Molti esopianeti hanno atmosfere opache, oscurato da nuvole o foschie che rendono difficile per gli astronomi caratterizzare le loro composizioni chimiche. Un nuovo studio mostra che le particelle di foschia prodotte in condizioni diverse hanno una vasta gamma di proprietà che possono determinare quanto sia probabile che l'atmosfera di un pianeta sia limpida o nebbiosa.

Le reazioni fotochimiche nelle atmosfere degli esopianeti temperati portano alla formazione di piccole particelle di foschia organiche. Grandi quantità di queste nebbie fotochimiche si formano nell'atmosfera terrestre ogni giorno, eppure il nostro pianeta ha cieli relativamente sereni. La ragione ha a che fare con la facilità con cui le particelle di foschia vengono rimosse dall'atmosfera mediante processi di deposizione.

"Non è solo la produzione di foschia, ma anche la rimozione della foschia che determina quanto è limpida l'atmosfera, " disse Xinting Yu, un borsista post-dottorato presso l'UC Santa Cruz e autore principale dello studio, pubblicato il 12 luglio in Astronomia della natura .

Yu e i suoi colleghi hanno misurato le proprietà delle particelle di foschia prodotte in laboratorio in condizioni rappresentative delle atmosfere degli esopianeti, compresa una gamma di composizioni di gas, temperature, e fonti energetiche. Coautore Xi Zhang, assistente professore di scienze della Terra e planetarie presso la UC Santa Cruz, detti esperimenti di laboratorio come questo sono essenziali per comprendere la formazione della foschia e il suo impatto sulle osservazioni.

"Non possiamo riportare campioni di foschia dagli esopianeti, quindi dobbiamo cercare di imitare le condizioni atmosferiche in laboratorio, " Egli ha detto.

Secondo Yu, la rimozione della foschia dipende da una proprietà materiale critica delle particelle chiamata energia superficiale. "L'energia superficiale descrive quanto sia coeso o 'appiccicoso' il materiale, " lei disse.

Le particelle di foschia appiccicose si legano facilmente tra loro quando si scontrano, crescendo in particelle più grandi che cadono dall'atmosfera sulla superficie del pianeta (un processo chiamato deposizione secca). Costituiscono anche buoni nuclei di condensazione per le goccioline di nubi e sono facilmente rimovibili mediante deposizione umida. Le nebbie prodotte sulla Terra hanno tipicamente un'elevata energia superficiale e sono quindi "appiccicose" e rimosse in modo efficiente dall'atmosfera.

Gli esperimenti di laboratorio di Yu mostrano che le nebbie prodotte nelle atmosfere degli esopianeti sono molto diverse, con proprietà che dipendono dalle condizioni in cui vengono prodotti.

"Alcuni di loro sono simili alla foschia terrestre, hanno un'elevata energia superficiale, e sono facili da rimuovere, portando a cieli sereni, " ha detto. "Ma alcuni di loro hanno un'energia superficiale molto bassa, come una padella antiaderente; non si legano molto bene con altre particelle e rimangono come piccole particelle sospese nell'atmosfera per molto tempo."

Lo studio ha scoperto che un fattore critico è la temperatura alla quale vengono create le particelle di foschia. Le nebbie prodotte a circa 400 Kelvin (260 °F) tendevano ad avere le energie superficiali più basse, portando a una rimozione meno efficiente e atmosfere più nebbiose. Questo risultato corrisponde in realtà alle tendenze osservate, Yu ha detto, notando che gli esopianeti a temperature comprese tra 400 e 500 K tendono ad essere i più nebbiosi.

I pianeti più freddi situati nelle zone abitabili delle loro stelle ospiti hanno maggiori probabilità di avere atmosfere chiare, lei disse. "Potremmo non doverci preoccupare che gli esopianeti abitabili siano troppo nebulosi per osservazioni future, poiché le nebbie tendono ad avere energie superficiali più elevate a temperature più basse, " Yu ha detto. "Quindi è facile rimuovere queste nebbie, lasciando atmosfere relativamente chiare."

Gli astronomi non vedono l'ora di avere un potente strumento per caratterizzare le atmosfere degli esopianeti con l'imminente James Webb Space Telescope (JWST). Quando un esopianeta transita sulla faccia della sua stella, la sua atmosfera filtra la luce della stella, dando agli astronomi con un telescopio abbastanza sensibile (come JWST) l'opportunità di identificare i componenti chimici dell'atmosfera usando la spettroscopia di trasmissione.

Un'atmosfera nebbiosa interferirebbe con la spettroscopia di trasmissione, ma le nebbie stesse possono ancora fornire informazioni preziose, secondo Zhang.

"Le foschie non sono prive di caratteristiche, " ha detto. "Con migliori telescopi, potremmo essere in grado di caratterizzare la composizione delle nebbie degli esopianeti e comprenderne la chimica. Ma le osservazioni saranno molto difficili da spiegare senza dati provenienti da esperimenti di laboratorio. Questo studio ha rivelato l'enorme diversità di particelle di foschia, e la comprensione delle loro proprietà ottiche sarà una priorità assoluta per gli studi futuri".