Nel nostro sistema solare, i pianeti sono piccoli e rocciosi (come la Terra) o grandi e gassosi (come Nettuno). Ma intorno ad altre stelle, gli astronomi hanno trovato pianeti che cadono nel mezzo - mondi leggermente più grandi della Terra ma più piccoli di Nettuno. Questi pianeti possono avere superfici rocciose o oceani di acqua liquida, ma è probabile che la maggior parte sia sormontata da atmosfere molto più spesse e opache di quella della Terra.
Nel nuovo studio, riportato nell'Astrophysical Journal Letters, i ricercatori mostrano come la chimica di quelle atmosfere potrebbe rivelare indizi su ciò che si trova sotto - in particolare, quali pianeti sono troppo caldi per supportare gli oceani di acqua liquida. Poiché l'acqua liquida è un ingrediente necessario per la vita come la conosciamo, questa tecnica potrebbe aiutare gli scienziati a restringere la loro ricerca di esopianeti potenzialmente abitabili. Più di 4.500 esopianeti sono stati confermati nella nostra galassia, con oltre 7.700 candidati ancora da confermare, ma gli scienziati stimano che centinaia di miliardi di esopianeti esistano nella nostra galassia.
Il nuovo documento mostra quali sostanze chimiche potrebbero indicare oceani nascosti su esopianeti tra 1,7 e 3,5 volte il diametro della Terra. Una spessa atmosfera su un pianeta cosiddetto sub-Nettuno intrappola il calore sulla superficie e aumenta la temperatura. Se l'atmosfera raggiunge una certa soglia - in genere circa 770 gradi Celsius - subirà un processo chiamato equilibrio termochimico che cambia il suo profilo chimico. Dopo che si è verificato l'equilibrio termochimico - e supponendo che l'atmosfera del pianeta sia composta principalmente da idrogeno, che è tipico per gli esopianeti gassosi - il carbonio e l'azoto saranno prevalentemente sotto forma di metano e ammoniaca.
Queste sostanze chimiche mancherebbero in gran parte in un'atmosfera più fredda e sottile in cui l'equilibrio termochimico non si è verificato. In tal caso, le forme dominanti di carbonio e azoto sarebbero l'anidride carbonica e le molecole di due atomi di azoto.
Un oceano di acqua liquida sotto l'atmosfera lascerebbe ulteriori segni, secondo lo studio, compresa l'assenza di quasi tutta l'ammoniaca vagante, che verrebbe dissolta nell'oceano. Il gas di ammoniaca è altamente solubile in acqua, a seconda del pH dell'oceano (il suo livello di acidità). Su una vasta gamma di livelli plausibili di pH oceanico i ricercatori hanno scoperto che l'atmosfera dovrebbe essere praticamente priva di ammoniaca quando c'è un enorme oceano sottostante.
Inoltre, ci sarebbe più anidride carbonica che monossido di carbonio nell'atmosfera; al contrario, dopo l'equilibrio termochimico, ci dovrebbe essere più monossido di carbonio che anidride carbonica se ci sono quantità rilevabili di entrambi.