Per gli astronomi che cercano di capire quali pianeti lontani potrebbero avere condizioni abitabili, il ruolo della foschia atmosferica è stato vago. Per aiutare a risolverlo, un team di ricercatori ha cercato la Terra, in particolare la Terra durante l'era Archean, un periodo epico di un miliardo e mezzo di anni all'inizio della storia del nostro pianeta.

L'atmosfera terrestre sembra essere stata molto diversa allora, probabilmente con poco ossigeno disponibile ma alti livelli di metano, ammoniaca e altri prodotti chimici organici. L'evidenza geologica suggerisce che la foschia potrebbe essere andata e ritorno sporadicamente dall'atmosfera di Archean – e i ricercatori non sono abbastanza sicuri del perché. Il team ha ragionato sul fatto che una migliore comprensione della formazione della foschia durante l'era Archean potrebbe aiutare a informare gli studi sugli esopianeti nebulosi simili alla terra.

"Ci piace dire che la Terra Archeana è il pianeta più alieno per il quale abbiamo dati geochimici, " ha detto Giada Arney del Goddard Spaceflight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e membro del Virtual Planetary Laboratory del NASA Astrobiology Institute con sede presso l'Università di Washington, Seattle. Arney è l'autore principale di due articoli correlati pubblicati dal team.

Nel migliore dei casi, foschia nell'atmosfera di un pianeta potrebbe servire un buffet di ricchi di carbonio, o organico, molecole che potrebbero essere trasformate da reazioni chimiche in molecole precursori della vita. La foschia potrebbe anche escludere gran parte delle radiazioni UV dannose che possono abbattere il DNA.

Nel peggiore dei casi, la foschia potrebbe diventare così densa da far passare pochissima luce. In questa situazione, la superficie potrebbe diventare così fredda da congelare completamente. Se si fosse verificata una foschia molto fitta sulla Terra Archeana, avrebbe potuto avere un effetto profondo, perché quando l'era iniziò circa quattro miliardi di anni fa, il sole era più debole, emettendo forse l'80 percento della luce che fa ora.

Arney e i suoi colleghi hanno messo insieme una sofisticata modellazione al computer per osservare come la foschia ha influenzato la temperatura superficiale della Terra di Archean e, a sua volta, come la temperatura ha influenzato la chimica nell'atmosfera.

Il nuovo modello indica che man mano che la foschia diventava più spessa, sarebbe passata meno luce solare, inibendo i tipi di reazioni chimiche guidate dalla luce solare necessarie per formare più foschia. Ciò porterebbe alla chiusura della chimica di formazione della foschia, impedendo al pianeta di subire una glaciazione incontrollata a causa di una foschia molto fitta.

Il team chiama questa foschia autolimitante, e il loro lavoro è il primo a dimostrare che questo è ciò che è accaduto sulla Terra di Archean - una scoperta pubblicata nel numero di novembre 2016 della rivista Astrobiologia . I ricercatori hanno concluso che la foschia autolimitante potrebbe aver raffreddato la Terra di Archean di circa 36 gradi Fahrenheit (20 Kelvin), abbastanza da fare la differenza ma non da congelare completamente la superficie.

"Il nostro modello suggerisce che un pianeta come la nebulosa Terra Archeana che orbita attorno a una stella come il giovane sole sarebbe freddo, " disse Shawn Domagal-Goldman, uno scienziato Goddard e un membro del Laboratorio Planetario Virtuale. "Ma stiamo dicendo che sarebbe freddo come lo Yukon in inverno, non freddo come il Marte moderno."

Un simile pianeta potrebbe essere considerato abitabile, anche se la temperatura globale media è sotto lo zero, fintanto che c'è dell'acqua liquida in superficie.

Nella modellazione successiva, Arney e i suoi colleghi hanno esaminato gli effetti della foschia su pianeti che sono come la Terra di Archean ma orbitano attorno a diversi tipi di stelle.

"La stella madre controlla se è più probabile che si formi una foschia, e che la foschia può avere impatti multipli sull'abitabilità di un pianeta, " ha detto la co-autrice Victoria Meadows, il ricercatore principale per il Laboratorio Planetario Virtuale e professore di astronomia all'Università di Washington.

Sembra che la Terra Archeana abbia colpito un punto debole in cui la foschia fungeva da strato di protezione solare per il pianeta. Se il sole fosse stato un po' più caldo, com'è oggi, la modellazione suggerisce che le particelle di foschia sarebbero state più grandi - un risultato di feedback di temperatura che influenzano la chimica - e si sarebbero formate in modo più efficiente, ma avrebbe comunque offerto una protezione solare.

Lo stesso non era vero in tutti i casi. La modellazione ha mostrato che alcune stelle producono così tante radiazioni UV che la foschia non può formarsi. La foschia non ha raffreddato allo stesso modo i pianeti in orbita intorno a tutti i tipi di stelle, o, secondo i risultati della squadra. Stelle fioche, come M nani, emettono la maggior parte della loro energia a lunghezze d'onda che passano proprio attraverso la foschia atmosferica; nelle simulazioni, questi pianeti subiscono poco raffreddamento dalla foschia, quindi beneficiano della schermatura UV della foschia senza un forte calo di temperatura.

Per il giusto tipo di stella, anche se, la presenza di foschia nell'atmosfera di un pianeta potrebbe aiutare a segnalare quel mondo come un buon candidato per uno studio più approfondito. Le simulazioni del team hanno indicato che, per alcuni strumenti previsti per futuri telescopi spaziali, la firma spettrale della foschia sembrerebbe più forte delle firme di alcuni gas atmosferici, come il metano. Questi risultati sono disponibili in Giornale Astrofisico a partire dall'8 febbraio, 2017.

"La foschia potrebbe rivelarsi molto utile mentre cerchiamo di restringere il campo degli esopianeti più promettenti per l'abitabilità, " disse Arney.