LE ATMOSFERE DELLE SUPER-TERRE

Se il pianeta evapora

Attraverso due simulazioni del riscaldamento di esopianeti, le cosiddette super-Terre, i ricercatori cercano di comprendere meglio la formazione delle atmosfere di questi oggetti celesti per fare ipotesi sulla composizione delle loro rocce.

CoRoT-7b, una super-Terra, in una rappresentazione artistica (Credit: A. Leger et al./Icarus)

I romanzi fantascientifici raccontano spesso di personaggi malvagi e alieni ostili che minacciano la Terra con l’intento di vaporizzarla. Ora gli scienziati hanno provato a simulare cosa avverrebbe se ciò accadesse davvero, per capire meglio la composizione delle atmosfere di altri pianeti. L’equipe di studiosi, guidata da Bruce Fegley, professore di scienze della Terra e planetarie presso la Washington University di St. Louis, ha deciso di simulare questo evento attraverso l’ausilio del computer. Con dei modelli di Terra caldissimi, il team sta cercando di capire quello che gli astronomi dovrebbero vedere quando guardano le atmosfere delle super-Terre. Posti al di fuori del sistema solare, questi pianeti sono più massicci della Terra ma meno di Nettuno e sono prevalentemente composte da roccia invece di gas. La maggior parte di questi oggetti celesti orbita vicino alle loro stelle, all’interno della distanza di fusione della roccia. Questo fa sì che questi esopianeti, molto simili alla Terra, abbiano atmosfere composte per lo più da vapore ed anidride carbonica, con piccole quantità di altri gas che potrebbero essere utili per distinguere una composizione di un pianeta da un’altra.

Le tecniche di ricerca di esopianeti permettono agli astronomi non solo di trovare pianeti extrasolari ma anche di misurare la loro densità media, attraverso la quale capire la composizione chimica; ma nel caso dei pianeti rocciosi spesso i vari materiali rocciosi possono sommarsi in diversi modi pur mantenendo la stessa densità media.

Gli astronomi possono determinare la composizione dell’atmosfera di un pianeta partendo dal suo transito intorno alla stella, osservando la luce filtrata dall’atmosfera del pianeta. Studiando la composizione dell’atmosfera possono, in seguito, fare ipotesi sui materiali che compongono l’oggetto stesso: “In questo momento” ha dichiarato Fegley “ci sono otto pianeti extrasolari transitanti di cui gli astronomi hanno fatto misurazioni atmosferiche, e molti altri saranno probabilmente scoperti in futuro”.

Il team di ricercatori ha effettuato calcoli su due tipi di pseudo-Terre, simulando come i loro materiali rocciosi evaporerebbero avvicinandosi sempre più alla propria stella. Una dalla composizione simile a quella della crosta continentale terrestre e l’altra, denominata BSE (bulk silicate Earth), con una composizione simile a quella della Terra prima della formazione della crosta continentale.

Fegley evidenzia come la differenza tra i due modelli sia l’acqua. Il primo ne comprende molta di più, quindi è più simile alla Terra, la cui crosta è dominata dal granito, che richiede appunto acqua per formarsi.

Le due simulazioni di super-Terre hanno temperature superficiali che variano da circa 270 a 1700 gradi Celsius. La Terra, invece, ha una temperatura media di superficie pari a circa 15 gradi C.

Usando i calcoli di equilibrio termodinamico, il team ha studiato quali elementi e composti evaporerebbero a quelle temperature: “La pressione del vapore della roccia liquida aumenta man mano che viene riscaldata, così come la pressione del vapore acqueo aumenta quando si mette a bollire l’acqua in una pentola”, spiega Flegey. “Alla fine tutti i componenti della roccia finiscono nell’atmosfera”.

I ricercatori hanno dimostrato che le atmosfere di entrambe le Terre-modello sarebbero dominate, a temperature elevate, dal vapore (dalla vaporizzazione dell’acqua e dei sali idrati) e dall’anidride carbonica (dalla vaporizzazione delle rocce carbonati).

La differenza principale tra i modelli è che l’atmosfera della BSE contiene più gas come metano e ammoniaca, capaci di ossidarsi in presenza di ossigeno. In entrambe le simulazioni di atmosfera si trova il gas più caratteristico delle rocce calde, cioè il monossido di silicio, un gas che si forma a temperature sopra i 1430 C.