Immaginate se la Terra fosse molto, molto più vicina al Sole. Così vicino da compiere una rivoluzione in poche ore. In questo modo, la gravità costringerebbe un emisfero alla costante luce del giorno e l’altro in un’oscurità senza fine. Così vicino che gli oceani bollirebbero, le rocce inizierebbero a sciogliersi e le nuvole farebbero piovere lava. Sebbene non esista nulla del genere nel nostro Sistema Solare, pianeti come questo non sono rari nella Via Lattea. Rocciosi, delle dimensioni all’incirca della Terra, estremamente caldi e vicini alle loro stelle, sono chiamati “super-Terre”.

Il James Webb Space Telescope della NASA sta per fornire alcune risposte sulla superficie di questi pianeti. Tra le prime osservazioni che condurrà quest’anno, infatti, ci sarà anche l’osservazione dettagliata di due pianeti extrasolari: 55 Cancri e e LHS 3844 b.  Essi sono classificati come super-Terre per la loro dimensione e la loro composizione rocciosa. In particolare, i ricercatori metteranno alla prova lo spettrografo ad alta precisione del Webb per studiare la geologia e la diversità dei pianeti nella Via Lattea.

La super-Terra calda 55 Cancri e

55 Cancri e dista dalla sua stella un venticinquesimo della distanza di Mercurio dal Sole e completa una rivoluzione in 18 ore. La temperatura superficiale raggiunge i 1760 gradi Celsius: supera di molto il punto di fusione dei minerali. Per questo, il lato esposto alla luce solare è coperto da un oceano di lava.

Pianeti che sono così vicini alla loro stella si dicono marealmente legati, con una faccia rivolta perennemente al proprio Sole. Il punto più caldo sulla superficie di questi pianeti dovrebbe dunque essere la faccia esposta al sole. Inoltre, il flusso di calore emesso dal lato caldo non dovrebbe variare eccessivamente col tempo.

Tuttavia, questo non sembra essere il caso di 55 Cancri e. Osservazioni del telescopio spaziale Spitzer della NASA mostrano come la regione più calda sia spostata rispetto alla faccia esposta. Inoltre sembra che il flusso di calore emesso dal lato illuminato vari.  Tra le possibili interpretazioni che gli astronomi propongono, ve ne sono due particolarmente interessanti.

Perché 55 Cancri e è così calda?

• 55 Cancri e potrebbe possedere un’atmosfera spessa.  “55 Cancri e potrebbe avere un’atmosfera spessa composta prevalentemente da ossigeno e azoto” spiega Renyu Hu del Jet Propulsion Laboratory della NASA in California. Hu è a capo del team che userà lo strumento Near-infrared Camera (NIRCam) del Webb. Esso catturerà lo spettro di emissione termica del lato esposto del pianeta e sarà in grado, grazie alla sua sensibilità, di rilevare un’ eventuale atmosfera.
• Su 55 Cancri e la sera piove lava. Tale possibilità è collegata al fatto che 55 Cancri e potrebbe non essere bloccato marealmente.  L’alternativa è che si trovi in una risonanza 3:2, come Mercurio, ovvero che ruoti tre volte su se stesso ogni due orbite complete concluse. Di conseguenza, il pianeta avrebbe un ciclo giorno-notte. Questo potrebbe spiegare perché la parte più calda del pianeta è stata spostata.  “Proprio come sulla Terra, ci vorrebbe del tempo prima che la superficie si riscaldi. Il momento più caldo della giornata sarebbe il pomeriggio, non proprio a mezzogiorno” ha spiegato Alexis Brandeker, un ricercatore dell’Università di Stoccolma che guida un altro team che studia il pianeta.

Il team di Brandeker prevede di testare questa ipotesi utilizzando NIRCam per misurare il calore emesso dal lato illuminato di 55 Cancri e durante quattro diverse orbite. Se il pianeta ha una risonanza 3:2, osserverà ogni emisfero due volte e dovrebbe essere in grado di rilevare qualsiasi differenza tra gli emisferi. In questo scenario, la superficie si riscalderebbe, si scioglierebbe e persino vaporizzerebbe durante il giorno, formando un’atmosfera molto sottile che Webb potrebbe rilevare. L’idea è che di sera, il vapore si raffredderebbe e si condenserebbe per formare goccioline di lava che pioverebbero di nuovo in superficie, tornando solide al calare della notte.

La super-Terra fredda LHS 3844 b

Mentre 55 Cancri e fornirà informazioni sulla geologia esotica di un mondo ricoperto di lava, LHS 3844 b offre un’opportunità unica per analizzare la roccia solida sulla superficie di un esopianeta.

Come 55 Cancri e, LHS 3844 b orbita estremamente vicino alla sua stella, completando un giro in 11 ore. Tuttavia, poiché la sua stella è relativamente piccola e fredda, il pianeta non è abbastanza caldo da fondere la superficie. Inoltre, le osservazioni di Spitzer indicano che è molto improbabile che il pianeta abbia un’atmosfera sostanziale.

Sebbene non saremo in grado di visualizzare la superficie di LHS 3844 b direttamente con Webb, la mancanza di un’atmosfera oscurante consente di studiare la superficie con la spettroscopia.

Spettri diversi per diverse super-Terre

“Diversi tipi di roccia hanno spettri diversi”, ha spiegato Laura Kreidberg del Max Planck Institute for Astronomy. “Potete vedere con i vostri occhi che il granito è di colore più chiaro del basalto. Ci sono differenze simili nella luce infrarossa emessa dalle rocce”. Il team di Kreidberg utilizzerà MIRI per catturare lo spettro di emissione termica del lato diurno di LHS 3844 b, quindi confrontarlo con gli spettri di rocce conosciute, come basalto e granito, per determinarne la composizione. Se il pianeta è vulcanicamente attivo, lo spettro potrebbe anche rivelare la presenza di tracce di gas vulcanici.

L’importanza di queste osservazioni va ben oltre solo due degli oltre 5.000 esopianeti confermati nella galassia. “Ci daranno nuove fantastiche prospettive sui pianeti simili alla Terra in generale, aiutandoci a capire come poteva essere la Terra primordiale quando faceva caldo come lo sono questi pianeti oggi” ha detto Kreidberg.

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