Earth Similarity Index

L’Earth Similarity Index (in italiano Indice di similarità terrestre), noto anche con la sigla «ESI» e chiamato anche «easy scale» («scala semplice»), è una misura di quanto un pianeta sia fisicamente simile alla Terra.

La scala varia da un valore minimo di 0 fino ad un massimo di 1, che è anche il valore associato alla Terra. Originariamente era stato progettato per i pianeti, tuttavia è utilizzabile anche su altri corpi celesti come ad esempio i satelliti naturali. L'ESI è una funzione che tiene conto dei fattori raggio, densità, velocità di fuga e temperatura dell'oggetto in questione^[2]^[3]; in alcuni casi questi parametri sono delle stime, essendo difficile calcolarli con esattezza soprattutto per i corpi celesti più lontani. A loro volta questi parametri dipendono da altri fattori: per esempio la temperatura è influenzata dall'irradiazione, dall'effetto serra e altri.

Un pianeta con un ESI elevato (cioè nell'intervallo 0.8-1.0) dovrà essere di tipo roccioso. L'ESI non è tuttavia un indice di abitabilità di un pianeta anche se i due sono strettamente collegati, dato che più un parametro è simile a quello terrestre spesso anche l'abitabilità di quel pianeta sarà elevata; infatti entrambi partono dalla temperatura come parametro base per calcolare il loro valore.

Secondo questa scala, nel Sistema Solare non ci sono altri pianeti o satelliti che superano il valore 0.8 di similitudine con la Terra. Marte è quello che si avvicina di più con 0.79. D'altra parte sono stati riscontrati pianeti extrasolari che superano quel valore. Al 2022 il pianeta con l'ESI più elevato è Teegarden b, con un valore di 0.95.^[4]

Formula

Il valore ESI è definito dalla seguente relazione:

$\mathrm {ESI} =\prod _{i=1}^{n}\left(1-\left|{\frac {x_{i}-x_{i_{0}}}{x_{i}+x_{i_{0}}}}\right|\right)^{\frac {w_{i}}{n}}$

dove $x_{i}$ è una delle proprietà del pianeta (temperatura per esempio), $x_{i_{0}}$ è il corrispondente valore terrestre di un parametro preso in considerazione, $w_{i}$ riguarda il peso che ha la variabile nella relazione; più una variabile è importante, più questo valore sarà elevato e $n$ è il numero totale delle proprietà prese in considerazione.

Proprietà	Valore terrestre corrispondente	Importanza della variabile
Raggio medio	1.0	0.57
Densità	1.0	1.07
Velocità di fuga	1.0	0.70
Temperatura superficiale	288 K	5.58

Il valore ESI si può a sua volta dividere in due gruppi:

ESI Interno: che prende in considerazione il raggio medio e la densità;
ESI Esterno: che prende in considerazione la velocità di fuga e la temperatura.

Esopianeti confermati con gli ESI più alti

Comparazione delle dimensioni dei pianeti Kepler-69 c, Kepler-62 e (0,82), Kepler-62 f (0,69), e la Terra. Tutti i pianeti, ad eccezione della Terra, sono rappresentazioni artistiche.

I pianeti extrasolari occupano la maggior parte della lista dei pianeti con un ESI elevato. Tuttavia è doveroso tenere conto che i metodi di individuazione dei pianeti extrasolari non possono essere precisi e di conseguenza i parametri che vengono dedotti potrebbero non rappresentare la realtà. Per esempio con il metodo dei transiti, uno dei più usati, si ha una certezza importante per quanto riguarda la misura del raggio, ma non altrettanto per la densità. Al contrario con il metodo della velocità radiale l'errore relativo al calcolo della massa è limitato, ma non quello per la misura del raggio. Molti dei pianeti osservati con diversi metodi hanno un ESI elevato.

La seguente tabella comprende i pianeti confermati con un ESI simile o superiore a quello di Marte (0,799). In tale lista sono presenti anche quelli situati in una zona abitabile "ottimistica" e con massa compresa tra 5 e 10 volte quella della Terra o un raggio compreso tra 1,5 e 2,5 R_⊕.^[4]

Pianeta	ESI	Distanza (a.l.)	M_⊕	R_⊕	Temp (K)	Anno scoperta
Terra	1,00	0	1	1	255	-
Teegarden b	0,97	12,5	≥ 1,16	~ 1,05	293	2019
TOI-700 d	0,94	101	2,26	1,07	276	2019
Kepler-1649 c	0,93	302	1,2	1,6	237	2017
TOI-700 e	0,91	101	-	0,95	305	2023
TRAPPIST-1 d	0,91	39,5	0,41	0,77	295	2017
LP 890-9 c	0,89	105	<25,3	1,37	280	2022
K2-72 e	0,87	228	2,7	0,82	306	2016
Proxima Centauri b	0,86	4,224	1,27	0,9	261	2016
Gliese 1002 b	0,86	16	1,08	-	260	2022
Gliese 1061 d	0,86	11,9	1,68	-	246	2019
Gliese 1061 c	0,86	11,9	1,75	-	310	2019
Ross 128 b	0,86	11	1,40	-	316	2017
Gliese 273 b	0,85	17,4	2,89	-	291	2017
Kepler-296 e	0,85	737	-	1,53	281	2014
TRAPPIST-1 e	0,85	39,5	0,62	0,92	257	2017
Wolf 1069 b	0,85	31,3	≥ 1,26	1,6	271	2023
Kepler-442 b	0,84	1292	-	1,34	263	2015
Kepler-452 b	0,83	1400	5 ± 2	1,63	295	2015
Kepler-62 e	0,83	1200	-	1,61	297	2013
Kepler-1652 b	0,83	822	-	1,6	275	2017
K2-3 d	0,81	143	> 2,2	1,46	315	2015
TOI-715 b	0,81	138	~ 3	1,55	264	2023
Wolf 1061 c	0,80	14	4,3	1,6	306	2015
Gliese 667 Cc	0,80	22,7	4,54	1,5?	278	2011
Kepler-1410 b	0,80	1200	-	1,8	292	2016

Corpi del sistema solare

La Luna, Io e la Terra mostrati per dimensioni. Nonostante la massa sia significativamente minore, molti satelliti e pianeti nani del Sistema Solare hanno una densità e temperatura simile a quella terrestre, aumentando notevolmente il loro valore ESI. È quindi teoricamente possibile che altri pianeti o satelliti abbiano un ESI ancora superiore

Il valore ESI può essere applicato, oltre ai pianeti, ad altri oggetti, come i satelliti naturali, pianeti nani, asteroidi.^[1]

ESI di corpi del sistema solare in confronto:

Oggetto	Tipo	ESI
Marte	Pianeta	0.80
Mercurio	Pianeta	0.73
Luna	Satellite naturale	0.68
Venere	Pianeta	0.66
Io	Satellite naturale	0.55
Callisto	Satellite naturale	0.53
Ganimede	Satellite naturale	0.49
Giove	Pianeta	0.46
Europa	Satellite naturale	0.46
Titano	Satellite naturale	0.44
Cerere	Pianeta nano/Asteroide	0.42
Saturno	Pianeta	0.42

Note

^ ^a ^b Suresh Chandra et al., Earth Similarity Index with two free parameters (PDF), su arxiv.org, 17 luglio 2015.
^ Earth Similarity Index (ESI), su phl.upr.edu, Planetary Habitability Laboratory.
^ Schulze-Makuch, D., Méndez, A., Fairén, A. G., von Paris, P., Turse, C., Boyer, G., Davila, A. F., Resendes de Sousa António, M., Irwin, L. N., and Catling, D. (2011) A Two-Tiered Approach to Assess the Habitability of Exoplanets. Astrobiology 11(10): 1041-1052.
^ ^a ^b HEC: Data of Potential Habitable Worlds, su phl.upr.edu, Planetary Habitability Laboratory, Arecibo.

Voci correlate

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[chandra-1] Suresh Chandra et al., Earth Similarity Index with two free parameters (PDF), su arxiv.org, 17 luglio 2015.

[esi-2] Earth Similarity Index (ESI), su phl.upr.edu, Planetary Habitability Laboratory.

[3] Schulze-Makuch, D., Méndez, A., Fairén, A. G., von Paris, P., Turse, C., Boyer, G., Davila, A. F., Resendes de Sousa António, M., Irwin, L. N., and Catling, D. (2011) A Two-Tiered Approach to Assess the Habitability of Exoplanets. Astrobiology 11(10): 1041-1052.

[UPR-Catalog-4] HEC: Data of Potential Habitable Worlds, su phl.upr.edu, Planetary Habitability Laboratory, Arecibo.

[1]

[2]

[3]

[4]