Una nuova ricerca della NASA sta aiutando a perfezionare la nostra comprensione dei pianeti candidati oltre il nostro sistema solare che potrebbero supportare la vita.

"Utilizzando un modello che simula in modo più realistico le condizioni atmosferiche, abbiamo scoperto un nuovo processo che controlla l'abitabilità degli esopianeti e ci guiderà nell'identificazione dei candidati per ulteriori studi, " ha affermato Yuka Fujii del Goddard Institute for Space Studies (GISS) della NASA, New York, New York e l'Earth-Life Science Institute presso il Tokyo Institute of Technology, Giappone, autore principale di un articolo sulla ricerca pubblicato su Giornale Astrofisico 17 ottobre.

I modelli precedenti simulavano le condizioni atmosferiche lungo una dimensione, il verticale. Come alcuni altri studi recenti sull'abitabilità, la nuova ricerca ha utilizzato un modello che calcola le condizioni in tutte e tre le dimensioni, consentendo al team di simulare la circolazione dell'atmosfera e le caratteristiche speciali di tale circolazione, cosa che i modelli unidimensionali non possono fare. Il nuovo lavoro aiuterà gli astronomi ad assegnare lo scarso tempo di osservazione ai candidati più promettenti per l'abitabilità.

L'acqua liquida è necessaria per la vita come la conosciamo, quindi la superficie di un mondo alieno (ad esempio un esopianeta) è considerata potenzialmente abitabile se la sua temperatura consente all'acqua liquida di essere presente per un tempo sufficiente (miliardi di anni) per consentire alla vita di prosperare. Se l'esopianeta è troppo lontano dalla sua stella madre, sarà troppo freddo, e i suoi oceani si congeleranno. Se l'esopianeta è troppo vicino, la luce della stella sarà troppo intensa, e i suoi oceani alla fine evaporeranno e andranno persi nello spazio. Ciò accade quando il vapore acqueo sale a uno strato nell'atmosfera superiore chiamato stratosfera e viene suddiviso nei suoi componenti elementari (idrogeno e ossigeno) dalla luce ultravioletta della stella. Gli atomi di idrogeno estremamente leggeri possono quindi fuggire nello spazio. Si dice che i pianeti in procinto di perdere i loro oceani in questo modo siano entrati in uno stato di "serra umida" a causa delle loro stratosfere umide.

Affinché il vapore acqueo raggiunga la stratosfera, modelli precedenti prevedevano che le temperature superficiali a lungo termine dovevano essere maggiori di qualsiasi altra cosa sperimentata sulla Terra:oltre 150 gradi Fahrenheit (66 gradi Celsius). Queste temperature alimenterebbero intense tempeste convettive; però, si scopre che queste tempeste non sono la ragione per cui l'acqua raggiunge la stratosfera per i pianeti a rotazione lenta che entrano in uno stato di serra umida.

"Abbiamo trovato un ruolo importante per il tipo di radiazione emessa da una stella e l'effetto che ha sulla circolazione atmosferica di un esopianeta nel rendere lo stato di serra umido, " ha detto Fujii. Per gli esopianeti che orbitano vicino alle loro stelle madri, la gravità di una stella sarà abbastanza forte da rallentare la rotazione di un pianeta. Ciò potrebbe causare il blocco delle maree, con un lato sempre rivolto verso la stella - dandogli il giorno eterno - e un lato sempre rivolto verso l'esterno - dandogli la notte eterna.

Quando questo accade, spesse nuvole si formano sul lato diurno del pianeta e agiscono come un ombrellone per proteggere la superficie da gran parte della luce delle stelle. Anche se questo potrebbe mantenere il pianeta fresco e impedire l'aumento del vapore acqueo, il team ha scoperto che la quantità di radiazione nel vicino infrarosso (NIR) di una stella potrebbe fornire il calore necessario per far entrare un pianeta nello stato di serra umida. Il NIR è un tipo di luce invisibile all'occhio umano. L'acqua come vapore nell'aria e le goccioline d'acqua o i cristalli di ghiaccio nelle nuvole assorbono fortemente la luce NIR, riscaldando l'aria. Mentre l'aria si riscalda, si alza, portando l'acqua nella stratosfera dove crea la serra umida.

Questo processo è particolarmente rilevante per i pianeti intorno a stelle di piccola massa che sono più freddi e molto più deboli del Sole. Per essere abitabile, i pianeti devono essere molto più vicini a queste stelle di quanto la nostra Terra sia al Sole. A distanza così ravvicinata, questi pianeti probabilmente sperimentano forti maree dalla loro stella, facendoli ruotare lentamente. Anche, più bella è una stella, più NIR emette. Il nuovo modello ha dimostrato che, poiché queste stelle emettono la maggior parte della loro luce alle lunghezze d'onda NIR, uno stato di serra umido risulterà anche in condizioni paragonabili o leggermente più calde dei tropici della Terra. Per gli esopianeti più vicini alle loro stelle, il team ha scoperto che il processo guidato dal NIR ha aumentato gradualmente l'umidità nella stratosfera. Così, è possibile, contrariamente alle previsioni del vecchio modello, che un esopianeta più vicino alla sua stella madre potrebbe rimanere abitabile.

Questa è un'osservazione importante per gli astronomi alla ricerca di mondi abitabili, poiché le stelle di piccola massa sono le più comuni nella galassia. Il loro numero aumenta le probabilità che tra loro si possa trovare un mondo abitabile, e la loro piccola dimensione aumenta la possibilità di rilevare segnali planetari.

Il nuovo lavoro aiuterà gli astronomi a selezionare i candidati più promettenti nella ricerca di pianeti che potrebbero supportare la vita. "Finché conosciamo la temperatura della stella, possiamo stimare se i pianeti vicini alle loro stelle hanno il potenziale per essere nello stato di serra umida, " ha detto Anthony Del Genio del GISS, un coautore del documento. "La tecnologia attuale sarà spinta al limite per rilevare piccole quantità di vapore acqueo nell'atmosfera di un esopianeta. Se c'è abbastanza acqua da rilevare, probabilmente significa che il pianeta è in uno stato di serra umida".

In questo studio, i ricercatori hanno ipotizzato un pianeta con un'atmosfera come la Terra, ma interamente coperto dagli oceani. These assumptions allowed the team to clearly see how changing the orbital distance and type of stellar radiation affected the amount of water vapor in the stratosphere. Nel futuro, the team plans to vary planetary characteristics such as gravity, dimensione, composizione atmosferica, and surface pressure to see how they affect water vapor circulation and habitability.