Una visione artistica di innumerevoli esopianeti. Alcuni delle migliaia di esopianeti che abbiamo scoperto dovrebbero avere oceani. Credito:NASA/JPL-Caltech
Gli oceani del nostro pianeta generano segni di luce rivelatori quando la luce solare si riflette su di essi. Gli esopianeti con una significativa copertura oceanica potrebbero fare lo stesso. Possiamo usare le firme di riflettanza della Terra per identificare altri mondi simili alla Terra con grandi oceani?
Dovremmo essere in grado di farlo, alla fine.
Un nuovo studio ha esaminato le firme luminose che si riflettono sugli oceani della Terra e ne ha esplorato il flusso e la polarizzazione. I ricercatori hanno modellato due Terre:un pianeta asciutto e un pianeta umido con nuvole e atmosfera simili alla Terra. Quindi hanno simulato il modo in cui la luce si rifletterebbe da quei pianeti in condizioni diverse. Hanno scoperto che solo un oceano può far abbassare la polarizzazione della luce in modi specifici.
Lo studio è intitolato "Segni oceanici nel flusso totale e negli spettri di polarizzazione di esopianeti simili alla Terra". La rivista Astronomia e Astrofisica lo pubblicherà, ma è attualmente disponibile online sul sito di prestampa arxiv.org. Gli autori sono V. J. H. Trees e D. M. Stam. Trees è del Royal Netherlands Meteorological Institute e Stam della Delft University of Technology.
Gli scienziati hanno trovato vapore acqueo su esopianeti, ma viene rilevato spettroscopicamente quando il pianeta è di fronte alla sua stella e la luce stellare attraversa l'atmosfera. Quelle osservazioni hanno rivelato la firma molecolare dell'acqua, ma al momento non c'è modo di sapere se c'è un oceano. "... le effettive osservazioni degli oceani di acqua liquida sono possibili solo utilizzando un rilevamento diretto della luce stellare riflessa dal pianeta", afferma il documento.
Alcune stime scientifiche mostrano che fino a un quarto degli esopianeti conosciuti ha oceani, sebbene gran parte di quell'acqua possa trovarsi negli oceani sotterranei. Nel nostro sistema solare, solo il pianeta Terra ha oceani di superficie. Molteplici lune nel sistema solare hanno oceani sotterranei e probabilmente anche alcuni dei pianeti nani.
Non siamo vicini al rilevamento degli oceani sotterranei sulle eluune, ma con l'avanzare della tecnologia dei telescopi, potremmo essere in grado di rilevare gli oceani su pianeti simili alla Terra. Come scrivono gli autori di questo articolo, "Le simulazioni numeriche della luce stellare riflessa da esopianeti simili alla Terra predicono le firme di abitabilità che possono essere ricercate con futuri telescopi".
I ricercatori hanno calcolato tre cose nelle loro simulazioni numeriche di esopianeti:flusso totale (F), flusso polarizzato (Q) e grado di polarizzazione (Ps). Hanno modellato gli oceani in un modo particolare. "Gli oceani sono costituiti da superfici riflettenti Fresnel con onde increspate dal vento, schiuma e ombre delle onde, sopra l'acqua di mare blu naturale", spiegano. La riflessione di Fresnel è quando la luce riflessa si trova sullo stesso piano della luce incidente. Si chiama anche polarizzazione parallela, dal nome di Augustin-Jean Fresnel. Ha inventato una lente usata nei fari che concentra la luce in un raggio più stretto.
Misurare la polarizzazione della luce proveniente dagli oceani è importante perché non ci si aspetta che la luce delle stelle sia polarizzata. Inoltre, mentre i segnali luminosi si degradano con la distanza, il grado di polarizzazione no. Sfortunatamente, gli astronomi non possono ancora misurare la polarizzazione riflessa dall'oceano. "Gli attuali telescopi terrestri e spaziali non sono in grado di misurare la luce polarizzata riflessa da esopianeti simili alla Terra", spiegano gli autori.
Ma questo cambierà.
Il prossimo European Extremely Large Telescope (E-ELT) e il Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), un concetto di telescopio spaziale sviluppato dalla NASA, saranno entrambi in grado di misurare la luce polarizzata. Modelli numerici come quelli in questo studio verranno utilizzati per progettare gli strumenti e le procedure di osservazione necessarie per rilevare la polarizzazione della luce riflessa dagli esooceani.
Uno dei principali takeaway di questo lavoro riguarda il grado di polarizzazione o Ps. L'immagine sotto confronta la P per i pianeti asciutti senza nuvole rispetto ai pianeti oceanici senza nuvole.
Il principale punto di partenza è che Ps diminuisce solo in determinate circostanze, che possono essere misurate. Come sottolineano gli autori, "I cali in Ps si osservano solo per i pianeti oceanici e solo quando il luccichio è privo di nuvole". Questo è un riepilogo semplificato dei loro risultati, ma mostra che stanno lavorando a qualcosa.
Se, o si spera quando, scopriamo un esopianeta con un oceano, sarà un evento fondamentale. La comunità delle scienze spaziali è abbastanza sicura di essere là fuori e di avere una forte possibilità di sostenere la vita. Quando gli scienziati misurano la densità di un esopianeta rispetto alle sue dimensioni, emergono accenni di eso-oceani. Ma così com'è, non c'è modo di sapere con certezza se stiamo rilevando un oceano di superficie.
Questi ricercatori stanno lavorando da tempo sul problema del rilevamento degli eso-oceani e hanno pubblicato altri articoli che affrontano il problema. Se le loro simulazioni sono corrette, potremmo sviluppare un modo affidabile per rilevare mondi oceanici a grandi distanze. L'E-ELT vedrà la prima luce intorno al 2027 e sarà in grado di rilevare la luce stellare polarizzata riflessa dagli oceani.
Forse avremo il nostro primo esopianeta oceanico confermato non molto tempo dopo. + Esplora ulteriormente
