STUDIARE L'ATMOSFERA DI ALTRE TERRE

Si stanno compiendo passi avanti nello studio delle atmosfere che circondano gli esopianeti rocciosi, in particolare quelle appartenenti alle superterre. Si tratta di pianeti di tipo terrestre, dunque rocciosi, di dimensioni maggiori di quelle della nostra Terra. 

Gli sforzi degli astronomi si concentrano sempre più sulla caratterizzazione di questa tipologia di pianeti e delle relative atmosfere in quanto si ritiene che siano i luoghi più promettenti per la ricerca della vita e delle tracce della sua presenza o attività.

La presenza di concentrazioni anomale di gas prodotti esclusivamente o strettamente collegati all'attività biologica può costituire un solido indizio circa la presenza di forme di vita su un determinato pianeta.

Questa volta l'attenzione si è rivolta ad una superterra in orbita attorno alla stella GJ 1132: si tratta in assoluto del pianeta più piccolo attorno a cui è stato possibile osservare e studiare l'atmosfera.

Per lo studio è stato utilizzato il telescopio da 2.2 metri dell'ESO/MPG situato in Cile. Per lo studio delle atmosfere ci si affida al buon vecchio metodo del transito: si attende che il pianeta transiti di fronte alla sua stella e, se possiede un'atmosfera, parte della luce stellare filtrerà attraverso l'involucro gassoso venendo selettivamente assorbita e rivelandoci dunque la sua composizione chimica.

Abbiamo accennato all'importanza dello studio se consideriamo le dimensioni del pianeta GJ 1132b: si tratta di una superterra ma avendo una massa ed un raggio rispettivamente pari a 1.6 e 1.4 volte quella terrestre...non è poi così super!

Insomma, questo studio certifica ufficialmente la nostra capacità di studiare atmosfere di pianeti rocciosi di piccole dimensioni, frutto del nuovo livello di sensibilità raggiunto dalla strumentazione disponibile e dai metodi di analisi dei dati.

GJ 1132b orbita in appena 1.6 giorni attorno ad una nana rossa distante circa 39 anni luce dal Sole, in direzione della costellazione della Vela. E' stato osservato simultaneamente a differenti lunghezze d'onda in 7 diverse bande dello spettro elettromagnetico. Dalle osservazioni è risultata una dimensione maggiore del pianeta ad una particolare lunghezza d'onda posta nell'infrarosso, rivelando la presenza di un'atmosfera opaca a questa particolare lunghezza d'onda. 

Utilizzando poi i dati raccolti in un modello che simuli al meglio quanto osservato, gli astronomi sono giunti ad un'atmosfera ricca di vapore acqueo e metano.

Ma, come spesso capita, la mancanza di alcuni dati al momento impedisce di saperne di più e di comparare la Terra con GJ 1132b: potrebbe essere un pianeta oceano o una terra con una calda atmosfera di vapore acqueo...
Il pianeta intanto riceve dalla sua stella 19 volte più radiazione rispetto alla Terra e la temperatura negli strati alti della sua atmosfera si stima attorno ai 260°C; la prossimità al suo sole fa ipotizzare che sia anche bloccato marealmente, rivolgendo sempre lo stesso emisfero alla stella e dunque creando complessi meccanismi climatici di trasporto del calore e di circolazione dei venti.

Se ne occuperà sicuramente a breve Hubble e nel prossimo futuro la nuova potente generazione di telescopi terrestri e spaziali. Per ora è stato fatto un altro importantissimo passo avanti.

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55 CNC e: UNA SUPER-TERRA ESTREMAMENTE ATTIVA E VARIABILE.

In questo articolo parleremo di una scoperta destinata a fare la storia dell'esplorazione e della caratterizzazione dei pianeti extrasolari.

L'oggetto di questa scoperta è il più interno tra i 5 pianeti in orbita attorno alla stella 55 Cancri A.

scoperto nel 2004 e denominato 55 Cancri e, il pianeta è studiato ininterrottamente da allora e risulta essere una vera e propria miniera di informazioni sui pianeti rocciosi sottoposti a condizioni estreme. 

Il pianeta, distante 40,9 anni luce dal Sole, rientra nella categoria delle SuperTerre ed è stato già detentore di un importantissimo record: l'8 maggio 2012 la NASA ha annunciato per la prima volta la rilevazione diretta della luce emessa da un pianeta extrasolare, proprio da parte di 55 Cnc e.
L'analisi di quella luce ha svelato un mondo dalle condizioni a dir poco proibitive ed estreme. 

A causa dell'estrema vicinanza del pianeta, il cui anno dura solo 18 ore terrestri, alla sua stella gli effetti mareali generano una situazione simile a quella che intercorre tra Terra e Luna, obbligando la stella ed il pianeta a guardarsi sempre con il medesimo emisfero. 55 Cnc e è talmente vicino alla sua stella che un anno dura solo 18 ore terrestri e la temperatura superficiale media di 2000°C arroventa l'emisfero perennemente esposto alla luce solare. 

L'analisi della quantità di radiazione infrarossa emessa dal pianeta ha mostrato un pianeta estremamente scuro e l'analisi spettrale ha confermato l'abbondanza di metalli sul pianeta.

Con una massa peri a 8 volte quella terrestre racchiusa in due volte e mezza la dimensione del nostro pianeta, l'ipotesi che si tratti di un pianeta nettuniano gassoso è stata accantonata a causa dell'eccessiva densità.

Nel 2012 il pianeta tornò alla ribalta grazie ad un nuovo modello che lo descriveva come un possibile "pianeta carbonio" (pianeta ricchissimo di carbonio e composti carboniosi) che, a causa delle condizioni estreme, si sarebbe trasformato in un pianeta composto principalmente da grafite in superficie e diamante dall'interno. Tale modello spiegava una serie di evidenze spettroscopiche tra cui la bassissima emissione di radiazione infrarossa.

Questo è ciò che si sapeva del pianeta fino a ieri. Oggi un nuovo tassello si aggiunge al mosaico e potrebbe addirittura ridisegnare buona parte di ciò che si credeva di conoscere su questo stranissimo mondo.
Per due anni un gruppo di astronomi dell'Università di Cambridge ha osservato in dettaglio l'atmosfera del pianeta, prestando particolare attenzione alla sua temperatura. Il telescopio Spitzer ha effettuato le misurazioni notando una variazione del segnale pari al 300% nell'arco del periodo osservativo... una vera rivoluzione planetaria in corso. Tra il 2011 ed il 2013 la temperatura planetaria media è passata da 1000 a 2700°C .

Si tratta della prima misura in assoluto della variazione di un'atmosfera extrasolare e la cosa risulta ancora più sbalorditiva se si pensa che è stata fatta su un pianeta roccioso di piccola taglia e non su un gigante gassoso.
L'ipotesi che attualmente va per la maggiore è quella che vedrebbe un'intensa attività vulcanica globale come responsabile della variazione termica dell'intera atmosfera per ben 3 volte in due anni di rilevazioni. Un'attività che farebbe impallidire quella sulla luna gioviana Io ( il corpo geologicamente più attivo del sistema solare con i suoi 400 vulcani perennemente attivi) e che sarebbe portata avanti da immensi pennacchi e vulcani sparsi per tutto il pianeta.

Dopo questa scoperta 55 Cancri e, grazie alla sua vicinanza e alla mole di dati disponibili, sarà inserito nella lista dei pianeti extrasolari da osservare in dettaglio con gli strumenti di nuova generazione.

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WASP-43b: IL PRIMO STUDIO APPROFONDITO SU UN'ATMOSFERA ALIENA.

Ciò di cui parliamo oggi rappresenta sicuramente un grosso passo avanti nello studio e nella comprensione della struttura e delle caratteristiche dei pianeti extrasolari.
Abbiamo accennato spesso alla difficoltà estrema nel caratterizzare le atmosfere di questi mondi lontani: bisogna infatti catturare la debolissima luce che filtra attraverso la sottile atmosfera di un pianeta in transito di fronte alla sua stella... il tutto a decine o centinaia di anni luce da noi osservatori.
A questo si deve sommare un'analisi spettroscopica di quella debole luce che ci permette di comprendere la composizione e la struttura dell'atmosfera in esame.

Lo studio sul pianeta WASP-43b si è occupato proprio di questo ed ha collezionato risultati senza precedenti.
WASP-43b è un esopianeta distante 260 anni luce nella costellazione del Sestante che, al di là della sua atmosfera, presenta anche altre caratteristiche degne di nota. E' grande come il nostro Giove ( anche se possiede il doppio della sua massa), ma orbita 40 volte più vicino alla sua stella di quanto non faccia Mercurio rispetto al Sole. Proprio questo aspetto lo rende l'esopianeta con l'anno più corto, appena 19 ore!
Appartiene quindi alla categoria dei Gioviani Caldi e, come tutti gli esopianeti prossimi al loro astro, mostra sempre lo stesso emisfero alla sua stella. Quest'ultima caratteristica ha una grossa influenza sul clima del pianeta che presenta un'emisfero perennemente bollente ed uno perennemente glaciale.

Lo studio in questione ha messo in luce che la temperatura dell'atmosfera di WASP-43b decresce lentamente con l'aumentare dell'altitudine ed i due emisferi possiedono temperature marcatamente differenti. I due dati permettono di concludere che sul pianeta non ci sono meccanismi efficienti di rimescolamento delle masse d'aria e quindi della temperatura, che passa dai 1700°C diurni ai 500°C notturni. Questo risultato è stato possibile grazie alla camera WFC3 a bordo di Hubble, che ancora una volta, dopo 22 anni, dimostra il suo incommensurabile valore.
Altro dato interessantissimo è stato il rilevamento di vapore acqueo nell'atmosfera planetaria e la sua distribuzione. Il pianeta è così caldo che tutta l'acqua è in forma di vapore e non condensa in nubi ghiacciate come sul nostro Giove.
La mappatura termica dell'atmosfera di WASP-43b è stata possibile grazie al monitoraggio continuo del pianeta nell'arco di ben 3 anni... ovvero 4 giorni terrestri!

GJ 3470b : UNA SUPER-TERRA SOLEGGIATA E CON TANTA ATMOSFERA

Un team di astronomi giapponesi ha rilevato e studiato l'atmosfera del pianeta GJ 3470b, scoperto col metodo del transito nel 2012, usando due telescopi dell'OAO (Okayama Astronomical Observatory).
 La chiave di questa nuova ed importantissima scoperta sta proprio nel transito osservato in 4 colori, dal visibile al vicino infrarosso.
Gli astronomi sono riusciti a calcolare il raggio del pianeta nei rispettivi 4 colori, scoprendo che nell'infrarosso ( alla lunghezza d'onda di 1.3 micron) era il 6% più piccolo di quello che il pianeta mostrava in luce visibile.

Quasi sicuramente la differenza tra il raggio rilevato nel visibile e quello rilevato nell'infrarosso è causata dalla presenza di un'atmosfera molto spessa: quando infatti la luce della stella attraversa l'atmosfera del pianeta in transito viene in parte assorbita ed in parte diffusa mostrando una marcata differenza se osservata in diverse lunghezze d'onda (differenza generata dai componenti chimici dell'atmosfera).
Ciò che ha reso possibile il difficilissimo compito della stima del raggio del pianeta è la fortunata combinazione di due fattori fondamentali: la piccola taglia della stella ( circa metà della massa e delle dimensioni del Sole) e le grandi dimensioni del pianeta. Con questa configurazione il calo di luce derivante dal transito è marcato e dunque facilmente rilevabile e misurabile.

Il raggio planetario calcolato nell'infrarosso è stato stimato in 4.3 raggi terrestri; il dato del raggio unito alla stima della massa mostra che il pianeta deve possedere una gran quantità di atmosfera.
Supponendo che sia composta da idrogeno ed elio è stato calcolato che l'atmosfera del pianeta costituirebbe dal 5 al 20% dell'intera massa di GJ3470b, moltissimo se consideriamo che l'atmosfera terrestre costituisce solo lo 0.0001% in massa del nostro pianeta.
Si può anche affermare con certezza che l'atmosfera di questo pianeta risulta priva di grandi sistemi nuvolosi: ciò è stato evidenziato dalle differenti misure del raggio in base al colore con cui si osservava il pianeta. Se le nuvole avessero ricoperto il pianeta non ci sarebbero state differenze dipendenti dal colore con cui le si osservava.

Il team di astronomi autore della scoperta ha utilizzato un telescopio da 188 cm per condurre questi studi e intende indagare più a fondo utilizzando telescopi con aperture più grandi, come il telescopio Subaru o altri.
E' interessante notare come questa scoperta sia stata fatta su un pianeta che orbita assai vicino alla sua stella, 1/28 della distanza Terra-Sole, in  soli 3.3 giorni terrestri. Lo studio della composizione atmosferica di questo pianeta è molto promettente grazie alla mancanza dell'interferenza causata dalla presenza di spesse nubi nella sua atmosfera.
Lo studio della chimica di questo pianeta e della sua atmosfera potrebbe dare anche importantissime risposte nell'ambito degli studi sulla migrazione planetaria all'interno dei sistemi.
Se scoprissimo metano o acqua sarebbe la possibile prova di un'origine più lontana del pianeta dalla sua stella (dove metano e acqua sono più abbondanti e possono ghiacciare), su un'orbita più ampia decaduta in seguito, provando una migrazione del pianeta verso l'interno del sistema. Al contrario, l'eventuale assenza di queste sostanze sarebbe una possibile prova della sua formazione nelle immediate vicinanze della stella, alimentando ancora una volta il dibattito sulla dinamica delle migrazioni dei pianeti.