I ricercatori si stanno preparando a studiare le atmosfere dei pianeti extrasolari delle dimensioni della Terra, concentrandosi sul distinguere quelli simili alla Terra da quelli che assomigliano a Venere, che ha un’atmosfera spessa e ricca di biossido di carbonio. Un team ha simulato l’osservazione di Venere come un esopianeta e ha applicato con successo le tecniche pianificate per i futuri grandi telescopi, indicando il potenziale per caratterizzare accuratamente le atmosfere dei pianeti distanti.
Ricerca sulle Atmosfere degli Esopianeti
Nella prossima decade, gli scienziati inizieranno a studiare le atmosfere dei pianeti delle dimensioni della Terra e di Venere che orbitano intorno alle stelle vicine. Nonostante le loro dimensioni e densità simili, che li hanno guadagnati il soprannome di “gemelli”, la Terra e Venere hanno atmosfere molto diverse. Se osservati da anni luce di distanza, potrebbero gli scienziati distinguerli? Per esplorare questa domanda, un team dell’Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) ha simulato Venere come se fosse un esopianeta distante. Hanno indagato su che tipo di dati atmosferici potrebbero essere raccolti utilizzando le tecniche attuali. Pubblicati sulla rivista Atmosphere, i loro risultati mostrano che i metodi utilizzati per studiare i grandi esopianeti caldi possono essere adattati anche per mondi molto più piccoli. Questa scoperta avvicina i ricercatori all’identificazione di indicatori chiave che differenziano le atmosfere temperate ricche di azoto come quella della Terra dalle atmosfere estreme ricche di biossido di carbonio trovate su pianeti come Venere.
Sfide e Tecniche nello Studio delle Atmosfere degli Esopianeti
Le tecniche attualmente utilizzate per studiare l’atmosfera degli esopianeti sono efficaci per i giganti planetari vicini alla loro stella, quindi con un’atmosfera calda. Tuttavia, è difficile studiare l’atmosfera di corpi così piccoli come la Terra o Venere, dice il primo autore Alexandre Branco, uno studente di laurea magistrale presso l’IA e la Facoltà di Scienze dell’Università di Lisbona (Ciências ULisboa). I bersagli più promettenti sono spesso immersi in un regime di radiazione stellare molto simile a quello di Venere, quindi gli “ExoVenere” sono i più probabili ad avere la loro atmosfera caratterizzata per primi. Il nostro lavoro aveva lo scopo di guardare Venere come se stessimo guardando un esopianeta. Con decenni di altri studi su Venere, i ricercatori sono stati in grado di convalidare le loro conclusioni. Inoltre, mostrano che le atmosfere dei corpi del Sistema Solare possono essere esaminate utilizzando le stesse tecniche per atmosfere distanti, per rilevare nei nostri vicini chimici di concentrazioni molto basse, difficili da trovare con altri mezzi.
Osservare e Comprendere le Firme Atmosferiche di Venere
Per osservare Venere come un esopianeta, il team ha analizzato un insieme molto raro di dati, raccolti il 5 e 6 giugno 2012, l’ultima volta in questo secolo in cui Venere ha attraversato il disco del nostro Sole, molto simile al modo in cui le atmosfere degli esopianeti vengono esaminate quando passano davanti alla loro stella ospite dal nostro punto di vista sulla Terra. Impressionano la loro presenza sulla luce della stella mentre passa per il suo cammino verso la Terra. Tra le tracce ci sono segnali lasciati dalle molecole nella loro atmosfera che dicono agli astrofisici di cosa è fatta.
Questo è più difficile quanto più piccolo è il pianeta, ma nuovi strumenti astronomici sono previsti per iniziare le operazioni negli anni ’30, e gli esopianeti delle dimensioni della Terra e di Venere saranno alla loro portata. Pertanto, le tecniche già utilizzate con successo sui grandi esopianeti caldi devono essere testate e calibrate per questi casi più impegnativi, dove i segnali rilevanti sono probabilmente troppo piccoli e nascosti nel rumore.
Applicando quelle tecniche ai dati del transito di Venere davanti al Sole, i ricercatori hanno convalidato il loro futuro utilizzo con strutture potenti come il Telescopio Estremamente Grande (ELT) dell’ESO e la missione spaziale Ariel dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), progetti in cui il Portogallo e l’IA sono coinvolti. Tuttavia, per discriminare tra mondi come la Terra e quelli come Venere, è necessario fare di più. Visto da lontano, Venere potrebbe essere scambiato per un pianeta simile al nostro.
La Prima Terra Distanza Sarà In Realtà Un’Infernale Venere?
A causa della sua concentrazione di biossido di carbonio, l’atmosfera di Venere è soggetta a un estremo effetto serra che fa fondere il piombo sulla superficie del pianeta, e la pressione raggiunge quella all’interno delle bottiglie per i subacquei. In realtà, è probabile che un’atmosfera simile a quella di Venere sia la prima ad essere caratterizzata in un esopianeta delle dimensioni della Terra. Le alte temperature intrinseche ai pianeti rocciosi con un’atmosfera ricca di biossido di carbonio, e quindi soggetti a un intenso effetto serra, portano a un ambiente chimicamente attivo, con molte transizioni chimiche. Questo rende questo tipo di atmosfera facile da rilevare, dice Pedro Machado, dell’IA e di Ciências ULisboa, e secondo autore di questo studio.
Il co-autore Olivier Demangeon, dell’IA e della Facoltà di Scienze dell’Università di Porto (FCUP), aggiunge: L’atmosfera di Venere è circa 90 volte più densa di quella terrestre ed è anche significativamente più calda. Tanto che, nonostante sia più densa, l’atmosfera di Venere è più grande. Più grande e più densa implicano entrambi una forte firma nelle nostre osservazioni. Abbiamo rilevato alcune deboli firme di biossido di carbonio nei dati di Venere che non sono attese nelle atmosfere simili alla Terra. Tuttavia, non è ancora il modo più efficiente per differenziare tra i due pianeti.
Tecniche Osservative Avanzate per gli Studi del Sistema Solare
Nel 2012, Pedro Machado e il suo team hanno partecipato alle osservazioni coordinate di Venere per la campagna internazionale quando il pianeta ha attraversato il disco solare a giugno. Hanno anche analizzato i dati spettroscopici raccolti presso il Dunn Solar Telescope (National Solar Observatory, New Mexico, USA) utilizzando il Facility Infrared Spectropolarimeter (FIRS). I dati si riferiscono alla luce del Sole rifratta dall’atmosfera superiore di Venere durante i momenti in cui il bordo del pianeta ha toccato e, alla fine, rilasciato il disco solare. Ci siamo adattati a un corpo del Sistema Solare le sofisticate tecniche utilizzate per studiare l’atmosfera di mondi incredibilmente più lontani, dice Pedro Machado, e abbiamo dimostrato che possono anche essere utilizzate per rilevare componenti chimici minori nelle atmosfere del nostro Sistema Solare. Stiamo preparando osservazioni che beneficeranno di questa tecnica per esaminare le atmosfere di Giove e Saturno quando una stella luminosa passa dietro di loro visto dai nostri telescopi sulla Terra. Le missioni orbitali attorno a Venere o Marte hanno anche osservato il Sole attraverso le loro atmosfere. Abbiamo persino rilevato le chiare firme degli isotopi di carbonio e ossigeno nelle molecole di biossido di carbonio e monossido di carbonio, aggiunge Machado. La quantità di certi isotopi cambia nel tempo e viene utilizzata per valutare gli ambienti atmosferici passati di temperatura e pressione e i loro tempi. Stimare le quantità relative degli isotopi ci consente di estrarre conclusioni sulla storia di come Venere si è evoluta, dice Alexandre Branco. Machado aggiunge: Questo è qualcosa a cui questo lavoro contribuisce molto chiaramente, ed è anche uno degli obiettivi della prossima missione dell’ESA su Venere, EnVision, in cui il Portogallo e l’IA collaborano: studiare l’evoluzione passata di Venere. Lo spettrografo ANDES, per l’ELT dell’ESO, e la missione spaziale Ariel dell’ESA, entrambi con contributi dell’IA sulla scienza e sulla tecnologia, sono due strutture che potenzieranno la ricerca su altri mondi e beneficeranno degli studi in linea con il lavoro di questo team. Ariel consentirà lo studio dell’atmosfera di circa 1000 esopianeti già conosciuti, e per farlo utilizzerà le stesse tecniche di osservazione e analisi che questo team ha applicato in questo lavoro. Pedro Machado è membro del consiglio del consorzio di Ariel e coordinatore del gruppo di lavoro di Ariel che collega lo studio delle atmosfere degli esopianeti con quello del Sistema Solare.
Riferimento: Transmission Spectroscopy Along the Transit of Venus: A Proxy for Exoplanets Atmospheric Characterization di Alexandre Branco, Pedro Machado, Olivier Demangeon, Tomás Azevedo Silva, Sarah A. Jaeggli, Thomas Widemann e Paolo Tanga, 27 novembre 2024, Atmosphere. DOI: 10.3390/atmos15121431
