Nella ricerca della vita su altri pianeti, la presenza di ossigeno nell'atmosfera di un pianeta è un potenziale segno di attività biologica che potrebbe essere rilevata da futuri telescopi. Un nuovo studio, però, descrive diversi scenari in cui un pianeta roccioso senza vita attorno a una stella simile al sole potrebbe evolversi per avere ossigeno nella sua atmosfera.

Le nuove scoperte, pubblicato il 13 aprile in I progressi dell'AGU , evidenziare la necessità di telescopi di nuova generazione in grado di caratterizzare gli ambienti planetari e di cercare più linee di prova per la vita oltre a rilevare l'ossigeno.

"Questo è utile perché mostra che ci sono modi per ottenere ossigeno nell'atmosfera senza vita, ma ci sono altre osservazioni che puoi fare per aiutare a distinguere questi falsi positivi dal vero affare, " ha detto il primo autore Joshua Krissansen-Totton, un Sagan Fellow presso il Dipartimento di Astronomia e Astrofisica dell'UC Santa Cruz. "Per ogni scenario, proviamo a dire cosa dovrebbe essere in grado di fare il tuo telescopio per distinguerlo dall'ossigeno biologico."

Nei prossimi decenni, forse entro la fine degli anni '30, gli astronomi sperano di avere un telescopio in grado di acquisire immagini e spettri di pianeti potenzialmente simili alla Terra attorno a stelle simili al sole. Coautore Jonathan Fortney, professore di astronomia e astrofisica e direttore dell'Other Worlds Laboratory della UCSC, ha detto che l'idea sarebbe quella di prendere di mira pianeti abbastanza simili alla Terra che la vita potrebbe essere emersa su di essi e caratterizzare le loro atmosfere.

"Si è discusso molto sul fatto che il rilevamento dell'ossigeno sia 'sufficiente' come segno di vita, " ha detto. "Questo lavoro sostiene davvero la necessità di conoscere il contesto del rilevamento. Quali altre molecole si trovano oltre all'ossigeno, o non trovato, e questo cosa ti dice dell'evoluzione del pianeta?"

Ciò significa che gli astronomi vorranno un telescopio sensibile a un'ampia gamma di lunghezze d'onda per rilevare diversi tipi di molecole nell'atmosfera di un pianeta.

I ricercatori hanno basato le loro scoperte su un dettagliato, modello computazionale end-to-end dell'evoluzione dei pianeti rocciosi, partendo dalle loro origini fuse e estendendosi attraverso miliardi di anni di raffreddamento e cicli geochimici. Variando l'inventario iniziale di elementi volatili nei loro pianeti modello, i ricercatori hanno ottenuto una gamma sorprendentemente ampia di risultati.

L'ossigeno può iniziare ad accumularsi nell'atmosfera di un pianeta quando la luce ultravioletta ad alta energia divide le molecole d'acqua nell'atmosfera superiore in idrogeno e ossigeno. L'idrogeno leggero fugge preferenzialmente nello spazio, lasciandosi alle spalle l'ossigeno. Altri processi possono rimuovere l'ossigeno dall'atmosfera. Monossido di carbonio e idrogeno rilasciati per degassamento dalla roccia fusa, Per esempio, reagirà con l'ossigeno, e l'erosione della roccia assorbe anche l'ossigeno. Questi sono solo alcuni dei processi che i ricercatori hanno incorporato nel loro modello dell'evoluzione geochimica di un pianeta roccioso.

"Se esegui il modello per la Terra, con quello che pensiamo fosse l'inventario iniziale dei volatili, ottieni sempre lo stesso risultato in modo affidabile:senza vita non ottieni ossigeno nell'atmosfera, " ha detto Krissansen-Totton. "Ma abbiamo anche trovato molteplici scenari in cui è possibile ottenere ossigeno senza vita".

Per esempio, un pianeta che è altrimenti come la Terra ma inizia con più acqua finirà con oceani molto profondi, esercitando un'enorme pressione sulla crosta. Questo arresta efficacemente l'attività geologica, compresi tutti i processi come la fusione o l'erosione delle rocce che eliminerebbero l'ossigeno dall'atmosfera.

Nel caso opposto, dove il pianeta inizia con una quantità d'acqua relativamente piccola, la superficie magmatica del pianeta inizialmente fuso può congelare rapidamente mentre l'acqua rimane nell'atmosfera. Questa "atmosfera di vapore" mette abbastanza acqua nell'atmosfera superiore per consentire l'accumulo di ossigeno mentre l'acqua si rompe e l'idrogeno fuoriesce.

"La sequenza tipica è che la superficie del magma si solidifica simultaneamente con l'acqua che si condensa negli oceani sulla superficie, " disse Krissansen-Totton. "Sulla Terra, una volta che l'acqua si è condensata in superficie, i tassi di fuga erano bassi. Ma se si mantiene un'atmosfera di vapore dopo che la superficie fusa si è solidificata, c'è una finestra di circa un milione di anni in cui l'ossigeno può accumularsi perché ci sono alte concentrazioni di acqua nell'atmosfera superiore e nessuna superficie fusa per consumare l'ossigeno prodotto dalla fuga di idrogeno".

Un terzo scenario che può portare all'ossigeno nell'atmosfera coinvolge un pianeta che è altrimenti come la Terra, ma inizia con un rapporto più elevato di anidride carbonica e acqua. Questo porta a un effetto serra incontrollabile, rendendolo troppo caldo perché l'acqua si condensi dall'atmosfera sulla superficie del pianeta.

"In questo scenario simile a Venere, tutti i volatili iniziano nell'atmosfera e pochi rimangono nel mantello per essere degassati e assorbire l'ossigeno, "Ha detto Krissansen-Totton.

Ha notato che gli studi precedenti si sono concentrati sui processi atmosferici, considerando che il modello utilizzato in questo studio esplora l'evoluzione geochimica e termica del mantello e della crosta del pianeta, così come le interazioni tra la crosta e l'atmosfera.

"Non è computazionalmente intensivo, ma ci sono molte parti in movimento e processi interconnessi, " Egli ha detto.