Lo studio degli esopianeti è notevolmente maturato negli ultimi 10 anni. Durante questo periodo, la maggior parte degli oltre 4000 esopianeti attualmente conosciuti è stata scoperta. È stato anche durante questo periodo che il processo ha iniziato a spostarsi dalla scoperta alla caratterizzazione. Cosa c'è di più, gli strumenti di nuova generazione consentiranno studi che riveleranno molto sulle superfici e le atmosfere degli esopianeti.

Ciò solleva naturalmente la domanda:cosa vedrebbe una specie sufficientemente avanzata se stesse studiando il nostro pianeta? Utilizzando dati a più lunghezze d'onda della Terra, un team di scienziati del Caltech è stato in grado di costruire una mappa di come apparirebbe la Terra a lontani osservatori alieni. Oltre ad affrontare il prurito della curiosità, questo studio potrebbe anche aiutare gli astronomi a ricostruire le caratteristiche della superficie degli esopianeti "simili alla Terra" in futuro.

Lo studio che descrive i risultati del team, intitolato "La Terra come un esopianeta:una mappa aliena bidimensionale, " recentemente apparso sulla rivista Scienza ed è prevista per la pubblicazione in Lettere per riviste astrofisiche . Lo studio è stato condotto da Siteng Fan e ha coinvolto più ricercatori della Divisione di Scienze Geologiche e Planetarie (GPS) del California Institute of Technology e del Jet Propulsion Laboratory della NASA.

Quando si cercano pianeti potenzialmente abitabili oltre il nostro sistema solare, gli scienziati sono costretti ad adottare l'approccio indiretto. Dato che la maggior parte degli esopianeti non può essere osservata direttamente per conoscere la loro composizione atmosferica o le caratteristiche della superficie (ovvero l'imaging diretto), gli scienziati devono accontentarsi delle indicazioni che mostrano quanto sia "simile alla Terra" un pianeta.

Come ha detto Fan Universo oggi Via Posta Elettronica, ciò riflette i limiti con cui gli astronomi e gli studi sugli esopianeti sono attualmente costretti a fare i conti:

"In primo luogo, gli attuali studi sugli esopianeti non hanno capito quali siano i requisiti minimi per l'abitabilità. Ci sono alcuni criteri proposti, ma non siamo sicuri se siano sufficienti o necessarie. In secondo luogo, anche con questi criteri, le attuali tecniche di osservazione non sono sufficienti per confermare l'abitabilità, specialmente sugli esopianeti simili alla Terra, a causa della difficoltà di individuarli e vincolarli."

Dato che la Terra è l'unico pianeta che conosciamo in grado di sostenere la vita, il team ha teorizzato che le osservazioni remote della Terra potrebbero fungere da proxy per un esopianeta abitabile osservato da una civiltà lontana. "La Terra è l'unico pianeta che conosciamo che contiene la vita, " ha detto Fan. "Studiare come appare la Terra a osservatori distanti ci darebbe la direzione di come trovare potenziali esopianeti abitabili".

Uno degli elementi più importanti del clima terrestre e di tutta la vita sulla sua superficie è il ciclo dell'acqua, che ha tre fasi distinte. Questi includono la presenza di vapore acqueo nell'atmosfera, nuvole di acqua condensata e particelle di ghiaccio, e la presenza di corpi idrici in superficie.

Perciò, queste potrebbero essere considerate potenziali indicazioni di abitabilità, e persino indicazioni di vita (alias biofirme) che potevano essere osservate a distanza. Quindi, essere in grado di identificare le caratteristiche della superficie e le nuvole sugli esopianeti sarebbe essenziale per porre dei vincoli alla loro abitabilità.

Per determinare come apparirebbe la Terra agli osservatori distanti, il team ha compilato 9740 immagini della Terra scattate dal satellite Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) della NASA. Le immagini sono state scattate ogni 68-110 minuti per un periodo di due anni (2016 e 2017) e sono riuscite a catturare la luce riflessa dall'atmosfera terrestre a più lunghezze d'onda.

Fan e i suoi colleghi hanno quindi combinato le immagini per formare uno spettro di riflessione a 10 punti tracciato nel tempo, che è stato poi integrato sul disco terrestre. Questo riproduceva efficacemente come potrebbe apparire la Terra a un osservatore distante molti anni luce se osservasse la Terra per un periodo di due anni.

"Abbiamo scoperto che la seconda componente principale della curva di luce terrestre è fortemente correlata alla frazione terrestre dell'emisfero illuminato (r^2=0,91), " ha detto Fan. "Combinando con la geometria di visualizzazione, ricostruire la mappa diventa un problema di regressione lineare."

Dopo aver analizzato le curve risultanti e confrontandole con le immagini originali, il team di ricerca ha scoperto quali parametri delle curve corrispondevano alla terra e alla copertura nuvolosa. Hanno quindi scelto i parametri più strettamente correlati all'area terrestre e l'hanno adattata alla rotazione di 24 ore della Terra, che ha fornito loro una mappa sagomata (mostrata sopra) che rappresentava come sarebbe apparsa la curva di luce della Terra da anni luce di distanza.

Le linee nere rappresentano il parametro delle caratteristiche della superficie e corrispondono grosso modo alle coste dei principali continenti. Questi sono ulteriormente colorati in verde per fornire una rappresentazione approssimativa dell'Africa (al centro), Asia (in alto a destra), Nord e Sud America (a sinistra), e Antartide (in basso). Ciò che sta in mezzo rappresenta gli oceani della Terra, con le sezioni meno profonde indicate in rosso e quelle più profonde in blu.

Questo tipo di rappresentazioni, quando applicato alle curve di luce di pianeti extrasolari distanti, potrebbe consentire agli astronomi di valutare se un esopianeta ha gli oceani, nuvole, e calotte di ghiaccio, tutti elementi necessari di un esopianeta "simile alla Terra" (alias abitabile). Come ha concluso Fan:

"L'analisi delle curve di luce in questo lavoro ha implicazioni per determinare le caratteristiche geologiche e i sistemi climatici sull'esopianeta. Abbiamo scoperto che la variazione della curva di luce della Terra è dominata da nuvole e terra/oceano, che sono entrambi cruciali per la vita sulla Terra. Perciò, Gli esopianeti simili alla Terra che ospitano questo tipo di caratteristiche avrebbero maggiori probabilità di ospitare la vita".

Nel futuro prossimo, strumenti di prossima generazione come il James Webb Space Telescope (JWST) consentiranno le indagini sugli esopianeti più dettagliate fino ad oggi. Inoltre, strumenti a terra che entreranno in funzione nel prossimo decennio, come l'Extremely Large Telescope (ELT), il telescopio dei trenta metri (TMT), e il Giant Magellan Telescope (GMT) – dovrebbero consentire studi di imaging diretto di piccoli, pianeti rocciosi che orbitano più vicini alle loro stelle.

Aiutato da studi che aiutano a risolvere le caratteristiche della superficie e le condizioni atmosferiche, gli astronomi potrebbero finalmente essere in grado di dire con sicurezza quali esopianeti sono abitabili e quali no. Con fortuna, la scoperta di una Terra 2.0 (o più Terre se è per questo) potrebbe essere proprio dietro l'angolo.