È possibile trovare oceani su esopianeti lontani?3 min di lettura

Il sogno di tutti gli appassionati di astrofisica è uno solo: scovare nuovi esopianeti simili alla Terra nella speranza che siano abitabili.

Un buon indicatore è sicuramente la presenza di oceani. Vi immaginate se scoprissimo un esopianeta pieno di oceani? Beh, non potremmo fare a meno di notare una certa somiglianza con la Terra, chiaro, oltre al fatto, per ora imprenscindibile, della presenza di acqua liquida in superficie.

Ma la domanda è: come si fa a scoprire se su un esopianeta lontano anni luce ci sono gli oceani?

Per beccare un oceano devi studiare la luce

Partiamo da un aspetto banale: sarebbe bello fare la foto a un esopianeta e capire se è un pallino blu come la Terra.

Dobbiamo però capire che, se tutto va bene (e non è detto), al massimo ci aspettiamo una roba tipo questa nella foto qui sotto.

La Terra vista da Saturno, in uno scatto della (fu) sonda Cassini (Crediti: NASA)

Quella indicata nella freccia qui sopra è la Terra.

Si vede che è blu? Bah, insomma. Ma non importa in realtà. La cosa interessante è che noi sappiamo benissimo che è blu e quindi possiamo fare così: possiamo studiare la luce della Terra da quella distanza e capire quali sono i tratti distintivi che caratterizzano la presenza di oceani visti da lontano.

Infatti la luce di un esopianeta è in realtà la luce che l’esopianeta riflette e diffonde dalla stella attorno a cui orbita. L’eventuale presenza di acqua si può riconoscere subito dall’analisi della luce misurata tramite un telescopio che magari ha a bordo pure uno spettroscopio.

Tre metodi classici

C’è un articolo scientifico del 2012 che fa un riassunto dei metodi che potremmo usare per scovare gli oceani sugli esopianeti lontani, tramite l’analisi della luce che i pianeti riflettono dalla stella attorno a cui orbitano.

Metodo 1: colori cangianti. La luce riflessa e diffusa dagli oceani è meno intensa e forma più colori rispetto alla luce riflessa dai continenti. Se si guarda un esopianeta ruotare per un tempo sufficiente allora queste caratteristiche dovrebbero essere ben visibili.

Metodo 2: polarizzazione. La luce è un’onda elettromagnetica, cioè un insieme di campi elettrici e magnetici che oscillano. Un’onda elettromagnetica polarizzata è un’onda i cui campi elettrici e magnetici oscillano in una particolare direzione precisa (così, per farla semplice). L’acqua degli oceani è in grado di polarizzare di più la luce a differenza dei continenti. C’è da dire che questo effetto potrebbe essere mascherato, in una certa misura, dalla presenza dell’atmosfera dell’esopianeta.

Metodo 3: riflessione speculare. L’acqua degli oceani potrebbe rendere l’esopianeta più brillante a causa della riflessione speculare, cioè il fenomeno per cui la luce è riflessa con lo stesso angolo con cui incide sull’acqua degli oceani. Quindi man mano che l’esopianeta orbita attorno alla sua stella ci possono essere delle variazioni della luminosità dell’esopianeta che indicherebbero la presenza di oceani. Questo metodo può essere in qualche modo ingannevole: la presenza di neve e ghiaccio nelle zone attorno ai poli di un esopianeta potrebbero simulare questo tipo di riflessione della luce. Ciò non vuol dire che questo metodo non si può usare, ma vuol dire che per usarlo bene bisogna sapere interpretare i dati bene (e si può fare, per esempio, studiando che cosa accade con la Terra vista da lontano).

Usiamo la Terra come se fosse un esopianeta

Come vi dicevo, la Terra è un ottimo esempio (anzi, è l’unico che conosciamo!) di pianeta nell’universo con oceani in superficie.

Quindi studiare come la Terra riflette la luce del Sole vista da lontano può essere utilissimo per creare un modello teorico di pianeta con oceani da confrontare poi con altri esopianeti sparsi nella galassia.

Per esempio, la Terra non ha solo gli oceani, ma anche i continenti: come cambia la luce riflessa dalla Terra durante un giorno? La risposta a questa domanda è stata cercata in un articolo scientifico del 2019.

E la risposta è questa.

Ecco come cambia la luce riflessa dalla Terra durante la rotazione del nostro pianeta, a seconda della frequenza della luce (Crediti: Lustig-Yaeger, 2019)

Ma non solo. Immaginate di osservare per un bel po’ di ore la Terra (magari senza nuvole) a circa 15 anni luce di distanza con un telescopio che ha uno specchio principale di 15 metri circa; e immaginiamo di misurare la Terra in diversi periodi dell’anno. Che cosa misureremmo? La risposta è sempre nello stesso articolo scientifico ed è questa qua.

La Terra vista da 15 anni luce di distanza, a frequenze di luce infrarossa, in due diverse posizioni mentre orbita attorno al Sole. Notate le barre d’errore come sono diverse nei due casi (Crediti: Lustig-Yaeger, 2019)

Con questi modelli in mano abbiamo la possibilità di iniziare la ricerca degli oceani su esopianeti lontani in modo molto concreto.

Il futuro è quindi azzurro?

Ma i telescopi che abbiamo a disposizione sono in grado di misurare queste variazioni in un esopianeta lontano?

Protagonisti dei prossimi anni saranno molti telescopi spaziali NASA: c’è il James Webb Space Telescope (JWST) quasi in rampa di lancio, e poi se tutto va bene anche i telescopi spaziali LUVOIR, Origins Space Telescope e HabEx. Ce la faranno questi telescopi a scovare gli oceani? Beh, James Webb, Origins, HabEx hanno tutti specchi sotto i 6 metri; però LUVOIR, dovrebbe avere proprio uno specchio con 15 metri di diametro e quindi possiamo aspettarci probabilmente grandi cose.

Capire come studiare l’eventuale presenza di oceani su esopianeti è quindi fondamentale per programmare al meglio le future missioni scientifiche spaziali. Certo, la presenza di nuvole su un esopianeta potrebbe complicare i modelli, ma una cosa è sicura: scovare un esopianeta con oceani sarebbe il vero grande salto di qualità verso la ricerca di nuovi mondi abitabili.

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