I pianeti bloccati gravitazionalmente mostrano sempre la stessa faccia alla propria stella. Un esperimento di laboratorio suggerisce che il loro mantello potrebbe trasferire calore dal lato illuminato a quello oscuro, creando regioni meno estreme nelle quali potrebbe esistere acqua liquida.
Un emisfero perennemente illuminato e arroventato dalla propria stella. L’altro immerso in una notte senza fine. A prima vista, i pianeti caratterizzati da questa divisione estrema sembrerebbero tra i luoghi meno adatti alla vita. Un nuovo studio suggerisce però che, sotto la superficie, potrebbe esistere un meccanismo capace di ridistribuire il calore e creare localmente condizioni più moderate.
La ricerca, pubblicata su Nature Communications da un gruppo internazionale guidato da Daisuke Noto, ha analizzato la convezione del mantello nei pianeti rocciosi in rotazione sincrona. Gli esperimenti mostrano che la forte differenza di temperatura tra i due emisferi può generare una circolazione interna stabile e persistente, capace di trasportare lateralmente calore e materiale.
Pianeti con una sola faccia rivolta alla stella
Il fenomeno è conosciuto come blocco mareale. Si verifica quando il tempo impiegato da un corpo celeste per ruotare sul proprio asse coincide con quello necessario a completare un’orbita. Il risultato è che lo stesso emisfero rimane sempre rivolto verso la stella, proprio come la Luna mostra alla Terra quasi sempre la stessa faccia.
Una simile configurazione è considerata probabile per molti pianeti che orbitano molto vicino alle nane rosse, stelle più piccole e fredde del Sole. Per ricevere abbastanza energia da mantenere temperature compatibili con l’acqua liquida, un pianeta deve infatti trovarsi relativamente vicino a questo tipo di stella, aumentando la probabilità che le forze mareali ne sincronizzino la rotazione.
Un esempio particolarmente studiato è LHS 3844 b, un pianeta roccioso leggermente più grande della Terra situato a circa 49 anni luce da noi. Orbita attorno a una nana rossa a una distanza di appena 0,006 unità astronomiche e completa una rivoluzione in meno di un giorno terrestre. Le osservazioni indicano inoltre che probabilmente non possiede un’atmosfera abbastanza spessa da distribuire efficacemente il calore tra i due emisferi.
LHS 3844 b rappresenta soprattutto un laboratorio naturale per studiare questi fenomeni: le temperature della sua superficie sono probabilmente troppo elevate per renderlo un candidato realistico alla vita. La ricerca riguarda però più in generale le super-Terre rocciose bloccate marealmente, comprese quelle che potrebbero trovarsi in condizioni meno estreme.
Un mantello alieno ricostruito in laboratorio
Poiché non è possibile osservare direttamente ciò che accade nelle profondità di un esopianeta, i ricercatori hanno costruito un modello analogico da tavolo. Hanno riempito una vasca rettangolare con una soluzione viscosa di glicerolo, aggiungendo minuscole particelle a cristalli liquidi capaci di cambiare colore in base alla temperatura.
Quattro sistemi termostatici hanno riscaldato e raffreddato separatamente i bordi della vasca, simulando il lato diurno, quello notturno, la superficie e la regione più profonda del mantello. Il movimento del fluido ha permesso agli scienziati di visualizzare come potrebbe circolare il materiale roccioso, lentissimo ma deformabile, all’interno di una super-Terra.
Gli esperimenti hanno rivelato una grande corrente convettiva che coinvolge l’intero sistema. Il materiale caldo sale in corrispondenza del lato diurno, scorre lateralmente verso quello notturno, si raffredda e sprofonda, per poi tornare in profondità verso la regione illuminata.
A differenza della convezione terrestre, caratterizzata da strutture più complesse e variabili, questa circolazione tende a rimanere ancorata alle stesse regioni del pianeta. Anche le eventuali colonne di materiale caldo provenienti dalle profondità, chiamate pennacchi, si formerebbero ripetutamente vicino agli stessi punti.
Vulcani giganteschi sul lato illuminato
Questa configurazione potrebbe produrre una geologia molto diversa da quella terrestre. Il materiale caldo tenderebbe a risalire soprattutto vicino al punto substellare, cioè la zona che riceve direttamente e continuamente la luce della stella. Qui potrebbero formarsi enormi strutture vulcaniche, laghi di magma o persino vasti oceani di roccia fusa.
Sul lato opposto, invece, il materiale più freddo sprofonderebbe verso l’interno. Tra questi due estremi esisterebbero regioni di transizione nelle quali il flusso geotermico sarebbe più moderato.
Secondo i ricercatori, il calore trasportato dal mantello potrebbe contribuire a sciogliere parte del ghiaccio presente sul lato notturno. Le aree più promettenti si troverebbero alle medie e alte latitudini oppure vicino al confine tra luce e oscurità, spesso chiamato terminatore: una fascia che circonda il pianeta e nella quale la stella rimane sempre vicina all’orizzonte.
In queste regioni potrebbe teoricamente persistere acqua allo stato liquido, almeno nel sottosuolo o in bacini localizzati. L’interazione tra acqua, rocce e calore interno potrebbe inoltre alimentare sistemi idrotermali, ambienti considerati particolarmente interessanti nello studio dell’origine della vita.
Un’abitabilità limitata a piccole oasi
Lo studio non dimostra che questi mondi siano abitati, né che possiedano effettivamente oceani, atmosfere o molecole biologiche. Mostra piuttosto che il blocco mareale non deve essere considerato automaticamente incompatibile con l’abitabilità.
La stessa condizione che produce un emisfero rovente e uno congelato potrebbe mantenere attiva la circolazione del mantello, continuando a trasferire energia anche quando il pianeta si raffredda nel corso del tempo. Il valore calcolato per l’efficienza del trasporto termico risulta, in alcuni esperimenti, dello stesso ordine di grandezza di quello terrestre, anche se gli autori sottolineano che saranno necessari modelli più realistici prima di ricavare previsioni quantitative.
L’eventuale abitabilità sarebbe comunque molto diversa da quella della Terra. Non si tratterebbe di un pianeta uniformemente temperato, ma di un mondo dominato dagli estremi, con eventuali “oasi” concentrate in fasce geografiche ristrette.
La circolazione asimmetrica del mantello potrebbe influenzare anche il nucleo liquido e produrre un campo magnetico diverso dal dipolo terrestre. Si tratta però di un’ipotesi che l’esperimento non era progettato per verificare e che richiederà ulteriori simulazioni e osservazioni.
La ricerca amplia così il numero dei mondi da prendere in considerazione nella ricerca della vita. Un pianeta diviso tra un giorno eterno e una notte infinita potrebbe non essere interamente abitabile. Ma tra il fuoco e il ghiaccio, nelle sue regioni di confine o sotto la superficie congelata, potrebbero esistere condizioni meno ostili di quanto finora immaginato.
Stefano Camilloni
