Per ricevere la stessa quantità di luce stellare che Marte riceve dal nostro sole, un pianeta in orbita attorno a una nana rossa di tipo M dovrebbe essere posizionato molto più vicino alla sua stella di quanto Mercurio lo sia al sole. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
Quanto tempo potrebbe un roccioso, Un pianeta simile a Marte sarebbe abitabile se orbitasse attorno a una nana rossa? È una domanda complessa ma a cui la missione Mars Atmosphere and Volatile Evolution della NASA può aiutare a rispondere.
"La missione MAVEN ci dice che Marte ha perso notevoli quantità della sua atmosfera nel tempo, cambiando l'abitabilità del pianeta, " ha detto David Brain, un co-investigatore MAVEN e un professore presso il Laboratorio di fisica dell'atmosfera e dello spazio presso l'Università del Colorado Boulder. "Possiamo usare Marte, un pianeta di cui sappiamo molto, come laboratorio per lo studio dei pianeti rocciosi al di fuori del nostro sistema solare, di cui non sappiamo ancora molto".
Alla riunione autunnale dell'American Geophysical Union il 13 dicembre, 2017, a New Orleans, Louisiana, Brain ha descritto come le intuizioni della missione MAVEN potrebbero essere applicate all'abitabilità dei pianeti rocciosi in orbita attorno ad altre stelle.
MAVEN trasporta una suite di strumenti che misurano la perdita atmosferica di Marte dal novembre 2014. Gli studi indicano che Marte ha perso la maggior parte della sua atmosfera nello spazio nel tempo attraverso una combinazione di processi chimici e fisici. Gli strumenti della navicella sono stati scelti per determinare quanto ogni processo contribuisce alla fuga totale.
Negli ultimi tre anni, il Sole ha attraversato periodi di maggiore e minore attività solare, e Marte ha anche sperimentato tempeste solari, brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale. Queste condizioni variabili hanno dato a MAVEN l'opportunità di osservare la fuga atmosferica di Marte che si alza e si abbassa.
Brain e i suoi colleghi hanno iniziato a pensare di applicare queste intuizioni a un ipotetico pianeta simile a Marte in orbita attorno a un tipo di stella M, o nana rossa, la classe di stelle più comune nella nostra galassia.
I ricercatori hanno fatto alcuni calcoli preliminari basati sui dati MAVEN. Come con Marte, presumevano che questo pianeta potesse essere posizionato al limite della zona abitabile della sua stella. Ma poiché una nana rossa è nel complesso più debole del nostro Sole, un pianeta nella zona abitabile dovrebbe orbitare molto più vicino alla sua stella di quanto Mercurio lo sia al Sole.
La resa di un artista raffigura una tempesta solare che colpisce Marte e rimuove gli ioni dall'atmosfera superiore. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
La luminosità di una nana rossa alle lunghezze d'onda dell'ultravioletto estremo (UV) combinata con l'orbita ravvicinata significherebbe che l'ipotetico pianeta verrebbe colpito da circa 5-10 volte più radiazioni UV rispetto al vero Marte. Ciò aumenta la quantità di energia disponibile per alimentare i processi responsabili della fuga atmosferica. Sulla base di quanto appreso da MAVEN, Brain e colleghi hanno stimato come i singoli processi di fuga avrebbero risposto all'aumento dell'UV.
I loro calcoli indicano che l'atmosfera del pianeta potrebbe perdere da 3 a 5 volte il numero di particelle cariche, un processo chiamato fuga ionica. Le particelle neutre da 5 a 10 volte maggiori potrebbero essere perse attraverso un processo chiamato fuga fotochimica, che accade quando la radiazione UV rompe le molecole nell'atmosfera superiore.
Poiché si creerebbero più particelle cariche, ci sarebbero anche più sputtering, un'altra forma di perdita atmosferica. Lo sputtering si verifica quando le particelle energetiche vengono accelerate nell'atmosfera e spingono le molecole intorno, cacciando alcuni di loro nello spazio e mandando altri a schiantarsi contro i loro vicini, come fa un pallino in una partita a biliardo.
Finalmente, l'ipotetico pianeta potrebbe sperimentare circa la stessa quantità di fuga termica, chiamato anche Jeans fuga. La fuga termica avviene solo per molecole più leggere, come l'idrogeno. Marte perde il suo idrogeno per fuga termica nella parte superiore dell'atmosfera. Sull'eso-Marte, la fuga termica aumenterebbe solo se l'aumento della radiazione UV spingesse più idrogeno nella parte superiore dell'atmosfera.
Del tutto, le stime suggeriscono che orbitando ai margini della zona abitabile di una tranquilla stella di classe M, invece del nostro sole, potrebbe accorciare il periodo abitabile del pianeta di un fattore da 5 a 20 circa. Per una stella M la cui attività è amplificata come quella di un diavolo della Tasmania, il periodo abitabile potrebbe essere ridotto di un fattore di circa 1, 000, riducendolo a un semplice battito di ciglia in termini geologici. Le tempeste solari da sole potrebbero fulminare il pianeta con esplosioni di radiazioni migliaia di volte più intense della normale attività del nostro Sole.
Però, Brain e i suoi colleghi hanno considerato una situazione particolarmente difficile per l'abitabilità posizionando Marte attorno a una stella di classe M. Un pianeta diverso potrebbe avere alcuni fattori attenuanti, ad esempio, processi geologici attivi che ricostituiscono l'atmosfera in una certa misura, un campo magnetico per proteggere l'atmosfera dallo stripping del vento stellare, o una dimensione più grande che dà più gravità per trattenere l'atmosfera.
"L'abitabilità è uno dei più grandi temi in astronomia, e queste stime dimostrano un modo per sfruttare ciò che sappiamo su Marte e sul Sole per aiutare a determinare i fattori che controllano se i pianeti in altri sistemi potrebbero essere adatti alla vita, " ha detto Bruce Jakosky, Investigatore principale di MAVEN presso l'Università del Colorado Boulder.
