Si potrebbe dire che lo studio dei pianeti extrasolari è in fase di transizione negli ultimi tempi. Ad oggi, 4, 525 esopianeti 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, dove vengono condotte osservazioni di follow-up di 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 Virtual Planetary Laboratory (VPL) del NASA Astrobiology Institute, ha sviluppato una tecnica per trovare gli 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, un ricercatore post-dottorato presso la Northern Arizona University (NAU), e Tyler D. Robinson, un assistente professore di astronomia e scienze planetarie presso la NAU e l'Istituto di astrobiologia della NASA. Lo studio che ha descritto i loro risultati, intitolato "Rilevazione degli oceani sugli esopianeti con l'analisi dei componenti principali spettrali dipendenti dalla fase, " recentemente apparso online ed è in fase di valutazione per la pubblicazione da parte del Giornale di scienze planetarie .

Quando si tratta di caratterizzare gli esopianeti, la tecnica più promettente è il metodo di transito (aka. Transit Photometry). 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 adesso, 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 il JWST di prossima uscita), usiamo 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 geometria/impostazione, 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 futuro prossimo, questa situazione dovrebbe cambiare notevolmente, grazie a strumenti di nuova generazione come il James Webb Space Telescope (JWST), e osservatori terrestri come l'Extremely Large Telescope (ELT). Grazie alla loro ottica sofisticata, coronografi, e spettrometri, questi telescopi saranno in grado di visualizzare direttamente esopianeti più piccoli che orbitano più vicino alle loro stelle (che è dove è più probabile che si trovino pianeti rocciosi potenzialmente abitabili).

Questo metodo consiste nell'osservare la luce riflessa direttamente dall'atmosfera o dalla superficie di un esopianeta, che può fornire preziose informazioni sul clima del pianeta e sull'ambiente superficiale. Oltre al JWST e all'ELT, ci sono numerose missioni proposte che avranno la risoluzione e la sensibilità necessarie per rilevare le caratteristiche della superficie in base alla composizione atmosferica, identificare la vegetazione, prove di fotosintesi, e magari scorgere anche la presenza di luci artificiali.

Per il loro studio, Ryan e il dottor Robinson hanno considerato come gli strumenti di nuova generazione potrebbero condurre studi di imaging diretto di esopianeti che avrebbero rivelato la presenza di acqua superficiale. La chiave di questo, disse il dottor Robinson, è cercare "mezzaluna rossa":

"Sono attualmente allo studio concetti di missione che fornirebbero questo tipo 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 scintillanti sugli esopianeti potessero 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 stato affatto blu, sarebbe stato rosso! Così, 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".

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 hanno fatto affidamento su una serie di simulazioni della luminosità della Terra. Queste simulazioni hanno rappresentato 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 è vista in fasi più simili a una mezzaluna, diventa davvero rosso e riflettente, " ha detto il dottor Robinson. "Utilizzando strumenti che imitavano il modo in cui una Terra lontana sarebbe apparsa a una missione simile a HabEx o LUVOIR, abbiamo mostrato che solo poche osservazioni di un mondo simile alla Terra prese su alcune fasi diverse (che vanno dalla fase quasi piena alle fasi crescenti) rivelerebbero un arrossamento della fase crescente indicativo degli oceani".

Come ha spiegato il dottor Robinson, questa tecnica non si applicherà al JWST ma sarà possibile con missioni future. Questi includono il già citato Habitable Exoplanet Observatory (HabEx), un telescopio spaziale progettato per studi di immagini dirette di pianeti simili alla Terra attorno a stelle simili al Sole; e il Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR), una grande apertura, osservatorio multi-lunghezza d'onda che realizzerà una vasta gamma di obiettivi scientifici.

Alla fine, disse il dottor 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 (oceano di superficie, almeno per gli esopianeti) – poiché i mondi abitabili sono anche i nostri migliori bersagli per la caccia alle firme biologiche, " ha detto il dottor Robinson. "Quindi, abbiamo aiutato a risolvere un pezzo del puzzle su come individuare i mondi in cui pensiamo possa sorgere la vita".