Gli scienziati hanno condotto i primi esperimenti di laboratorio sulla formazione di foschia in atmosfere simulate di esopianeti, un passo importante per comprendere le imminenti osservazioni di pianeti al di fuori del sistema solare con il James Webb Space Telescope.

Le simulazioni sono necessarie per stabilire modelli delle atmosfere di mondi lontani, modelli che possono essere utilizzati per cercare segni di vita al di fuori del sistema solare. I risultati degli studi sono apparsi questa settimana in Astronomia della natura .

"Uno dei motivi per cui stiamo iniziando a fare questo lavoro è capire se avere uno strato di foschia su questi pianeti li renderebbe più o meno abitabili, ", ha detto l'autore principale del giornale, Sarah Horst, assistente professore di Scienze della Terra e planetarie presso la Johns Hopkins University.

Con i telescopi oggi disponibili, scienziati planetari e astronomi possono imparare quali gas compongono le atmosfere degli esopianeti. "Ogni gas ha un'impronta digitale che è unica, " disse Hörst. "Se si misura un intervallo spettrale sufficientemente ampio, puoi guardare come tutte le impronte digitali sono sovrapposte l'una sull'altra."

Telescopi attuali, però, non funzionano altrettanto bene con ogni tipo di esopianeta. Non sono all'altezza degli esopianeti che hanno atmosfere nebbiose. La foschia è costituita da particelle solide sospese nel gas, alterando il modo in cui la luce interagisce con il gas. Questo silenziamento delle impronte spettrali rende più difficile misurare la composizione del gas.

Hörst crede che questa ricerca possa aiutare la comunità scientifica degli esopianeti a determinare quali tipi di atmosfere potrebbero essere nebulose. Con la foschia che offusca la capacità di un telescopio di dire agli scienziati quali gas compongono l'atmosfera di un esopianeta, se non la loro quantità, la nostra capacità di rilevare la vita altrove è una prospettiva più oscura.

Pianeti più grandi della Terra e più piccoli di Nettuno, chiamate super-Terre e mini-Nettuno, sono i tipi predominanti di esopianeti, o pianeti al di fuori del nostro sistema solare. Poiché questa classe di pianeti non si trova nel nostro sistema solare, la nostra conoscenza limitata li rende più difficili da studiare.

Con il prossimo lancio del James Webb Space Telescope, gli scienziati sperano di poter esaminare le atmosfere di questi esopianeti in modo più dettagliato. JWST sarà in grado di guardare indietro nel tempo ancora più lontano di Hubble con un'area di raccolta della luce circa 6,25 volte maggiore. In orbita intorno al sole a un milione di miglia dalla Terra, JWST aiuterà i ricercatori a misurare la composizione delle atmosfere dei pianeti extrasolari e persino a cercare gli elementi costitutivi della vita.

"Parte di ciò che stiamo cercando di aiutare le persone a capire è fondamentalmente dove vorresti guardare, " ha detto Hörst sugli usi futuri del James Webb Space Telescope.

Dato che il nostro sistema solare non ha super-Terre o mini-Nettuno per il confronto, gli scienziati non hanno "verità fondamentali" per le atmosfere di questi esopianeti. Utilizzando modelli di computer, Il team di Hörst è stato in grado di mettere insieme una serie di composizioni atmosferiche che modellano super-Terre o mini-Nettuno. Variando i livelli dei tre gas dominanti (anidride carbonica, idrogeno, acqua gassosa), altri quattro gas (elio, monossido di carbonio, metano, azoto) e tre serie di temperature, hanno assemblato nove diversi "pianeti".

La modellazione al computer ha proposto diverse percentuali di gas, che gli scienziati mescolavano in una camera e riscaldavano. In tre giorni, la miscela riscaldata scorreva attraverso una scarica di plasma, una configurazione che ha avviato reazioni chimiche all'interno della camera.

"L'energia rompe le molecole di gas con cui iniziamo. Reagiscono tra loro e creano cose nuove e talvolta creano una particella solida [creando foschia] e talvolta no, " disse Horst.

"La domanda fondamentale per questo articolo era:quale di queste miscele di gas - quale di queste atmosfere - ci aspetteremo che sia nebbiosa?" disse Horst.

I ricercatori hanno scoperto che tutte e nove le varianti producono foschia in quantità variabili. La sorpresa sta nel fatto che le combinazioni hanno reso di più. Il team ha trovato la maggior parte delle particelle di foschia in due delle atmosfere dominanti l'acqua. "Avevamo questa idea da molto tempo che la chimica del metano fosse l'unico vero percorso per creare una foschia, e sappiamo che non è vero ora, " disse Horst, riferendosi a composti abbondanti sia in idrogeno che in carbonio.

Per di più, gli scienziati hanno trovato differenze nei colori delle particelle, che potrebbe influenzare la quantità di calore intrappolata dalla foschia. "Avere uno strato di foschia può cambiare la struttura della temperatura di un'atmosfera, " ha detto Hörst. "Può impedire ai fotoni veramente energetici di raggiungere una superficie".

Come lo strato di ozono che ora protegge la vita sulla Terra dalle radiazioni nocive, gli scienziati hanno ipotizzato che uno strato di foschia primitivo possa aver schermato la vita fin dall'inizio. Questo potrebbe essere significativo nella nostra ricerca della vita esterna.

Per il gruppo di Hörst, i passaggi successivi riguardano l'analisi delle diverse nebbie per vedere come il colore e la dimensione delle particelle influenzano il modo in cui le particelle interagiscono con la luce. Hanno anche intenzione di provare altre composizioni, temperature, fonti energetiche ed esaminare la composizione della foschia prodotta.

"I tassi di produzione erano molto, very first step of what's going to be a long process in trying to figure out which atmospheres are hazy and what the impact of the haze particles is, " Hörst said.