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L'azoto: un potenziale indicatore della vita sui pianeti extrasolari

La Terra ripresa dalla Polychromatic Imaging Camera a bordo del satellite Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) della NASA.
La Terra ripresa dalla Polychromatic Imaging Camera a bordo del satellite Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) della NASA. Credit: NASA

Le osservazioni dell'atmosfera terrestre dallo spazio, stanno aiutando gli astrofisici nella ricerca della vita sui altri mondi.
Identificare e misurare i livelli di azoto su un pianeta extrasolare, potrebbe essere fondamentale per valutare la sua abitabilità.

L'azoto è il componente principale dell'atmosfera terrestre ed è probabile che sia un gas importante anche per le atmosfere di altri esopianeti. Quindi, ammesso che siano soddisfatti tutti gli i requisiti e cioè, che il pianeta sia roccioso, delle giuste dimensioni, che si trovi all'interno della cosiddetta zona "Goldilocks" (zona abitabile), questo gas potrà fornire indizi sulla pressione superficiale.
Se l'atmosfera di un pianeta è ricca di azoto, quasi certamente, sulla sua superficie, esiste la giusta pressione per mantenere l'acqua allo stato liquido, una condizione necessaria per la vita.

Ma allora perché non lo abbiamo cercato prima?
Il problema è che l'azoto è difficile da individuare da lontano tanto che spesso viene chiamato "gas invisibile" perché non ha caratteristiche di assorbimento significative, né in luce visibile né in infrarosso. Tuttavia, un nuovo studio, condotto da Edward Schwieterman e Victoria Meadows dell'Università di Washington e pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal, apre la strada ad una possibilità: individuare azoto cercando le collisioni tra le sue molecole. Le coppie che si vengono a creare mostrano una firma spettroscopica unica e distinguibile.

DETECTING AND CONSTRAINING N2 ABUNDANCES IN PLANETARY ATMOSPHERES USING COLLISIONAL PAIRS [abstract]

Characterizing the bulk atmosphere of a terrestrial planet is important for determining surface pressure and potential habitability. Molecular nitrogen (N2) constitutes the largest fraction of Earth's atmosphere and is likely to be a major constituent of many terrestrial exoplanet atmospheres. Due to its lack of significant absorption features, N2 is extremely difficult to remotely detect. However, N2 produces an N2–N2 collisional pair, (N2)2, which is spectrally active. Here we report the detection of (N2)2 in Earth's disk-integrated spectrum. By comparing spectra from NASA's EPOXI mission to synthetic spectra from the NASA Astrobiology Institute's Virtual Planetary Laboratory three-dimensional spectral Earth model, we find that (N2)2 absorption produces a ~35% decrease in flux at 4.15 μm. Quantifying N2 could provide a means of determining bulk atmospheric composition for terrestrial exoplanets and could rule out abiotic O2 generation, which is possible in rarefied atmospheres. To explore the potential effects of (N2)2 in exoplanet spectra, we used radiative transfer models to generate synthetic emission and transit transmission spectra of self-consistent N2–CO2–H2O atmospheres, and analytic N2–H2 and N2–H2–CO2 atmospheres. We show that (N2)2 absorption in the wings of the 4.3 μm CO2 band is strongly dependent on N2 partial pressures above 0.5 bar and can significantly widen this band in thick N2 atmospheres. The (N2)2 transit transmission signal is up to 10 ppm for an Earth-size planet with an N2-dominated atmosphere orbiting within the habitable zone of an M5V star and could be substantially larger for planets with significant H2 mixing ratios.

I risultati della ricerca, per ora, sono limitati alla Terra.
Gli scienziati hanno simulato come potrebbe apparire la firma delle collisioni delle molecole di azoto nell'atmosfera terrestre al Virtual Planetary Laboratory dell'Università di Washington ed hanno confrontato i dati con quelli rilevati dalla sonda della NASA Deep Impact, durante la fase EPOXI (Extrasolar Planet Observation / eXtended Investigation of comets) della missione. Lanciata nel 2005, dopo aver completato la fase primaria verso la cometa Tempel 1, la navicella aveva lavorato su due nuovi obiettivi: osservare i pianeti extrasolari e la Terra (Extrasolar Planet Observation and Characterization - EPOCh); studiare la cometa Hartley 2 (Deep Impact Extended Investigation - DIXI).

Grazie al bottino di informazioni catturate dalla sonda, che ha potuto analizzare la Terra come se fosse un mondo distante, il team ha potuto confermare che le molecole di azoto produco un impatto visibile da lontano nello spettro del nostro pianeta. "Questo ci dice che è qualcosa che vale la pena cercare altrove", ha detto Schwieterman.

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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