Approfittando di un’eclissi lunare totale, gli astronomi che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA hanno rilevato l’ozono nell’atmosfera terrestre. Questo metodo funge da proxy per il modo in cui osserveranno pianeti simili alla Terra attorno ad altre stelle nella ricerca della vita. Questa è la prima volta che un’eclissi lunare totale è stata catturata da un telescopio spaziale e la prima volta che un’eclissi di questo tipo è stata studiata in lunghezze d’onda ultraviolette.
La ricerca della vita negli esopianeti: eclissi di Luna
Per prepararsi alla ricerca sugli esopianeti con telescopi più grandi attualmente in fase di sviluppo, gli astronomi hanno deciso di condurre esperimenti molto più vicini a casa, sull’unico pianeta terrestre abitato conosciuto: la Terra. Il perfetto allineamento del nostro pianeta con il Sole e la Luna durante un’eclissi lunare totale imita la geometria di un pianeta terrestre in transito con la sua stella. In un nuovo studio, Hubble non ha guardato direttamente la Terra. Invece, gli astronomi hanno utilizzato la Luna come uno specchio che riflette la luce solare che è stata filtrata attraverso l’atmosfera terrestre. L’utilizzo di un telescopio spaziale per le osservazioni di eclissi è più pulito rispetto agli studi terrestri perché i dati non vengono contaminati dal passaggio attraverso l’atmosfera terrestre.
Queste osservazioni sono state particolarmente impegnative perché appena prima dell’eclissi la Luna è molto luminosa e la sua superficie non è un riflettore perfetto, poiché è chiazzata di aree luminose e scure. Inoltre, la Luna è così vicina alla Terra che Hubble ha dovuto cercare di tenere d’occhio una regione selezionata, per tracciare con precisione il movimento della Luna rispetto all’osservatorio spaziale. È per questi motivi che Hubble è molto raramente puntato verso la Luna.
La ricerca della vita negli esopianeti: lo studio di Hubble
Le misurazioni hanno rilevato la forte impronta spettrale dell’ozono, un prerequisito fondamentale per la presenza – e la possibile evoluzione – della vita come la conosciamo. Sebbene alcune tracce di ozono fossero state rilevate in precedenti osservazioni terrestri durante le eclissi lunari, lo studio di Hubble rappresenta il rilevamento più forte della molecola fino ad oggi, perché può fare analisi alla luce ultravioletta, che viene assorbita dalla nostra atmosfera e non raggiunge il suolo. Sulla Terra, la fotosintesi nel corso di miliardi di anni è responsabile degli alti livelli di ossigeno e dello spesso strato di ozono del nostro pianeta. Solo 600 milioni di anni fa l’atmosfera terrestre aveva accumulato abbastanza ozono per proteggere la vita dalla letale radiazione ultravioletta del Sole. Ciò ha reso possibile che la prima vita terrestre migrasse dai nostri oceani fin sulla terraferma.
“Trovare l’ozono nello spettro di una exo-Terra sarebbe significativo perché è un sottoprodotto fotochimico dell’ossigeno molecolare, che è un sottoprodotto della vita”, ha spiegato Allison Youngblood del Laboratory for Atmospheric and Space Physics in Colorado, capo ricercatore delle osservazioni di Hubble.
Hubble ha registrato la firma spettrale ultravioletta dell’ozono impressa sulla luce solare, filtrata attraverso l’atmosfera terrestre durante un’eclissi lunare avvenuta nel 2019. Diversi altri telescopi hanno effettuato osservazioni spettroscopiche ad altre lunghezze d’onda durante l’eclissi, alla ricerca di elementi di vita, come ossigeno, metano, acqua e monossido di carbonio.
La ricerca della vita negli esopianeti: caratterizzare l’atmosfera
“Per caratterizzare completamente gli esopianeti, utilizzeremo idealmente una varietà di tecniche e lunghezze d’onda”, ha spiegato il membro del gruppo Antonio Garcia Munoz della Technische Universität di Berlino in Germania. “Questa indagine evidenzia chiaramente i vantaggi della spettroscopia ultravioletta nella caratterizzazione degli esopianeti. Dimostra anche l’importanza di testare idee e metodologie innovative con l’unico pianeta abitabile che conosciamo fino ad oggi!”
Le atmosfere di alcuni esopianeti possono essere sondate quando il mondo alieno passa sulla faccia della sua stella madre, durante un cosiddetto transito. Durante un transito, la luce delle stelle filtra attraverso l’atmosfera dell’esopianeta retroilluminato. Se vista da vicino, la sagoma del pianeta sembrerebbe avere un sottile “alone” luminoso attorno ad esso causato dall’atmosfera illuminata, proprio come fa la Terra vista dallo spazio. Le sostanze chimiche presenti nell’atmosfera lasciano la loro firma rivelatrice filtrando alcuni colori della luce delle stelle.
La spettroscopia delle atmosfere dei pianeti in transito è stata utilizzata dagli astronomi di Hubble. Questo metodo era particolarmente innovativo, perché i pianeti extrasolari non erano ancora stati scoperti quando Hubble fu lanciato nel 1990. Pertanto, l’osservatorio spaziale non era inizialmente progettato per tali esperimenti. Finora, gli astronomi hanno utilizzato Hubble per osservare le atmosfere dei pianeti giganti gassosi che transitano nelle loro stelle. I pianeti con dimensioni “terrestri” sono però molto più piccoli e la loro atmosfera più sottile. Pertanto, analizzarli è molto più difficile.
La ricerca della vita negli esopianeti: altre firme spettrali oltre all’ozono
Ecco perché i ricercatori avranno bisogno di telescopi spaziali molto più grandi di Hubble, per raccogliere la debole luce stellare che passa attraverso le atmosfere di questi piccoli pianeti durante un transito. Questi telescopi dovranno osservare i pianeti per un periodo più lungo, molte dozzine di ore, per costruire un segnale forte. Per lo studio di Youngblood, Hubble ha trascorso cinque ore a raccogliere dati durante le varie fasi dell’eclissi lunare.
Trovare l’ozono nel cielo di un pianeta extrasolare non garantisce che sulla sua superficie esista la vita. “Avresti bisogno di altre firme spettrali oltre all’ozono per concludere che c’era vita sul pianeta, e queste firme non possono essere viste alla luce ultravioletta”, ha detto Youngblood.
Gli astronomi devono cercare una combinazione di firme biologiche, come ozono e metano, quando esplorano le possibilità della vita. È necessaria una campagna a più lunghezze d’onda perché molte firme biologiche, ad esempio l’ozono, vengono rilevate più facilmente a lunghezze d’onda specifiche. Gli astronomi alla ricerca di ozono devono anche considerare che si accumula nel tempo man mano che un pianeta si evolve. Circa 2 miliardi di anni fa sulla Terra, l’ozono era una frazione di quello che è ora.
La ricerca della vita negli esopianeti: il James Webb Space Telescope
L’imminente messa in orbita del telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA, un osservatorio a infrarossi il cui lancio è programmato nel 2021, sarà in grado di penetrare in profondità nell’atmosfera di un pianeta per rilevare metano e ossigeno.
“Ci aspettiamo che il JWST spinga la tecnica della spettroscopia di trasmissione delle atmosfere di esopianeti a limiti senza precedenti”, ha aggiunto Garcia Munoz. “In particolare, avrà la capacità di rilevare metano e ossigeno nelle atmosfere dei pianeti in orbita attorno a stelle di piccole dimensioni. Questo aprirà il campo della caratterizzazione atmosferica a esopianeti sempre più piccoli”.
