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Un pianeta Oceano nella costellazione dell’Ofiuco

Reading Time: 5 minutes

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livello elementare

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ARGOMENTO: ASTRONOMIA E ASTROFISICA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA

parole chiave: esopianeti, Gliese 1214b

 

Nei film di guerre stellari, vediamo velocissime navi spaziali che si spostano da un punto all’altro della galassia, scomparendo in tunnel spazio tempo e riapparendo davanti a pianeti lontanissimi. Forse un giorno sarà possibile ma per ora dobbiamo accontentarci delle scoperte ottenute grazie ai telescopi che ispezionano gli angoli più lontani delle galassie alla ricerca di nuovi pianeti.

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Confronto delle dimensioni dell’esopianeta GJ 1214 b (al centro) con i pianeti del Sistema Solare Terra e Nettuno, come riportato nell’Open Exoplanet Catalog

Una delle ultime scoperte più interessanti riguarda un esopianeta al di fuori del nostro sistema solare, ben sei volte più grande della Terra e ricoperto da un’atmosfera che potrebbe includere molta acqua ad uno stato fisico non usuale. L’esistenza di questo esopianeta, originariamente scoperto dal Progetto MEarth, è stata confermata dell’Agenzia spaziale europea. Il procedimento per la sua scoperta è relativamente semplice. Quando un pianeta attraversa la sua stella, ne nasconde leggermente la luce, consentendo agli scienziati di determinarne le caratteristiche in base a quanto essa viene attenuata. Secondo Space.com gli astronomi hanno determinato che l’atmosfera di questo pianeta, chiamato Gliese 1214 b, situato nella costellazione dell’Ofiuco, è caratterizzata da alte temperature e densità, notevolmente diversa da quella della Terra.

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Rappresentazione artistica di Gliese 1214 b che viaggia davanti alla sua stella, mostrata in luce blu. (Credito immagine: NAOJ)

Gli stati fisici dell’acqua
Siamo abituati a considerare l’acqua nei suoi tre stati fisici: solido (ghiaccio), liquido (acqua) e gassoso (vapore acqueo), dipendenti dalle variazioni di temperatura e di pressione.

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diagramma di fase delle molecole di acqua – da wilipedia

Non è però il caso su Gliese 1214b dove temperatura e pressione sono così elevate che l’acqua presente nella sua atmosfera è in forma super ionica. In questa fase gli atomi di ossigeno formano dei reticoli cubici, mentre gli idrogeni ionizzati si muovono in modo casuale attorno ad essi. Il movimento, di questi atomi genera dei campi elettromagnetici. Qualcosa di simile lo troviamo sui grandi giganti gassosi, come Urano e Nettuno.

La scoperta di Gliese 1214b
Grazie al telescopio Subaru a Mauna Kea, nelle Hawaii, gli scienziati hanno studiato la dispersione della luce dal pianeta. La combinazione dei loro risultati con le osservazioni precedenti ha portato gli astronomi a concludere che l’atmosfera conteneva quantità significative di acqua, un enorme pianeta oceano.

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Rho Ophiuchi, mostrato con una nuvola bluastra circostante leggermente al di sopra di un pentagono di stelle in Scorpius, con la fascia principale della Via Lattea molto più a sinistra – photo credit Stéphane Guisard da ESO.org

Il super pianeta, già scoperto nel 2009, si trova a circa 40 anni luce dal nostro sistema solare nella costellazione dell’Ofiuco ed orbita attorno ad una stella nana rossa di tipo M, GJ 1214, più fredda e di massa minore del nostro Sole da cui dista 48 anni luce.

Il pianeta, catalogato come una super terra, si trova ad una distanza 70 volte più vicina della Terra al nostro Sole. Ciò comporta che le sue temperature raggiungono circa 280 gradi Celsius (compresa tra i 120–282 °C a seconda della quantità di radiazione riflessa nello spazio). Ma la cosa straordinaria è che, a causa delle alte temperature, che influiscono sulla chimica dell’idrogeno e del carbonio, si potrebbe produrre nell’atmosfera una forma di foschia. Nel dicembre 2010 è stato pubblicato uno studio che sembra dimostrare che la sua atmosfera, essendo priva a livello del suo spettro mostra che nel suo spettro di lunghezze d’onda di 750-1000 nm, dovrebbe essere priva di nubi, che avrebbero prodotto caratteristiche spettrali rilevabili. Sebbene non siano stati osservati segni chiari di vapore acqueo o di qualsiasi altra molecola, il pianeta potrebbe avere un’atmosfera composta principalmente da vapore acqueo.

Si ritiene quindi che il pianeta potrebbe essere composto principalmente (~75%) da acqua e attorno al ~25% da roccia (probabilmente silicati ed un piccolo nucleo di ferro). Inoltre, potrebbe essere coperto da una spessa atmosfera (~200 km) di idrogeno ed elio che ammonterebbe a circa lo 0,05% della massa del pianeta. Alla base si ipotizzano quindi grandi oceani di acqua, in una fase fisica nota come ghiaccio VII, una forma cristallina cubica di ghiaccio d’acqua ionizzata. Questo ne farebbe un pianeta oceano con fosse di profondità di decine di chilometri. Ipotesi decisamente affascinante.

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Rappresentazione artistica della relazione tra la composizione dell’atmosfera e i colori trasmessi della luce di un pianeta alieno. In alto: se il cielo ha un’atmosfera chiara, estesa verso l’alto e dominata dall’idrogeno, lo scattering di Rayleigh disperde una grande porzione della luce blu dall’atmosfera dell’ospite mentre disperde meno della luce rossa. Di conseguenza, un transito in luce blu diventa più profondo di quello in luce rossa. Al centro: se il cielo ha un’atmosfera ricca di acqua meno estesa, l’effetto dello scattering di Rayleigh è molto più debole che in un’atmosfera dominata dall’idrogeno. In questo caso, i transiti in tutti i colori hanno quasi le stesse profondità di transito. In basso: se il cielo ha nuvole estese, la maggior parte della luce non può essere trasmessa attraverso l’atmosfera. (Credito immagine: NAOJ)

A differenza dei pianeti di tipo terrestre, questa super-Terra non ha una evidente superficie solida, il che rende difficile definire l’altezza dell’atmosfera rispetto alla parte solida. Agli astronomi e agli astrofisici viene incontro un valore chiamato altezza di scala. Nelle atmosfere planetarie, l’altezza di scala (H) può essere definito come l’incremento di altitudine necessario a far variare la pressione atmosferica di un valore e, ovvero il numero di Eulero, base del logaritmo naturale, che è pari a circa 2,71828.

Secondo la sua formula, il valore H rimane costante se la temperatura rimane costanteç

{\displaystyle H={\frac {kT}{Mg}}}

dove: 

  • k = costante di Boltzmann = 1,38×10−23 J·K−1
  • R = costante dei gas che equivale a
    {\displaystyle R=N_{\mathrm {A} }\,k_{\mathrm {B} }=8{,}314\,462\,618\,153\,24~{\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {mol~K} }}}
  • T = temperatura atmosferica media in gradi kelvin = 250 K (per la Terra) – nota bene per ottenere da gradi kelvin (K) i gradi Celsius ℃ 
    bisogna sommare al valore K  il numero – 273.15. 
  • M = massa di una molecola di gas (in kg)
  • g = accelerazione di gravità sulla superficie planetaria considerata (m/s²) 

Sulla Terra, il valore H è di circa 8,5 chilometri, mentre su Gliese 1214 b è ben tre volte più profondo. 

Un Oceano non navigabile
Fantasticando un viaggio di 48 anni luce verso quel pianeta nella lontana costellazione dell’Ofiuco, gli astronauti si troverebbero davanti un mondo non certo accogliente. Secondo i ricercatori, questo pianeta, nonostante abbia grandi quantità di acqua potrebbe però non essere abitabile. “Sebbene possa esistere vapore acqueo nell’atmosfera, acqua allo stato liquido – vale a dire come negli oceani – non esisterebbe sulla superficie di questo pianeta” a causa degli estremi valori fisici di temperatura e pressione.

La ricerca continua

 

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