Nella caccia alla vita su altri mondi, gli astronomi perlustrano i pianeti distanti anni luce. Hanno bisogno di modi per identificare la vita da lontano, ma cosa conta come una buona prova?

Il nostro pianeta fornisce qualche ispirazione. I microbi riempiono l'aria di metano; le piante fotosintetizzanti espellono ossigeno. Forse questi gas potrebbero essere trovati ovunque la vita abbia preso piede.

Ma su mondi molto diversi dal nostro, segni presunti di vita possono essere suscitati da processi non biologici. Per conoscere un vero segno quando lo vedi, l'astronomo Kevin France presso l'Università del Colorado, Masso, dice, devi guardare oltre il pianeta stesso, orbita fino alla stella scintillante.

A tal fine, La Francia e il suo team hanno progettato la missione SISTINE. Volare su un razzo sonda per un volo di 15 minuti, osserverà stelle lontane per aiutare a interpretare i segni di vita sui pianeti che le orbitano. La missione verrà lanciata dalla White Sands Missile Range nel New Mexico nelle prime ore del mattino del 5 agosto. 2019.

Quando la Terra è un cattivo esempio

Poco dopo la formazione della Terra, 4,6 miliardi di anni fa, era avvolto da un'atmosfera nociva. I vulcani emettono metano e zolfo. L'aria brulicava di anidride carbonica fino a 200 volte in più rispetto ai livelli odierni.

Non è stato per un altro miliardo e mezzo di anni che l'ossigeno molecolare, che contiene due atomi di ossigeno, entrato in scena. Era un prodotto di scarto, scartati dai batteri antichi attraverso la fotosintesi. Ma ha dato il via a quello che divenne noto come il Grande Evento di Ossidazione, cambiando in modo permanente l'atmosfera terrestre e aprendo la strada a forme di vita più complesse.

"Non avremmo grandi quantità di ossigeno nella nostra atmosfera se non avessimo quella vita superficiale, " ha detto la Francia.

L'ossigeno è noto come biomarcatore:un composto chimico associato alla vita. La sua presenza nell'atmosfera terrestre suggerisce le forme di vita in agguato al di sotto. Ma come ora hanno dimostrato sofisticati modelli di computer, i biomarcatori sulla Terra non sono sempre così affidabili per gli esopianeti, o pianeti in orbita attorno a stelle in altre parti dell'universo.

La Francia indica le stelle M-nane per sostenere questo caso. Più piccolo e più freddo del nostro Sole, Le nane M rappresentano quasi i tre quarti della popolazione stellare della Via Lattea. Per capire gli esopianeti che li orbitano, gli scienziati hanno simulato pianeti delle dimensioni della Terra che circondano M-nane. Le differenze con la Terra sono emerse rapidamente.

Le M-nane generano un'intensa luce ultravioletta. Quando quella luce colpì il pianeta simulato simile alla Terra, ha strappato il carbonio dall'anidride carbonica, lasciando ossigeno molecolare libero. La luce UV ha anche frantumato le molecole di vapore acqueo, liberando singoli atomi di ossigeno. Le atmosfere hanno creato ossigeno, ma senza vita.

"Chiamiamo questi biomarcatori falsi positivi, "Ha detto la Francia. "Puoi produrre ossigeno su un pianeta simile alla Terra attraverso la sola fotochimica".

I bassi livelli di ossigeno della Terra senza vita sono stati una specie di colpo di fortuna, grazie, in parte, alla nostra interazione con il nostro Sole. I sistemi di esopianeti con stelle diverse potrebbero essere diversi. "Se pensiamo di capire l'atmosfera di un pianeta ma non capiamo la stella su cui orbita, probabilmente sbaglieremo le cose, " ha detto la Francia.

Per conoscere un pianeta, Studia la sua stella

La Francia e il suo team hanno progettato SISTINE per comprendere meglio le stelle ospiti e i loro effetti sulle atmosfere degli esopianeti. Abbreviazione di Suborbital Imaging Spectrograph for Transition region Irradiance from Near Exoplanet host stars, SISTINE misura la radiazione ad alta energia di queste stelle. Con la conoscenza degli spettri delle stelle ospiti, gli scienziati possono distinguere meglio i veri biomarcatori dai falsi positivi sui loro pianeti orbitanti.

Per effettuare queste misurazioni, SISTINE usa uno spettrografo, uno strumento che separa la luce nelle sue parti componenti.

"Gli spettri sono come le impronte digitali, "ha detto Jane Rigby, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, chi usa la metodologia "È così che scopriamo di cosa sono fatte le cose, sia sul nostro pianeta che mentre guardiamo nell'universo."

SISTINE misura gli spettri in lunghezze d'onda da 100 a 160 nanometri, una gamma di luce UV lontana che, tra l'altro, può creare ossigeno, possibilmente generando un falso positivo. L'emissione di luce in questo intervallo varia con la massa della stella, il che significa che le stelle di massa diversa saranno quasi sicuramente diverse dal nostro Sole.

SISTINE può anche misurare razzi, o luminose esplosioni stellari, che rilasciano contemporaneamente intense dosi di luce UV lontana. I frequenti brillamenti potrebbero trasformare un ambiente abitabile in uno letale.

La missione SISTINE volerà su un razzo sonda Black Brant IX. I razzi sonori fanno corto, voli mirati nello spazio prima di ricadere sulla Terra; Il volo di SISTINE gli dà circa cinque minuti di osservazione. Sebbene breve, SISTINE può vedere le stelle a lunghezze d'onda inaccessibili ad osservatori come il telescopio spaziale Hubble.

Sono previsti due lanci. Il primo, da White Sands in agosto, calibrerà lo strumento. SISTINE volerà a 174 miglia sopra la superficie terrestre per osservare NGC 6826, una nuvola di gas che circonda una nana bianca situata a circa 2, 000 anni luce di distanza nella costellazione del Cigno. NGC 6826 è luminoso alla luce UV e mostra linee spettrali nitide, un obiettivo chiaro per il controllo delle loro apparecchiature.

Dopo la calibrazione, il secondo lancio seguirà nel 2020 dall'Arnhem Space Center di Nhulunbuy, Australia. Lì osserveranno gli spettri UV di Alpha Centauri A e B, le due stelle più grandi del sistema Alpha Centauri a tre stelle. A 4,37 anni luce di distanza, queste stelle sono i nostri vicini stellari più vicini e i bersagli principali per le osservazioni degli esopianeti. (Il sistema ospita Proxima Centauri B, l'esopianeta più vicino alla Terra.)

Testare nuove tecnologie

Sia le osservazioni di SISTINE che la tecnologia utilizzata per acquisirle sono progettate pensando alle missioni future.

Uno è il telescopio spaziale James Webb della NASA, attualmente previsto per il lancio nel 2021. L'osservatorio dello spazio profondo vedrà visibile la luce nel medio infrarosso, utile per rilevare esopianeti in orbita attorno a M-nane. Le osservazioni di SISTINE possono aiutare gli scienziati a comprendere la luce di queste stelle in lunghezze d'onda che Webb non può vedere.

SISTINE trasporta anche nuove lastre di rilevamento UV e nuovi rivestimenti ottici sui suoi specchi, progettati per aiutarli a riflettere meglio piuttosto che ad assorbire la luce UV estrema. Far volare questa tecnologia su SISTINE aiuta a testarli per i futuri grandi telescopi spaziali UV/ottici della NASA.

Catturando gli spettri stellari e facendo progredire la tecnologia per le missioni future, SISTINE collega ciò che sappiamo con ciò che dobbiamo ancora imparare. È allora che inizia il vero lavoro. "Il nostro lavoro come astronomi è mettere insieme questi diversi set di dati per raccontare una storia completa, " ha detto Rigo.