degli esopianeti abitabile (HabEx), un telescopio spaziale progettato per studi di immagini dirette di pianeti simili alla Terra attorno a stelle simili al Sole; e il Rilevatore UV/Ottico/IR di grandi dimensioni (LUVOIR), un osservatorio a grande apertura e a più lunghezze d'onda che raggiungerà un'ampia gamma di obiettivi scientifici.
Alla fine, ha affermato il dott. Robinson, questo studio fornisce una 'via ben definita' per futuri studi di imaging diretto volti alla caratterizzazione degli esopianeti. 'Parte della caccia alla vita extraterrestre è capire quanto sia comune per i mondi rocciosi avere condizioni abitabili (gli oceani di superficie, almeno per gli esopianeti) - poiché i mondi abitabili sono anche i nostri migliori bersagli per la caccia alle firme biologiche', ha affermato il dott. Robinson. 'Quindi, abbiamo aiutato a risolvere un pezzo del puzzle su come individuare i mondi in cui pensiamo possa sorgere la vita!'
Ulteriori letture: arXiv