Se un mondo roccioso si trova nella zona abitabile di una stella simile al Sole, sulla carta sembra bello. Acqua liquida? Controllo. Temperatura giusta? Controllo. Ma c’è un problema. Se il pianeta è troppo piccolo, non può trattenere l’aria di cui ha bisogno per sopravvivere.
Quindi, quanto piccolo è troppo piccolo? Può la Terra essere rimpicciolita e mantenere comunque la sua coperta traspirante?
Michelle Hill, scienziata planetaria dell’Università della California Riverside, ha recentemente eseguito simulazioni per rispondere a questa domanda. I risultati sono schietti: un pianeta extrasolare deve avere almeno le dimensioni di Marte per sostenere un’atmosfera per i pochi miliardi di anni necessari affinché la vita possa mettere radici. I mondi più piccoli tendono a perdere il loro gas più velocemente di quanto riescano a sostituirlo.
La trappola della zona abitabile
La zona abitabile è il luogo privilegiato per la vita aliena. È la stretta fascia attorno a una stella dove le temperature consentono all’acqua liquida di accumularsi su una superficie. È anche un quartiere pericoloso.
La vicinanza a una stella significa esposizione al vento stellare e a radiazioni intense. Queste forze agiscono come carta vetrata sull’atmosfera di un pianeta. Più sei vicino alla stella, più forte soffia il vento. Più sottile è la tua atmosfera, più facile sarà spogliarla.
Hill e il suo team hanno simulato pianeti simili alla Terra di varie dimensioni in orbita in queste zone. Volevano sapere esattamente quando un pianeta diventa troppo piccolo per combattere l’erosione stellare.
La risposta?
Un pianeta che sostiene l’atmosfera deve essere largo in media circa 80% quanto la Terra. In teoria, alcuni possono sopravvivere al 60%, ma solo in condizioni specifiche e fortunate. Per gli astrobiologi che osservano la “pletora” di esopianeti scoperti, questi dati rappresentano un filtro. Non c’è abbastanza tempo al telescopio per controllare ogni candidato. Restringere la ricerca non è più facoltativo; è essenziale.
Vulcani contro vento
Il modello del team, il “Modello di abitabilità più piccolo della Terra”, tratta i pianeti digitali come la Terra. Stesse proporzioni nucleo-mantello-crosta. Stessa base chimica. Quindi hanno modificato le variabili: più carbonio, diverse dimensioni del nucleo, diverse temperature iniziali.
Nel corso di miliardi di anni, due forze combattono per il dominio:
1. Stripping: Il vento stellare e le radiazioni soffiano via il gas.
2. Rifornimento: i vulcani pompano indietro il gas (principalmente CO2).
I piccoli pianeti perdono la battaglia.
Hanno una gravità più debole. I loro campi magnetici sono più sottili e offrono una minore schermatura dalle particelle cariche. I loro mantelli si raffreddano e si induriscono più velocemente, spegnendo presto il motore vulcanico. Quando i vulcani tacciono, l’atmosfera non ha riserve di energia. Svanisce.
Per mantenere un’atmosfera a lungo termine, un pianeta generalmente necessita della soglia dell’80% del raggio terrestre. Al di sotto di questo, le perdite superano i rubinetti.
Il jolly del carbonio
Non è tutta una rovina per i piccoli mondi. Il modello mostra che i pianeti piccoli fino a 0,6 raggi terrestri possono trattenere un’atmosfera, se sono ricchi di carbonio.
L’anidride carbonica è una molecola pesante. È più difficile per il vento stellare spazzare via le molecole pesanti rispetto a quelle più leggere. Un’atmosfera di pura CO2 funge da scenario migliore per la conservazione.
Ma arrivarci è dura. Questi mondi piccoli e ricchi di carbonio hanno bisogno di:
* Mantelli più grandi rispetto ai loro nuclei.
* Conteggio di elementi radioattivi più elevato per mantenere l’interno caldo più a lungo.
* Un mantello iniziale più fresco.
Aspetta, un inizio più fresco aiuta? SÌ. Un mantello surriscaldato erutta subito violentemente, eruttando gas che i violenti bagliori di una stella appena nata spazzano via immediatamente. Un mantello più fresco trattiene. Aspetta. Quando la stella si calma e la sua esplosione si calma, il pianeta finalmente rilascia il suo gas. A quel punto, l’ambiente è sufficientemente stabile da far persistere l’atmosfera.
Vita su mondi senz’aria?
Perdere la prima atmosfera significa la fine dei giochi? Non necessariamente.
Anche i pianeti senz’aria potrebbero avere una seconda possibilità. Gli impatti di comete e asteroidi possono rilasciare elementi volatili come idrogeno, ossigeno e carbonio molto tempo dopo la formazione del pianeta. Se questi impatti si verificano più tardi nella vita di un sistema stellare, possono costruire una nuova atmosfera da zero.
“Mentre i pianeti più piccoli affrontano sfide più grandi… il nostro modello suggerisce che possono sviluppare atmosfere”, ha scritto Hill.
Non dovrebbero essere immediatamente scontati. Un mondo roccioso delle dimensioni di Marte, colpito da impatti per un miliardo di anni, potrebbe appena risvegliarsi con la sua seconda boccata d’aria.
Guardando al futuro
Il modello punta verso nuovi obiettivi. Nane rosse. Queste stelle piccole e belle costituiscono il 75% della nostra galassia. Stelle come TRAPPIST-1 ospitano molteplici mondi rocciosi nella zona abitabile. La loro scarsa luminosità rende più facile per i telescopi come JWST rilevare i filtri atmosferici durante il transito dei pianeti.
Le simulazioni future esamineranno anche i pianeti bloccati in base alle maree. Mondi in cui una parte è sempre rivolta verso la stella. Dove le forze di marea mantengono l’interno sismicamente attivo, proprio come Io, la luna di Giove.
La ricerca della vita aliena sta cambiando. Non stiamo più solo cercando i gemelli della Terra. Cerchiamo sopravvissuti resilienti. I pianeti delle dimensioni di Marte. Gli outlier ad alto contenuto di carbonio. I mondi senz’aria aspettano il prossimo grande successo.
L’universo è disordinato. La vita potrebbe non aver bisogno di un palcoscenico grande quanto la Terra per mettere in scena uno spettacolo. Potrebbe essere necessaria solo una gravità sufficiente per evitare che il sipario venga spazzato via.
