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Alla ricerca di pianeti oceano, è questione di termochimica

Le sostanze chimiche nell’atmosfera di un esopianeta possono rivelare, in alcuni casi, se la temperatura sulla sua superficie consentirebbe all’acqua di mantenere lo stato liquido, presupposto per l’abitabilità.

Nel nostro sistema solare, i pianeti sono piccoli e rocciosi o grandi e gassosi, ma intorno ad altre stelle orbitano pianeti più grandi della Terra e più piccoli di Nettuno, i cosiddetti sub-nettuniani. Questi possono avere superfici rocciose o oceani di acqua, ma atmosfere più spesse e opache di quella terrestre.

Una nuova ricerca, pubblicata sull’Astrophysical Journal Letters, mostra come gli spettrometri di alcuni telescopi spaziali potrebbero individuare, in atmosfere di questa specie, sostanze che rivelino indizi su ciò che si trova al di sotto. Per esempio, il profilo chimico dell’atmosfera della Terra non mostrerebbe immagini di esseri umani sulla sua superficie, ma rileverebbe l’anidride carbonica e il metano prodotti dai mammiferi e l’ossigeno prodotto dalle piante. Nessuna di queste sostanze chimiche da sola sarebbe un segno di vita ma insieme indicherebbero la possibilità che il nostro pianeta sia abitato.

Un’atmosfera densa, composta principalmente da idrogeno, intrappola il calore sulla superficie e aumenta la temperatura. Raggiunti i 770 gradi Celsius, si innesca un processo chiamato equilibrio termochimico, una reazione che ne trasforma gli elementi: il carbonio si tramuta in metano, mentre l’azoto in ammoniaca. Quest’ultimo gas è altamente solubile in acqua, pertanto i ricercatori ipotizzano che l’atmosfera di un pianeta non dovrebbe presentare tracce di ammoniaca quando sotto c’è un oceano. Inoltre, i modelli dimostrano che l’anidride carbonica (o biossido di carbonio) di cui è ricca l’atmosfera, dopo l’equilibrio termochimico si presenterebbe sotto forma di monossido di carbonio.

«Se osservassimo caratteristiche di equilibrio termochimico, concluderemmo che il pianeta è troppo caldo per essere abitabile», ha detto Renyu Hu, ricercatore del Jet Propulsion Laboratory della Nasa e primo autore dello studio. «Viceversa, se non vediamo segni di equilibrio termochimico e vediamo tracce del gas disciolto in un oceano di acqua liquida, la prenderemmo come una forte indicazione di abitabilità». Poiché l’acqua liquida è un ingrediente necessario per la vita così come la conosciamo, questa tecnica potrebbe aiutare gli scienziati a circoscrivere la ricerca di pianeti potenzialmente abitabili.

Il James Webb Space Telescope, il cui lancio è previsto per il 18 dicembre, trasporterà uno spettrometro in grado di studiare le atmosfere degli esopianeti. Gli scienziati stanno lavorando per anticipare quali tipi di profili chimici potrebbero essere rilevati dal nuovo telescopio in quelle atmosfere e ciò che potrebbe significare per la scienza.

«Non abbiamo prove di osservazione diretta che ci dicano quali sono le caratteristiche fisiche comuni dei pianeti sub-nettuniani. Molti di loro possono avere atmosfere di idrogeno massicce ma alcuni potrebbero essere comunque pianeti oceano. Spero che questo studio possa sollecitare molte altre osservazioni nel prossimo futuro per scoprirlo» conclude Hu.

 

Immagine in apertura: rappresentazione di un pianeta sub-nettuniano che può avere da 1,7 a 3,5 volte il diametro della Terra. Crediti: NASA/JPL-Caltech

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