Rappresentazione artistica di un Hot Jupiter con una spessa atmosfera, ben visibile in controluce. Crediti: Credit: Nasa, Esa e G. Bacon (Stsci)
L’atmosfera del nostro pianeta ha ricoperto e ricopre un ruolo fondamentale per lo sviluppo e il sostentamento della vita. Basti pensare al recente e acceso dibattito sugli effetti di un aumento della CO2 sul clima della Terra. Ma quanto possiamo dire sugli altri pianeti del Sistema solare o su altri pianeti che orbitano stelle diverse dal nostro Sole? Il nostro Sistema solare mostra già delle variazioni sostanziali al suo interno. I pianeti rocciosi si differenziano tantissimo, dall’atmosfera quasi inesistente di Mercurio sino a Venere, il quale ha sollevato parecchi interrogativi e speranze in passato riguardo la propria abitabilità, fino a quando si scoprì che con le sue quasi 100 atmosfere, i suoi 450 gradi abbondanti di temperatura in superficie e la sua composizione dominata dalla CO2 (da cui un fortissimo effetto serra) non ci potevano essere molte speranze. Inoltre, la rivelazione di uno strato di nuvole spesso più di 20 km a base di acido solforico rende ancora più peculiare ed esotico l’ormai ex-pianeta gemello della Terra. Negli ultimi anni, il piccolo Marte ha sicuramente rubato la scena in termini di somiglianza con la Terra, mostrando prove dell’esistenza di acqua liquida sulla superficie in passato, quando la sua atmosfera era probabilmente più spessa e più calda di quanto non sia oggi.
I pianeti giganti mostrano caratteristiche forse più prevedibili, reminescenti, a differenza dei pianeti rocciosi, della loro formazione e acquisizione di un’atmosfera primordiale. Giove e Saturno hanno atmosfere dominate da idrogeno molecolare ed elio nelle quali, sopratutto nel primo, sono evidenti gli effetti di enormi spostamenti di masse di gas a causa di tempeste di spettacolare bellezza e potenza. Urano e Nettuno si differenziano avendo, in aggiunta, nelle loro atmosfere abbondanti quantità di acqua, ammoniaca e metano ghiacciato.
L’atmosfera di un pianeta non è solo la fotografia odierna delle sue caratteristiche ma rappresenta anche un’impronta della sua formazione e della sua evoluzione. Il suo studio permette di inserire il pianeta stesso in un contesto più ampio, che abbracci l’insieme delle sue fasi evolutive anche ponendolo a confronto con pianeti simili.
Studi in corso e domande aperte
La caratterizzazione delle atmosfere planetarie ha assunto un ruolo sempre più contemporaneo grazie ai risultati delle ricerche sui dischi protoplanetari – le regioni circumstellari in cui i pianeti si formano ed evolvono sino a diventare sistemi planetari – e sugli esopianeti. Proprio in questi anni il nostro Sistema solare ha infatti la possibilità di essere analizzato all’interno di un contesto sempre più allargato, che servirà a farci capire quanto sia speciale nelle sue caratteristiche e quanto queste possano essere (o non) facilmente reperibili altrove.
È recentissima la prima osservazione di un’atmosfera in un esopianeta di dimensioni terrestri (GJ 1132 b). Sebbene questo risultato non rappresenti di per sé una sorpresa, testimonia che lo studio delle atmosfere planetarie sta facendo passi da gigante, e che siamo ora quasi in grado di vederle su molti degli esopianeti osservati. Sono infatti già tante le osservazioni sulle atmosfere degli Hot Jupiters che spesso accomunano le caratteristiche di questi ultimi al nostro Giove (presenza di acqua e altri elementi in comune), anche se si tratta di oggetti immersi in condizioni differenti, visto che orbitano la loro stella a frazioni di unità astronomiche (un’unità astronomica, o Ua, è la distanza Terra-Sole). Una classe di esopianeti che non ha analoghi nel nostro Sistema solare è quella delle Super Terre, pianeti con massa compresa tra 1 e 10 masse terrestri, anch’essi difficili da osservare, ma in qualche caso non avari di sorprese: la super terra GJ 1214b, per esempio, mostra un’atmosfera che attualmente sembra essere composta interamente d’acqua.
Dominata dall’anidride carbonica (95 percento),
l’atmosfera di Venere in superficie è pari a ben 92 bar.
I dettagli dell’atmosfera gioviana – per esempio: quanta acqua c’è sotto lo strato visibile di nubi? – sono ancora sotto esame, come peraltro è di fondamentale importanza cercare di capire se l’atmosfera marziana era davvero diversa milioni di anni fa, quando magari le condizioni generali erano più miti e fiumi d’acqua scorrevano sulla sua superficie. Come accennato prima, la risposta a queste domande passa certamente per lo studio in loco dei pianeti (vedi ad esempio la missione Juno su Giove), ma non può non passare anche attraverso lo studio delle atmosfere esoplanetarie.
Nei prossimi anni ci attendiamo numerose osservazioni atmosferiche nell’infrarosso dal James Webb Space Telescope, il quale completerà le osservazioni verso Hot Jupiters e super terre, ma che potrebbe riservarci delle sorprese riuscendo a osservare le atmosfere di pianeti terrestri, o poco più grandi, attorno a stelle fredde. Magari permettendo un attesissimo confronto diretto tra il nostro pianeta e i suoi eso-analoghi alla ricerca di testimonianze di vita tramite l’osservazione del ricercatissimo ozono.
Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica
L’Inaf è molto attivo nel campo delle atmosfere esoplanetarie, sia dal punto di vista modellistico che osservativo. In particolare, in quest’ultimo settore risulta forte l’impegno all’interno della missione Ariel (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey) dell’Esa, un telescopio spaziale in attesa di conferma finale che potrebbe essere lanciato nel 2025.
L’autore: Giambattista Aresu è ricercatore Inaf all’Osservatorio astronomico di Cagliari
Su Media Inaf potrai trovare, mano a mano che verranno pubblicate, tutte le schede della rubrica dedicata a Voci e domande dell’astrofisica, scritte dalle ricercatrici e dai ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica