I complessi modi in cui vapore acqueo, cristalli di ghiaccio e altri aerosol si combinano nell’atmosfera terrestre possono alterare drasticamente la luminosità complessiva del pianeta, creando una firma unica che può essere rilevata dallo spazio. Conosciuto come l’impronta digitale delle emissioni planetarie, questo segnale potrebbe non solo aiutare gli scienziati del clima a osservare meglio gli effetti del riscaldamento globale, ma un giorno potrebbe anche essere utilizzato per valutare l’abitabilità di esopianeti distanti. Comprenderne le caratteristiche è tuttavia impegnativo, perché le emissioni planetarie sono determinate non solo dalla quantità totale di vapore acqueo, aerosol e ghiaccio presenti nella scena – noti collettivamente come umidità relativa – ma anche dalla struttura verticale dell’atmosfera, che fino ad ora è stato difficile da misurare.

Ora, un team guidato da ricercatori dell’Università di Leicester nel Regno Unito e che ha coinvolto partecipanti del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) ha identificato un modo per dedurre i dettagli della composizione verticale dell’atmosfera terrestre da osservazioni passive. Il loro metodo prevede l’esecuzione di misurazioni da più lunghezze d’onda e combina osservazioni da terra con dati provenienti dai satelliti della NASA, come l’Atmospheric Infrared Sounder (AIRS). Il team, compreso lo scienziato atmosferico di Brookhaven Hang Sun, riporta i loro risultati sulla rivista Geophysical Research Letters.

"È risaputo che le nuvole e gli aerosol hanno un impatto sulla luminosità e temperatura dell'atmosfera. Ma per comprendere il clima, sia quello attuale che quello sugli esopianeti, dobbiamo anche comprendere la distribuzione verticale degli aerosol e del vapore acqueo", ha affermato Stephen. English della Scuola di Fisica e Astronomia dell'Università di Leicester, autore principale dello studio. "Fino ad ora, abbiamo avuto solo una manciata di istantanee provenienti da sensori attivi a bordo dei satelliti in grado di fornire tali informazioni. Le misurazioni passive coprono l'intero globo in modo molto più dettagliato, ma perdono la struttura verticale."

Questo team ha trovato una soluzione intelligente che si basa sul precedente lavoro teorico condotto dal coautore Paul O. Wennberg, anche lui dell’Università di Leicester. Quando le condizioni atmosferiche sono giuste – calde e umide, ma con una superficie fredda – la radiazione infrarossa emessa dalla superficie del pianeta viene quasi completamente assorbita dagli strati bassi dell'atmosfera. Quando la radiazione aumenta, gran parte di essa viene rilasciata e una parte raggiunge lo spazio. La radiazione rimanente è la parte che gli strumenti posizionati sui satelliti rilevano passivamente e la sua firma spettrale può essere leggermente alterata dalla struttura verticale dell’atmosfera.

"Queste condizioni molto calde e umide si verificano nelle regioni tropicali dove c'è molta convezione profonda", ha detto Sun. "Questi pennacchi di convezione sono altamente efficienti nell'umidificare e raffreddare l'alta troposfera, e questo cambia la struttura verticale dell'atmosfera."

Il team ha utilizzato due lunghezze d'onda, una altamente sensibile al vapore acqueo, l'altra all'impatto combinato di vapore acqueo e aerosol, per identificare le condizioni in cui potevano osservare meglio la struttura verticale dell'atmosfera terrestre dallo spazio. Hanno scoperto che le regioni dominate dalla convezione profonda possono essere usate come “finestre” per sondare i tratti più alti dell’atmosfera. Allo stesso tempo possono anche fornire informazioni sulla parte inferiore dell’atmosfera, aiutando a distinguere tra vapore acqueo, nuvole e aerosol.

"Con questo metodo, possiamo recuperare profili verticali sia nella troposfera superiore/stratosfera inferiore che nella troposfera inferiore per condizioni specifiche", ha affermato Sun. "Questa può essere un'informazione preziosa per i modelli del clima e del sistema terrestre."

Il team spera che il loro metodo possa essere applicato alle osservazioni effettuate dai satelliti attuali e futuri in orbita polare per dedurre la struttura verticale dell'atmosfera terrestre in condizioni calde e umide in tutto il mondo. Poiché la tecnologia continua a migliorare, questo metodo potrebbe essere applicato per rilevare potenziali segni di abitabilità su esopianeti distanti.