Diversi anni fa, la scienziata planetaria Lynnae Quick iniziò a chiedersi se qualcuno degli oltre 4, 000 esopianeti conosciuti, o pianeti oltre il nostro sistema solare, potrebbe assomigliare ad alcune delle lune acquose intorno a Giove e Saturno. Sebbene alcune di queste lune non abbiano atmosfere e siano coperte di ghiaccio, sono ancora tra i principali obiettivi della ricerca della NASA per la vita oltre la Terra. La luna di Saturno Encelado e la luna di Giove Europa, che gli scienziati classificano come "mondi oceanici, "sono buoni esempi.

"Pennacchi d'acqua eruttano da Europa ed Encelado, quindi possiamo dire che questi corpi hanno oceani sotterranei sotto i loro gusci di ghiaccio, e hanno energia che guida i pennacchi, che sono due requisiti per la vita come la conosciamo, "dice Veloce, uno scienziato planetario della NASA specializzato in vulcanismo e mondi oceanici. "Quindi, se pensiamo a questi luoghi come possibilmente abitabili, forse anche versioni più grandi di loro in altri sistemi planetari sono abitabili."

Presto, del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, ha deciso di esplorare se, ipoteticamente, ci sono pianeti simili a Europa ed Encelado nella galassia della Via Lattea. E, potrebbero, pure, essere geologicamente sufficientemente attivi da sparare pennacchi attraverso le loro superfici che un giorno potrebbero essere rilevati dai telescopi.

Attraverso un'analisi matematica di diverse dozzine di esopianeti, compresi i pianeti nel vicino sistema TRAPPIST-1, Quick e i suoi colleghi hanno imparato qualcosa di significativo:più di un quarto degli esopianeti che hanno studiato potrebbero essere mondi oceanici, con una maggioranza che potrebbe ospitare oceani sotto strati di ghiaccio superficiale, simile a Europa ed Encelado. Inoltre, molti di questi pianeti potrebbero rilasciare più energia di Europa ed Encelado.

Gli scienziati potrebbero un giorno essere in grado di testare le previsioni di Quick misurando il calore emesso da un esopianeta o rilevando eruzioni vulcaniche o criovulcaniche (liquide o vapore invece di roccia fusa) nelle lunghezze d'onda della luce emessa dalle molecole nell'atmosfera di un pianeta. Per adesso, gli scienziati non possono vedere molti esopianeti in alcun dettaglio. ahimè, sono troppo lontani e troppo soffocati dalla luce delle loro stelle. Ma considerando le uniche informazioni disponibili:le dimensioni degli esopianeti, masse e distanze dalle loro stelle:scienziati come Quick e i suoi colleghi possono attingere ai modelli matematici e alla nostra comprensione del sistema solare per cercare di immaginare le condizioni che potrebbero plasmare gli esopianeti in mondi vivibili o meno.

Mentre le ipotesi che entrano in questi modelli matematici sono supposizioni plausibili, possono aiutare gli scienziati a restringere l'elenco degli esopianeti promettenti per cercare condizioni favorevoli alla vita in modo che l'imminente James Webb Space Telescope della NASA o altre missioni spaziali possano seguire.

"Le future missioni per cercare segni di vita oltre il sistema solare sono focalizzate su pianeti come il nostro che hanno una biosfera globale così abbondante che sta cambiando la chimica dell'intera atmosfera, "dice Aki Roberte, un astrofisico Goddard della NASA che ha collaborato con Quick su questa analisi. "Ma nel sistema solare, lune ghiacciate con gli oceani, che sono lontani dal calore del sole, hanno ancora dimostrato di avere le caratteristiche che pensiamo siano necessarie per la vita".

Per cercare possibili mondi oceanici, Il team di Quick ha selezionato 53 esopianeti con dimensioni più simili alla Terra, sebbene potessero avere una massa fino a otto volte maggiore. Gli scienziati presumono che i pianeti di queste dimensioni siano più solidi che gassosi e, così, è più probabile che supportino l'acqua liquida sopra o sotto le loro superfici. Sono stati scoperti almeno altri 30 pianeti che soddisfano questi parametri da quando Quick e i suoi colleghi hanno iniziato il loro studio nel 2017, ma non sono stati inclusi nell'analisi, che è stato pubblicato il 18 giugno sulla rivista Pubblicazioni della Società Astronomica del Pacifico .

Con i loro pianeti delle dimensioni della Terra identificati, Quick e il suo team hanno cercato di determinare quanta energia ciascuno potrebbe generare e rilasciare sotto forma di calore. Il team ha considerato due fonti primarie di calore. Il primo, calore radiogeno, è generato nel corso di miliardi di anni dal lento decadimento dei materiali radioattivi nel mantello e nella crosta di un pianeta. Quel tasso di decadimento dipende dall'età di un pianeta e dalla massa del suo mantello. Altri scienziati avevano già determinato queste relazioni per i pianeti delle dimensioni della Terra. Così, Quick e il suo team hanno applicato il tasso di decadimento alla loro lista di 53 pianeti, supponendo che ognuno abbia la stessa età della sua stella e che il suo mantello occupi la stessa proporzione del volume del pianeta del mantello terrestre.

Prossimo, i ricercatori hanno calcolato il calore prodotto da qualcos'altro:forza di marea, che è l'energia generata dallo strattone gravitazionale quando un oggetto orbita attorno a un altro. Pianeti distesi, o ellittica, le orbite spostano la distanza tra loro e le loro stelle mentre le circondano. Questo porta a cambiamenti nella forza gravitazionale tra i due oggetti e fa allungare il pianeta, generando così calore. Infine, il calore viene disperso nello spazio attraverso la superficie.

Una via d'uscita per il caldo è attraverso i vulcani oi criovulcani. Un altro percorso è attraverso la tettonica, che è un processo geologico responsabile del movimento dello strato roccioso o ghiacciato più esterno di un pianeta o di una luna. Qualunque sia il modo in cui viene scaricato il calore, sapere quanto ne espelle un pianeta è importante perché potrebbe creare o distruggere l'abitabilità.

Ad esempio, troppa attività vulcanica può trasformare un mondo vivibile in un incubo fuso. Ma troppo poca attività può arrestare il rilascio di gas che compongono un'atmosfera, lasciando un raffreddore, superficie sterile. La giusta quantità sostiene un vivibile, pianeta umido come la Terra, o una luna possibilmente vivibile come Europa.

Nel decennio successivo, L'Europa Clipper della NASA esplorerà la superficie e il sottosuolo di Europa e fornirà approfondimenti sull'ambiente sotto la superficie. Più scienziati possono conoscere Europa e altre lune potenzialmente abitabili del nostro sistema solare, meglio saranno in grado di capire mondi simili intorno ad altre stelle, il che potrebbe essere abbondante, secondo le rilevazioni odierne.

"Le prossime missioni ci daranno la possibilità di vedere se le lune oceaniche nel nostro sistema solare potrebbero sostenere la vita, "dice Veloce, che è un membro del team scientifico sia nella missione Clipper che nella missione Dragonfly sulla luna di Saturno Titano. "Se troviamo le firme chimiche della vita, possiamo provare a cercare segni simili a distanze interstellari".

All'avvio di Webb, gli scienziati cercheranno di rilevare le firme chimiche nelle atmosfere di alcuni dei pianeti nel sistema TRAPPIST-1, che dista 39 anni luce nella costellazione dell'Acquario. Nel 2017, gli astronomi hanno annunciato che questo sistema ha sette pianeti delle dimensioni della Terra. Alcuni hanno suggerito che alcuni di questi pianeti potrebbero essere acquosi, e le stime di Quick supportano questa idea. Secondo i calcoli della sua squadra, TRAPPISTA-1 e, F, g e h potrebbero essere mondi oceanici, che li collocherebbe tra i 14 mondi oceanici identificati dagli scienziati in questo studio.

I ricercatori hanno predetto che questi esopianeti hanno oceani considerando le temperature superficiali di ciascuno. Questa informazione è rivelata dalla quantità di radiazione stellare che ogni pianeta riflette nello spazio. Il team di Quick ha anche preso in considerazione la densità di ciascun pianeta e la quantità stimata di riscaldamento interno che genera rispetto alla Terra.

"Se vediamo che la densità di un pianeta è inferiore a quella della Terra, è un'indicazione che potrebbe esserci più acqua lì e non tanta roccia e ferro, " Dice Quick. E se la temperatura del pianeta consente l'acqua allo stato liquido, hai un mondo oceanico.

"Ma se la temperatura della superficie di un pianeta è inferiore a 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius), dove l'acqua è gelata, "Svelto dice, "allora abbiamo un mondo oceanico ghiacciato, e le densità per quei pianeti sono ancora più basse."