La rarità dei poli ghiacciati sugli esopianeti

La continua ricerca e scoperta di nuovi esopianeti porta la comunità scientifica ad interrogarsi circa le condizioni climatiche che questi lontani mondi presentano. Molti studi rivelano che, avere due calotte ghiacciate come la Terra, sarebbe un’autentica rarità.

Nel corso dei suoi quattro miliardi e mezzo di anni, il clima della Terra è variato di continuo. Appena dopo la sua formazione, la temperatura era proibitiva con fiumi e laghi di magma che ricoprivano tutto il globo. Col passare del tempo, la temperatura è andata abbassandosi, concedendo la possibilità alla vita di sbocciare e diffondersi ovunque.

Ma ad un certo punto, la temperatura continuò a scendere e a scendere fino ad arrivare al periodo geologico, compreso tra i 900 e 590 milioni di anni fa, in cui si ritiene che l’intero pianeta fosse completamente coperto dai ghiacci o perlomeno fino a ridosso dell’equatore. Il processo che ha portato alla “Terra a palla di neve” (così è soprannominata), sarebbe stata provocata da un eccesso di assorbimento di anidride carbonica dall’atmosfera da parte di rocce basaltiche formatesi dopo la rottura del super continente Rodinia. L’anidride carbonica è un gas serra e senza di essa il nostro Sole da solo non è in grado di mantenere mite la temperatura.

Altri periodi geologici hanno visto anche momenti in cui le calotte polari era del tutto assenti. Nel Cretaceo (tra 145 e 65 milioni di anni fa), l’intensa attività vulcanica, pompò in atmosfera grosse quantità di anidride carbonica che aumentò per effetto serra la temperatura media globale fino a 28 C°, ben sette gradi in più di quella attuale. Questo calore sciolse i ghiacci polari con conseguente aumento anche dell’umidità atmosferica. In questo scenario piante ed animali prosperarono.

E sugli esopianeti?

L’evidenza diretta dell’andamento climatico nel corso delle ere geologiche, possiamo averlo solo sulla Terra grazie a tracce lasciate negli strati geologici e ai carotaggi eseguiti nelle calotte polari.

Possiamo al massimo avere qualche dato empirico del clima passato di pianeti che abbiamo visitato grazia alle sonde robotiche come Marte, ma sugli esopianeti come stanno le cose?

In questo momento storico la Terra possiede due poli ghiacciati, ma quanti tra tutti quei mondi lontani vantano un clima come il nostro, con due poli ricoperti di ghiaccio e una parte completamente priva di ghiaccio?

La stessa domanda se la sono posta un team di ricerca dell’Università di Washington e dell’Università di Berna che ha creato migliaia di modelli computerizzati di esopianeti e scoprendo che, la presenza di due poli ghiacciati sul nostro pianeta, non sarebbe comune tra i pianeti extrasolari e dipenderebbe molto dall’inclinazione assiale oltre che da altri fattori

Caitlyn Wilhelm, ingegnere del software presso il Virtual Planetary Laboratory dell’Università di Washington, che con i colleghi ha prodotto questo studio pubblicato su The Planetary Science Journal, ha esaminato ipotetici esopianeti in orbita attorno alle loro stelle a distanze di abitabilità per la vita terrestre. La modellizzazione è stata eseguita parametrando pianeti che orbitano intorno a tre tipi di stelle: di tipo G, come il nostro Sole, di tipo F che sono più calde del Sole (come ad esempio la stella Polare) e di tipo K che sono invece più fredde (come ad esempio α Centauri B).

Per ognuno degli esopianeti simulati, gli scienziati hanno variato parametri quali: inclinazione assiale (i pianeti con una grande inclinazione assiale come ad esempio Urano tendono a oscillare di più), orbita, massa e dimensioni oltre che ovviamente al calore della propria stella madre.

In tutto sono state create 270.000 simulazione di “strani nuovi mondi” e ciascuna comprendeva un arco di tempo di 1 milione di anni. Il risultato è stato che circa il 90% dei pianeti in orbita all’interno della zona abitabile della loro stella sarebbe privo di ghiaccio.

“La lunghezza delle stagioni si è rivelata il fattore principale“, afferma Rory Barnes, astronomo del Virtual Planetary Laboratory e coautore dello studio. “Più lungo è l’anno, ad esempio, più ghiaccio si scioglie durante l’estate. Le stagioni più brevi sembravano aiutare il ghiaccio a persistere durante tutto l’anno.”

Cinture di Ghiaccio

Le indagini hanno mostrato un’altra differenza rilevante: se su di un esopianeta simile alla Terra fosse presente ghiaccio, questo avrebbe una probabilità più che doppia che si caratterizzi come una cintura di ghiaccio corrente lungo l’equatore più tosto che come poli ricoperti di ghiaccio come avviene da noi sulla Terra.

Ciò si verificava più spesso su pianeti con inclinazione assiale superiore ai 23,5° della Terra, un’inclinazione abbastanza bassa.  “l’inclinazione crea estremi stagionali che rendono i climi polari più variabili rispetto alle regioni equatoriali”, afferma Wilhelm.

Anche la fase di formazione è rilevante nel creare questo fenomeno. L’inclinazione assiale iniziale di molti pianeti quando si formano è più vicina a 90 gradi, quindi la bassa inclinazione del nostro pianeta è relativamente rara: “La Terra ha alcune proprietà uniche che sono potenzialmente rilevanti per il motivo per cui la vita è nata qui“.

Tra i modelli ci sono stati anche alcuni casi strani. In uno, l’inclinazione assiale e la forma dell’orbita si combinavano in modo tale da creare una fluttuazione stagionale molto caotica. Il ghiaccio su quell’ipotetico mondo si è formato aleatoriamente, senza un vero schema. In altri casi, i pianeti sono passati dall’ostentare una cintura di ghiaccio all’essere liberi dal ghiaccio ogni 10.000 o addirittura 100.000 anni, un po’ come il ciclo dell’era glaciale della Terra, ma molto più estremo.

La nostra casa è unica?

Nella simulazione, le condizioni paragonabili a quelle della Terra si sono verificate in non più del 3-4% dei casi e con percentuali tre volte superiore quando questi pianeti orbitavano intorno a stelle di classe F.

Quindi la Terra è forse speciale? Questo non si sa con certezza anche se questo studio sembrerebbe affermare di sì, “Le attuali calotte polari della Terra non sono sempre state caratteristiche del nostro pianeta. Il fatto che ora abbiamo le calotte glaciali sembra un po’ un’anomalia” dice Barnes che ammette però che il ciclo dell’anidride carbonica non è stato considerato in questo studio e che potrebbe quindi spiegare la particolarità del nostro pianeta.

Di sicuro studi come questi possono insegnare gli astronomi ad aspettarsi di tutto quando si cercano pianeti simili alla Terra, ma alla fine, con così tante possibilità, nessuno studio può rivelarci esattamente come stanno le cose, ma di sicuro può ricordare quanto preziosa e rara sia la nostra casa e quanto dobbiamo averne cura.

https://astronomy.com/news/2022/03/icy-earth-like-worlds-may-be-rare