Approfittando di un’eclissi lunare totale, gli astronomi, utilizzando il telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA hanno rilevato ozono nell’atmosfera della Terra. Questo metodo fa da banco di prova per l’osservazione di pianeti simili alla Terra intorno ad altre stelle alla ricerca di vita. Questa è la prima volta in cui è stata catturata un’eclissi lunare totale da un telescopio spaziale e la prima volta che una simile eclissi è stata studiata nelle lunghezze d’onda dell’ultravioletto.
Per prepararsi alla ricerca di esopianeti con telescopi più grandi che sono attualmente in sviluppo, gli astronomi hanno deciso di condurre esperimenti molto più vicino 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 riproduce la geometria di un pianeta terrestre in transito con la sua stella. In un nuovo studio, Hubble non ha osservato direttamente la Terra. Gli astronomi hanno utilizzato la luna come uno specchio che riflette la luce solare che viene filtrata attraverso l’atmosfera terrestre. Utilizzare un telescopio spaziale per le osservazioni delle eclissi offre risultati più puliti rispetto agli studi da terra perché i dati non sono contaminati dal fatto di guardare attraverso l’atmosfera terrestre.
Queste osservazioni sono state particolarmente difficili perché poco prima dell’eclissi la luna è molto luminosa e la sua superficie non è perfettamente riflettente perché presenta chiazze di aree luminose e scure. Inoltre, la luna è così vicina alla Terra che Hubble ha dovuto cercare di tenere d’occhio una determinata regione per seguire con precisione il movimento della luna rispetto all’osservatorio spaziale. È per questo motivo che Hubble punta alla luna molto raramente.
Le misurazioni hanno rilevato la forte impronta spettrale dell’ozono, un prerequisito chiave per la presenza – e la possibile evoluzione – della vita come noi la conosciamo in una eso-Terra. Anche se alcune tracce di ozono erano state rilevate in precedenti osservazioni da terra durante le eclissi lunari, lo studio di Hubble rappresenta il più forte rilevamento della molecola finora perché può osservare la 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 stato di ozono del nostro pianeta. Solo 600 milioni di anni fa, l’atmosfera della Terra aveva accumulato abbastanza ozono da proteggere la vita dalla letale radiazione ultravioletta del sole. Questo ha reso sicura la migrazione dagli oceani della prima vita terrestre.
“Trovare ozono nello spettro di una eso-Terra sarebbe importante 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, USA, ricercatrice principale delle osservazioni di Hubble.
Hubble ha registrato la firma spettrale ultravioletta dell’ozono impressa nella luce solare che filtrava attraverso l’atmosfera terrestre durante un’eclissi lunare che si è verificata il 20-21 gennaio 2019. Anche diversi altri telescopi hanno compiuto osservazioni spettroscopiche ad altre lunghezze d’onda durante l’eclissi, cercando ulteriori ingredienti che alimentano la vita sulla Terra, come ossigeno, metano, acqua e monossido di carbonio. “Per caratterizzare completamente gli esopianeti, utilizzeremo idealmente una varietà di tecniche e lunghezze d’onda. Questa indagine sottolinea chiaramente i benefici della spettroscopia ultravioletta nella caratterizzazione degli esopianeti. Dimostra anche l’importanza di testare idee e metodologie innovative con l’unico pianeta abitabile che conosciamo finora”, ha spiegato Antonio Garcia Munoz del Technische Universität Berlin in Germania.
Le atmosfere di alcuni esopianeti possono essere esplorate quando il mondo alieno passa di fronte alla sua stella madre, durante un cosiddetto transito. Durante un transito, la luce solare filtra attraverso l’atmosfera dell’esopianeta retroilluminato. Se vista da vicino, la sagoma del pianeta sembrerebbe avere un sottile alone luminoso intorno ad esso causato dall’atmosfera illuminata, proprio come fa la Terra quando vista dallo spazio.
Le sostanze chimiche nell’atmosfera lasciano la loro firma rivelatrice filtrando alcuni colori della luce stellare. Gli astronomi di Hubble sono stati pionieri della spettroscopia delle atmosfere dei pianeti in transito. È stato particolarmente innovativo perché i pianeti extrasolari non erano ancora stati scoperti quando Hubble è stato lanciato nel 1990. Quindi, l’osservatorio spaziale non era stato inizialmente progettato per questi esperimenti. Finora, gli astronomi hanno utilizzato Hubble per osservare le atmosfere di pianeti gassosi giganti che transitano di fronte alle loro stelle. Ma i pianeti terrestri sono oggetti molto più piccoli e la loro atmosfera è più sottile. Quindi, analizzare queste firme è molto più difficile.
Ecco perché i ricercatori avranno bisogno di telescopi spaziali molto più grandi di Hubble per raccogliere la debole luce stellare che attraversa le atmosfere di questi piccoli pianeti durante il transito. Questi telescopi dovranno osservare i pianeti per un periodo di tempo più lungo, molte decine di ore, per ricostruire un segnale forte. Per lo studio di Youngblood, Hubble ha trascorso 5 ore a raccogliere i dati nel corso di varie fasi dell’eclissi lunare. Trovare ozono nei cieli di un pianeta terrestre extrasolare non garantisce che la vita esista sulla superficie. “Servirebbero altre firme spettrali, oltre all’ozono, per concludere che c’era vita sul pianeta e queste firme non possono essere osservate nella luce ultravioletta”, spiega Youngblood.
Gli astronomi devono cercare una combinazione di segni di vita, come ozono e metano, e devono considerare che l’ozono si accumula nel tempo con l’evoluzione del pianeta. Circa 2 miliardi di anni fa, sulla Terra l’ozono era solo una parte di quello attuale. Il telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA, il cui lancio è previsto nel 2021, sarà in grado di penetrare nell’atmosfera di un pianeta per rilevare metano e ossigeno.
