ESI: Earth Similarity Index

Grazie alle più che positive scoperte di Kepler e ai nuovi metodi di indagine per la ricerca di esopianeti, si è reso necessario sviluppare anche nuovi strumenti matematici che aiutino nella classificazione di questi in base alla loro somiglianza con la Terra ¹.

 L’Earth Similarity Index (ESI), è un indice che esprime il grado di similitudine tra un qualsiasi pianeta extrasolare e la Terra compreso tra zero (nessuna similarità) e uno (identico alla Terra). L’ESI può essere utilizzato per dare priorità nelle osservazioni, effettuare valutazioni statistiche e sviluppare le classifiche planetarie. L’espressione di base per l’indice  ESI è
dove x_i fa riferimento a una delle quattro proprietà planetarie (ex. la temperatura superficiale), x_io è il corrispondente valore di riferimento terrestre (in questo caso 288 K), w_i è l’indice di importanza della proprietà planetaria, n è il numero di proprietà planetaria, ed ESI ovviamente è l’indice di similarità. Gli esponenti dell’equazione sono usati per regolare la sensibilità della scala e pareggiare il suo significato tra le diverse proprietà.

l’ipotetico pianeta Gliese 581g

I pianeti simili alla Terra possono essere definiti come un qualsiasi organismo planetario con una composizione simile a quella terrestre e un’atmosfera temperata. Come regola generale, qualsiasi corpo planetario con un valore di oltre lo 0,8 ESI può essere considerato un pianeta simile alla Terra.
Ciò significa che il pianeta è roccioso in composizione (silicati) e ha un clima adatto per la maggior parte della vegetazione terrestre, compresa la vita complessa. Pianeti con valori ESI nel range 0,6-0,8 (cioè come Marte) potrebbe essere ancora abitabili, ma solo per forme di vita estremofile, in quanto sono o troppo freddi o troppo caldi, per i parametri di vita come li conosciamo.
I parametri per l’elaborazione dell’equazione ESI per raggio medio, densità, velocità di fuga, e la temperatura superficiale sono riportati nella tabella 1.
I calcoli per i pianeti solari ed extrasolari sono illustrati nella Figura 1. Esse sono divise per comodità per ascisse in base al raggio medio e la densità della massa, e per ordinata in base alla velocità di fuga e la temperatura superficiale. Questi valori sono poi combinati in un ESI globale. I valori in ordinata possono essere considerati un indice di abitabilità a causa della sua  definizione che vede la Terra come punto di arrivo (Tabella 1). Tuttavia, una formulazione simile può essere costruita per altri corpi planetari con valori di riferimento diversi (ad esempio oceano come pianeti).
Una delle applicazioni più pratiche della ESI è negli studi sulla distribuzione e la diversità di pianeti simili alla Terra (Figura 2).
I valori di ESI per  i pianeti candidati scoperti dalla Missione Kepler è mostrato in Figura 3.

Figura 1. ESI per 47 corpi del Sistema Solare con raggio maggiore di 100 km (arancione) e 258 pianeti extrasolari conosciuti (blu). Solo alcuni dei corpi più importanti sono etichettati. La scala ESI opera una distinzione tra quelli rocciosi (area rossa) e la superficie temperata (area azzurra) dei  pianeti. Solo i pianeti all’interno di queste due categorie possono essere considerati simili alla Terra (area verde). Le linee tratteggiate rappresentano i valori costanti di ESI. Se confermato, solo Gliese 581 g può finora considerarsi simile alla Terra e essere nello stesso insieme.

Figura 2. Distribuzione dei valori di ESI sulla base di una previsione teorica statistica (giallo), per 47 corpi del Sistema Solare con raggio maggiore di 100 km (arancione), e 258 pianeti extrasolari conosciuti (blu). Il nostro Sistema Solare coincide con le previsioni, ma le sbarre per i pianeti extrasolari conosciuti mostrano il limite delle attuali tecniche di osservazione che consentono di scoprire grandi corpi planetari (ESI valori tra 0,2 e 0,4). Questo tipo di analisi l’ESI può essere usata per predire il numero atteso di pianeti simili alla Terra in un campione di stelle.

Figura 3. Indice ESI per 47 corpi del Sistema Solare con raggio maggiore di 100 km (arancione), 258 i pianeti extrasolari conosciuti (blu) e i 1235 pianeti candidati scoperti da Kepler (verde). La massa per il calcolo dell’indice ESI è stata stimata utilizzando un rapporto generico di massa-raggio per le relazioni gas, oceano nei pianeti rocciosi prendendo come riferimento il Sistema Solare (non era indicata la massa nel set di dati). Il risultato sorprendente nell’estrapolazione dei dati di Kepler è l’abbondanza potenziale di corpi rocciosi e la presenza di due candidati pianeti simili alla Terra, oltre che a un paio molto vicini a questa categoria. Le informazioni contenute in questa candidati planetaria è molto limitata e saranno necessarie altre osservazioni su questi candidati per confermarne l’esistenza..

Note: