Il colore rivelerà la vegetazione e la vita aliena sugli esopianeti

Posted on maggio 15, 2010

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Un nuovo metodo che utilizza le variazioni di colore dell’intensità della luce riflessa dalla superficie della Terra, potrebbe aiutare gli scienziati a rivelare la presenza di oceani, continenti ed eventualmente anche la vita, sui mondi alieni a decine di anni luce di distanza.

“Confrontando le variazioni di tonalità osservate da un pianeta alieno possiamo dedurre la composizione della superficie” ha detto Yuka Fujii, uno studente di dottorato presso l’Università di Tokyo e autore di un articolo pubblicato nel numero del 4 maggio della rivista “Astrophysical Journal. [Nell’illustrazione in alto: Uno schema del sistema planetario scoperto attorno a Gliese 581, tra cui il più più piccolo pianeta finora scoperto, Gliese 581 e, paragonato alla zona abitabile del nostro Sistema Solare. Il sistema di Gliese 581 ha quattro pianeti conosciuti, con masse da circa 1,9 (e), 16 (b il pianeta più vicino alla stella), 5 (c), e 7 masse terrestri (d, con il colore bluastro). Credit: ESO / L. Calcada].

Il metodo potrebbe consentire infatti agli astronomi di identificare presto la neve, i mari o addirittura la vita vegetale sui pianeti extrasolari che per decenni rimarranno ancora troppo deboli per essere visualizzati direttamente.

Attualmente per i telescopi più potenti, anche un pianeta extrasolare nelle vicinanze non è altro che una sorgente puntiforme di luce presso il bagliore intenso della sua stella ospite. Nel caso di uno piccolo come la Terra, gli astronomi non sono attualmente in grado di identificare mari azzurri o verdi foreste pluviali.
Il problema deriva dalla scarsità di particelle dei fotoni, riflessi da pianeti extrasolari che poi raggiungono attraverso migliaia di miliardi di chilometri i nostri telescopi.

La prossima generazione di strumenti come il Finder o il New Worlds Observer, saranno in grado di ottenere qualcosa di più che un semplice sfarfallio dagli esopianeti. “E’ difficile ottenere abbastanza fotoni dai pianeti lontani per individuare le caratteristiche della superficie come ad esempio la vegetazione” ha detto Fujii.

Eppure questi rari raggi di luce portano con sé le traccie spia, che hanno permesso già agli astronomi di identificare la presenza di vari gas nelle atmosfere dei pianeti extrasolari giganti utilizzando la spettrometria. “Non possiamo individuare direttamente il verde, il blu e le macchie rosse sulla superficie”, ha detto Fujii. “Ma si può osservare il colore medio totale sulla superficie visibile del pianeta e confrontarlo con i valori noti della Terra che ci sono fornite da altre discipline come la geologia o la biologia.

I ricercatori hanno utilizzato i dati satellitari per progettare una linea di base per la “luce cinerea”, con le lunghezze d’onda della luce solare che viene riflessa dai vari elementi della superficie terrestre, inclusi gli oceani (che copre il 71%), la vegetazione (14%), il suolo, i deserti ( 9%) e la neve e il ghiaccio (3%). Queste tipologie di elementi riflettono delle quantità diverse di luce a determinate lunghezze d’onda. La neve, per esempio, riflette più dell’80% della luce, circa 0,8 micron, mentre gli oceani riflettono solo l’1% della luce.

Quando la Terra (o un pianeta extrasolare simile) ruota, modifica l’aspetto complessivo della luce riflessa nello spazio in modo misurabile. In questo modo, gli astronomi possono utilizzare i dati terrestri per elaborare delle stime approssimative di un mosaico di mari e savane che dovrebbero esistere sui pianeti extrasolari. Per il loro modello, i ricercatori hanno assunto un gemello della Terra a una distanza di circa 30 anni luce e un telescopio spaziale con circa due metri di specchio per un’ora al giorno di osservazione per due settimane.
“Abbiamo assunto come modello un pianeta abbastanza vicino, registrando i dati per due settimane, al fine di accumulare un numero sufficiente di fotoni”, ha detto Fujii.

Il modello si basa su molte semplificazioni. Le polveri per esempio, con i loro fenomeni di diffusione, non sono ancora parte dell’equazione. Alan Boss, un astrofisico presso la Carnegie Institution di Washington, ha anche sottolineato che “il problema di separare la luce del pianeta dalla luce della sua stella è forse il più grande ostacolo nelle indagini esoplanetarie”.

Ma anche se ancora nella sua forma preliminare, il metodo di rilevamento del colore promette molto e Turner in merito ha detto “sono sorpreso di come ha funzionato”. La tecnica è in grado di rilevare sia un’atmosfera che che un oceano simultaneamente sulla base del “rayleigh scattering”, la dispersione dell’effetto di luce che rende il nostro cielo e gli oceani blu e che allo stesso modo da le tonalità simili ai pianeti extrasolari.

Le piante sulla Terra sono verdi perchè riflettono la luce solare nel campo infrarosso che non è abbastanza energica per la fotosintesi. “Ma il calore emesso dalla pianta, se lo consideriamo ai raggi infrarossi, appare di un rosso vivo brillante”, ha detto Turner. “Questa traccia dovrebbe apparire nei bit di luce raccolti da un lontano pianeta extrasolare” ha aggiunto.
Molti astronomi infatti pensano che il rosso è il miglior colore per il ritrovamento di vita aliena (assumendo che queste piante siano colorate di verde come quelle della terra). “La ricerca del rosso è un ottimo mezzo per stabilire se una eso-Terra è abitabile, ma anche abitata”, ha detto Boss.

Webster Cash, professore di astronomia presso l’Università del Colorado, ha detto che la tecnica della variazione di colore sarà “assolutamente utile” negli anni a venire. Egli ha sottolineato che potrebbe essere abbinata con altri metodi e biomarcatori utili alla ricerca di vita extraterrestre, come ad esempio il rilevamento di ossigeno e altri gas nelle atmosfere tramite la spettroscopia. Per adesso, la sonda Keplero, nella sua caccia di pianeti abitabili tra circa 100.000 stelle, non è stata in grado di vedere il rosso o individuare le caratteristiche della superficie perché lo strumento “non ha informazioni sul colore e tutti i fotoni sono identici per i suoi strumenti” ha detto Boss.

Anche se ci vuole molta raffinatezza per il metodo basato sui colori, Turner sostiene che potrebbe essere adattato per scoprire un futuro pianeta terrestre con i telescopi spaziali che la NASA e l’ESA invieranno in orbita. “Penso che siamo davvero sulla soglia di studiare i pianeti come la Terra intorno ad altre stelle. Se ci capitasse di trovarne uno simile alla Terra molto più vicino di 30 anni luce, sarebbe molto più facile da osservare” dice Turner.

A cura di Arthur McPaul

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