La regione di abitabilità di Kasting

Regione di abitabilità empirica

Il capitolo precedente lo potete leggere qui.

Mi sono rifatto inizialmente a un altro lavoro, quello del francese Selsis, risalente al 2007. Esso si rifà a sua volta al lavoro pionieristico di Kasting del 1993 che ha sviluppato delle formule analitiche per l’individuazione dei limiti inferiori e superiori della regione di abitabilità in dipendenza da alcune condizioni. Kasting ha semplificato il problema riducendolo a una dimensione sola – ovvero immaginando di porre la stella analizzata su una retta e individuando sulla medesima dei segmenti corrispondenti alla regione di abitabilità. A onor del vero, il problema andrebbe affrontato nella sua tridimensionalità dal momento che le stelle sono approssimabili a delle sfere che individuano a una certa distanza dalla loro superficie un volume di abitabilità – geometricamente corrispondente a un guscio sferico, naturalmente. Pur lavorando in un’approssimazione di cui qui non spiegherò i dettagli e giocando con i parametri a disposizione, ho individuato sette regioni di abitabilità alla Selsis. Esse sono riassunte nella tabella sottostante.

Regioni di abitabilità di Selsis

Come si può vedere, esse considerano la presenza di copertura nuvolosa in diverse percentuali e, all’opposto, la sua assenza. Per entrambi questi casi, inoltre, si prendono in esame le condizioni tali da avere un effetto serra incontrollato e una temperatura limite superficiale di 373 K. Su entrambi questi punti vale la pena spendere due parole. Per distanze orbitali inferiori a una unità astronomica (UA) – e per l’attuale luminosità solare – la temperatura è estremamente sensibile alla distanza orbitale, aumentando per valori inferiori a 273 K a 1 UA (in assenza di CO2) fino a circa 373 K (P = 1 bar) a 0.95 UA. Questo netto incremento nella temperatura è causato principalmente dall’incremento nell’opacità nell’infrarosso (IR) e dalla diminuzione dell’albedo causato dall’assorbimento della radiazione solare nel vicino infrarosso (NIR, da near-infrared) del vapor acqueo. Per distanze orbitali inferiori, per via della relazione tra temperatura, pressione di vapore e opacità nell’infrarosso, il flusso uscente IR diventa quasi indipendente dalla temperatura superficiale e tende asintoticamente verso il limite superiore di circa 300 W/m², noto come limite per un effetto serra incontrollato (Abe & Matsui 1988; Kasting 1988; Ishiwatari et al. 2002). A questo punto, un incremento nell’irraggiamento – o un decremento della distanza orbitale – non si traduce in un incremento del flusso IR uscente, ma conduce invece a un forte aumento della temperatura e della pressione. A sua volta ciò produce un lieve incremento dell’albedo e così nella radiazione NIR/visibile riflessa. L’incremento dell’albedo per temperature superiori a 373 K e pressioni superiori a 1 bar è la conseguenza di un forte scattering di Rayleigh (retrodiffusione ) che avviene nel visibile (dominio spettrale dove il vapore d’acqua non assorbe significativamente) e della saturazione delle bande di assorbimento dell’acqua per quanto riguarda la radiazione stellare NIR. Questo incremento nell’albedo atmosferico, sopra circa lo 0.35 (in assenza di nuvole), protegge le riserve d’acqua dalla completa vaporizzazione per distanze orbitali sotto le 0.84 UA. A 0.84 UA, la temperatura raggiunge il valore di 647 K e le riserve d’acqua diventano un inviluppo fluido supercritico. Una riserva d’acqua limitata in più potrebbe certamente essere totalmente vaporizzata per un irraggiamento inferiore. Quando questo limite teorico per l’irraggiamento è oltrepassato, c’è un drammatico incremento della temperatura per valori superiori a 647 K fino a valori > 1400 K, una temperatura che potenzialmente fonde i silicati sulla superficie. Questo comportamento è una conseguenza di un effetto serra incontrollato soglia che limita il raffreddamento del pianeta attraverso IR. Per temperature superiori a 1400 K, il pianeta può irradiare l’energia stellare assorbita attraverso l’atmosfera nelle lunghezze d’onda del visibile e delle onde radio alle quali l’opacità del vapor acqueo è trascurabile. Tutto questo era per illustrare in modo più preciso i grafici sottostanti, nei quali le regioni di abitabilità per ognuna delle 64 stelle sono indicati in verde, mentre in rosso è segnato il valore del semiasse maggiore del pianeta ospitato. Se i due si sovrappongono significa ovviamente che il pianeta ricade nella fascia di abitabilità individuata con i parametri indicati ai piedi del grafico. Il primo in particolare prende il nome di zona di abitabilità empirica e prende come limite le attuali posizioni di Venere e Marte rispettivamente come limite inferiore e superiore per via delle loro condizioni (si ricordi il terribile effetto serra a cui è soggetta Venere).

Regione di abitabilità empirica

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Regione di abitabilità per assenza di copertura nuvolosa con temperatura superficiale limite di 373 K

Regione di abitabilità per copertura nuvolosa del 100% con runaway greenhouse limit

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4 thoughts on “La regione di abitabilità di Kasting

  1. Pingback: Piccolo è meglio | (Il pesce di Erwin)

  2. Sia Vert1g0 che Tachimio mi hanno comunicato che ero stata nominata “Versatile Blogger Award”.

    In realtà non avevo idea di cosa fosse, così sono andata sul loro blog per farmi un’idea…
    Ma prima di dirti di che cosa si tratta, ringrazio di cuore ambedue: e ti invito a dare un occhio al loro blog  seguendoquesto link!

    Detto questo, si tratta di mostrare il logo dell’award sul blog (l’immagine qui a fianco); ringraziare chi ha proposto la nomination; nominare altri 15 blog (li troverai qui in basso); informare i diretti interessati contattandoli con un link nel post; e scrivere 7 cose su di te …
    Un saluto… Loredana

    • Ciao Loredana! Non sono molto “versatile” con i premi e questa è in assoluto la prima nomina che ricevo :)
      Quindi già ti ringrazio qui!
      E non mancherò di visitare i due blog segnalatori.
      Ah, ovviamente complimenti “bloggosi” a te! :D

  3. Pingback: Il turno di Kopparapu | (Il pesce di Erwin)

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