Il 9 gennaio 1992, gli astronomi hanno annunciato una scoperta epocale:due pianeti orbitanti attorno a una pulsar 2, 300 anni luce dal nostro sole. I due pianeti, poi chiamato Poltergeist e Draugr, furono i primi "esopianeti" confermati:mondi al di fuori del nostro sistema solare, volteggiare una stella lontana. Gli scienziati ora sanno di 3, 728 (confermati) esopianeti in 2, 794 sistemi, ognuno chiedendo la domanda:"C'è qualcun altro là fuori?"

"Quale domanda più importante potremmo fare? Siamo soli?" chiede Michael Mendillo, professore di astronomia della Boston University. "Non conosco domande più affascinanti nella scienza."

Per decenni, gli astronomi hanno cercato questi esopianeti lontani alla ricerca di segni di vita, principalmente alla ricerca della molecola più essenziale, acqua. Ma Mendillo ei suoi colleghi hanno un'idea diversa. In un articolo pubblicato su Astronomia della natura il 12 febbraio 2018, Mendillo, Professore associato di astronomia alla BU Paul Withers, e dottorato di ricerca il candidato Paul Dalba (GRS'18) suggerisce di guardare invece alla ionosfera di un esopianeta, il sottile strato superiore dell'atmosfera, che sfreccia con particelle cariche. Trovane uno come quello della Terra, dicono, imballato con singoli ioni di ossigeno, e hai trovato la vita. O, almeno, la vita come la conosciamo.

"Nel corso della storia della civiltà umana, non siamo mai arrivati ​​al punto, fino agli ultimi 15 anni, in cui potevamo vedere pianeti intorno ad altre stelle. E ora siamo al punto in cui ci vengono in mente idee per scoprire la vita al di fuori della Terra, "dice John Clarke, professore di astronomia alla Boston University, e direttore del Centro di fisica spaziale. "Questa è una grande avventura intellettuale che stiamo facendo."

Il loro lavoro è iniziato quando Mendillo e Withers hanno ricevuto una sovvenzione dalla National Science Foundation (NSF) per confrontare tutte le ionosfere planetarie del sistema solare. (Tutti i pianeti li hanno tranne Mercurio, che è così vicino al sole che la sua atmosfera è completamente spogliata.) Contemporaneamente, il team stava anche lavorando con la missione MAVEN della NASA, cercando di capire come le molecole che componevano la ionosfera di Marte fossero fuggite da quel pianeta. Fin dai primi anni dell'era spaziale, gli scienziati hanno saputo che le ionosfere planetarie differiscono notevolmente, e il team della BU ha iniziato a concentrarsi sul motivo per cui era così, e perché quella della Terra era così diversa. Mentre altri pianeti riempiono le loro ionosfere di complicate molecole cariche derivanti da anidride carbonica o idrogeno, La Terra lo mantiene semplice, con principalmente ossigeno che riempie lo spazio. Ed è un tipo specifico di ossigeno:singoli atomi con una carica positiva.

"Ho iniziato a pensare, come mai la nostra ionosfera è diversa dalle altre sei?" ricorda Mendillo.

Il team ha individuato numerose possibilità per l'elevata concentrazione di O+ sulla Terra prima di individuare un colpevole:piante verdi e alghe.

"È perché abbiamo questo ossigeno atomico che fa risalire la sua origine alla fotosintesi, "dice Mendillo. "Abbiamo ioni atomici di ossigeno, O+, nella ionosfera come diretta conseguenza dell'esistenza della vita sul pianeta. Allora perché non vediamo se possiamo trovare un criterio in cui la ionosfera potrebbe essere un biomarcatore, non solo della vita possibile, ma della vita reale".

La maggior parte dei pianeti del nostro sistema solare ha dell'ossigeno nelle atmosfere inferiori, ma la Terra ha molto di più, circa il 21 per cento. Questo perché così tanti organismi sono stati impegnati a trasformare la luce, acqua, e anidride carbonica in zucchero e ossigeno, il processo chiamato fotosintesi, negli ultimi 3,8 miliardi di anni.

"Distruggi tutte le piante sulla Terra e l'ossigeno della nostra atmosfera svanirà in poche migliaia di anni, "dice Withers, il quale nota che tutto questo ossigeno esalato dalle piante non si limita a rimanere attaccato alla superficie terrestre. "Per la maggior parte delle persone, O2, l'ossigeno che respiriamo, non è una molecola molto eccitante. Ai chimici, però, O2 è un selvaggio, esilarante, e pericolosa bestia. Semplicemente non starà fermo; reagisce chimicamente con quasi tutte le altre molecole che riesce a trovare e lo fa molto rapidamente."

Sulla Terra oggi, molecole di ossigeno in eccesso, sotto forma di O2, galleggiare verso l'alto. Quando l'O2 arriva a circa 150 chilometri sopra la superficie terrestre, la luce ultravioletta lo divide in due. I singoli atomi di ossigeno galleggiano più in alto, nella ionosfera, dove più luce ultravioletta e raggi X dal sole strappano gli elettroni dai loro gusci esterni, lasciando ossigeno carico che sfreccia nell'aria. L'abbondanza di O2 vicino alla superficie terrestre, così diversa dagli altri pianeti, porta ad un'abbondanza di O+ in alto nel cielo.

Questa constatazione, dice Mendillo, suggerisce che gli scienziati in cerca di vita extraterrestre potrebbero forse restringere la loro area di ricerca. Paolo Dalba, che stava lavorando sulle atmosfere degli esopianeti con l'assistente professore di astronomia della BU Philip Muirhead, si è unito al team per valutare. "La conoscenza di Dalba dei sistemi stella-esopianeti ha davvero aiutato, " dice Mendillo. Attualmente, la maggior parte degli scienziati in questa ricerca si concentra sulle stelle di classe M, le più abbondanti nella galassia, e sui pianeti che le circondano nella "zona abitabile, "dove potrebbe esistere l'acqua.

Questo ha senso, perché la vita come la conosciamo ha bisogno di acqua. But scientists don't know exactly how much water a planet needs to support life. "If we only had the Mediterranean, would that have been enough? Do we need the Pacific, but not the Atlantic?" asks Mendillo. "If you look at the ionosphere, you don't need to know the number. You just need to know that if the maximum electron density is associated with oxygen ions, then you've nailed it—you've got a planet where there's photosynthesis and life."

Certo, this assumes that "life" is at least somewhat analogous to life on Earth, which requires not only water and oxygen, but also a certain temperature range, probably a magnetic field, e altri fattori. "That's a good starting point, " says Clarke. "But in the back of our mind, we are all aware that there may be kinds of life we're not thinking about that may surprise us."

There's one other catch, at least for now:scientists don't have the tools to detect an ionosphere on any exoplanet—yet. "If you look at the space telescopes that might come next, a lot is going to be possible, " says Clarke. "I think in ten years we will have the technology to do this experiment."

Mendillo hopes his team's work makes a case for further research, sviluppo, and exploration in this area. "Just the idea of using the ionosphere as a signature is a captivating idea, " he says. "We don't have the observational capability yet, but I'm optimistic. We offer this up as a challenge."