Un team internazionale, tra cui astrofisici dell'Università di Exeter, sta prendendo lezioni e tecniche apprese dalla scienza del clima terrestre per aprire la strada a modelli robusti di atmosfere di pianeti in orbita attorno a stelle lontane, aiutando nella ricerca di esopianeti potenzialmente abitabili.

Fondamentalmente, il team ritiene che questa ricerca possa anche migliorare la nostra comprensione e le previsioni fondamentali del clima futuro sulla Terra.

Il James Webb Space Telescope (JWST) lanciato di recente e i prossimi telescopi come l'European Extremely Large Telescope (E-ELT), il Thirty Meter Telescope (TMT) o il Giant Magellan Telescope (GMT) potrebbero presto essere in grado di caratterizzare le atmosfere di esopianeti rocciosi in orbita attorno a nane rosse vicine (stelle più fredde e più piccole del nostro sole). Tuttavia, senza modelli robusti per interpretare e guidare queste osservazioni non saremo in grado di sbloccare il pieno potenziale di questi osservatori.

Un metodo consiste nell'utilizzare i modelli tridimensionali di circolazione generale (GCM), simili a quelli utilizzati per prevedere il clima terrestre, per simulare le caratteristiche atmosferiche mentre i pianeti orbitano attorno alle stelle ospiti. Tuttavia, esistono differenze intrinseche all'interno di questi complessi GCM che portano a previsioni climatiche contrastanti e, di conseguenza, alla nostra interpretazione delle osservazioni degli esopianeti.

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno perfezionato i GCM nel tentativo di riprodurre e comprendere l'attuale tendenza al riscaldamento associata al cambiamento climatico antropogenico sulla Terra. Un approccio chiave è modellare il clima con più GCM e contrastarli tramite progetti di intercomparazione modello, o MIP, che sono stati fondamentali per la nostra conoscenza del clima terrestre.

Il team, guidato da tre ricercatori all'inizio della carriera, Thomas Fauchez (NASA GSFC, American University, USA), Denis Sergeev (University of Exeter, Regno Unito) e Martin Turbet (LMD, Francia), ha utilizzato questa esperienza e i recenti aggiornamenti del modello per intraprendere un confronto completo di molti dei principali GCM del mondo che li applicano allo studio degli esopianeti.

Il dottor Sergeev, ricercatore post-dottorato presso l'Università di Exeter, ha affermato:"I confronti multi-modello sono uno dei pilastri della moderna scienza del clima e una storia di successo della collaborazione internazionale. Sono fondamentali per la nostra comprensione dei processi climatici passati, presenti e futuri Portando questi confronti nella ricerca sugli esopianeti, possiamo in definitiva migliorare la nostra capacità di interpretare le osservazioni del telescopio".

Il nuovo progetto fondamentale, chiamato THAI (TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison) si concentra su un esopianeta confermato, delle dimensioni della Terra, etichettato TRAPPIST-1e. È il quarto pianeta dalla sua stella ospite, una nana rossa TRAPPIST-1 situata a circa 40 anni luce dalla Terra. Fondamentalmente, poiché l'orbita del pianeta si trova all'interno della zona abitabile di TRAPPIST-1, potrebbe avere un clima temperato adatto all'esistenza di acqua liquida sulla sua superficie.

I progetti combinano quattro modelli ampiamente utilizzati:ExoCAM (basato sul modello del Centro nazionale per la ricerca atmosferica degli Stati Uniti), LMD-G (sviluppato dal Laboratoire de Meterologie Dynamique a Parigi), ROCKE-3D (basato sul modello GISS della NASA ) e l'UM (sviluppato presso il Met Office del Regno Unito e adattato per gli esopianeti dai ricercatori dell'Università di Exeter), per considerare quattro diversi scenari per l'atmosfera di TRAPPIST-1e.

Questi comprendevano due scenari per la superficie (completamente secca e uno coperto da un oceano globale che fornisce umidità per l'atmosfera) e due scenari per la composizione atmosferica (atmosfera ricca di azoto con livelli di CO₂ o un CO₂ simile a Marte -atmosfera dominata).

Una delle maggiori fonti di differenze tra GCM sono le nuvole:è stato dimostrato che le loro proprietà ottiche, altitudine, spessore, copertura differiscono significativamente tra i modelli a causa delle differenze nella parametrizzazione delle nuvole. "Rappresentare la fisica dell'umidità su piccola scala nei GCM è notoriamente difficile. È una delle principali strade della ricerca atmosferica sia per l'esopianeta che per la scienza del clima terrestre", ha affermato il dott. Sergeev.

Il Dr. Fauchez, che guida il progetto THAI, ha affermato:"THAI ha sfruttato le preziose competenze degli sforzi simili nella comunità delle scienze della Terra che studiano il riscaldamento globale antropogenico. Tuttavia, è stata anche in grado di trasferire la conoscenza, attraverso miglioramenti nel modello sottostante framework sviluppati come parte delle applicazioni Exoplanet."

I risultati di queste analisi, che includono il mostrare, per la prima volta, come l'uso di un GCM può influire sull'interpretazione futura dei dati e sulla pianificazione futura delle campagne di osservazione, sono presentati in tre articoli ad accesso completamente aperto. I risultati completi sono pubblicati il ​​15 settembre 2022 in un numero speciale di The Planetary Science Journal (PSJ).

Tuttavia, il team ritiene che il THAI non solo aprirà la strada a una solida modellazione di mondi lontani potenzialmente abitabili, ma ha anche collegato i nostri sforzi per trovare la vita oltre la Terra con gli studi sul nostro clima che cambia.

Il Dr. Sergeev ha aggiunto:"Il nostro lavoro su TRAPPIST-1e, con una configurazione orbitale molto diversa dalla Terra, ha rivelato diversi miglioramenti, ad esempio, al trattamento del riscaldamento stellare dell'atmosfera, ora implementato nell'UM e applicato alla Terra".

THAI apre la strada a un progetto di intercomparison di modelli più ampio, il Climates Using Interactive Suites of Intercomparisons Nested for Exoplanet Studies (CUISINES) che includerebbe una più ampia diversità di bersagli e modelli di esopianeti per confrontarli sistematicamente e quindi convalidarli. + Esplora ulteriormente

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