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pubblicato il 29 novembre 2012 in spazio

Esobiologia

Uno strano messaggio
Ci troviamo a bordo di una sonda che è passata alla storia per essere il secondo oggetto artificiale più lontano dalla Terra. Siamo in viaggio da quarant’anni e fra circa 2 milioni di anni arriveremo in prossimità della stella Aldebaran, nella costellazione del toro. Alla distanza di 65 anni luce (1 anno luce = distanza percorsa dalla luce in un anno = 9, 5 1012 km) dalla Terra forse riusciremo a trovare altri pianeti, magari abitati da civiltà evolute.
Portiamo con noi un placca metallica, una sorta di carta di identità che racconta la Terra e i suoi abitanti.

La prima placca fu lanciata con la sonda Pioneer 10 il 2 marzo 1972. Nell'angolo superiore sinistro viene rappresentata la transizione iperfine per inversione di spin dell'idrogeno,  l'elemento più abbondante nell'universo. Rappresenta una sorta di unità di misura, il metro campione. Al di sotto di questo simbolo c'è una piccola linea verticale che rappresenta la cifra binaria 1. Sul lato destro della placca sono rappresentati un uomo e una donna davanti al modellino della Pioneer.  L'uomo ha la mano destra alzata in segno di pace e per mostrare il pollice opponibile e il movimento degli arti. A sinistra dell'uomo e della donna sono mostrate 14 linee che si diramano da un centro comune, rappresentanti la posizione relativa del Sole rispetto al centro della galassia e 14 pulsar. Nella parte inferiore della placca viene rappresentato uno schema del sistema solare, con la traiettoria seguita dalla Pioneer. Crediti: NASA

La prima placca fu lanciata con la sonda Pioneer 10 il 2 marzo 1972. Nell’angolo superiore sinistro viene rappresentata la transizione iperfine per inversione di spin dell’idrogeno, l’elemento più abbondante nell’universo. Rappresenta una sorta di unità di misura, il metro campione. Al di sotto di questo simbolo c’è una piccola linea verticale che rappresenta la cifra binaria 1. Sul lato destro della placca sono rappresentati un uomo e una donna davanti al modellino della Pioneer. L’uomo ha la mano destra alzata in segno di pace e per mostrare il pollice opponibile e il movimento degli arti. A sinistra dell’uomo e della donna sono mostrate 14 linee che si diramano da un centro comune, rappresentanti la posizione relativa del Sole rispetto al centro della galassia e 14 pulsar. Nella parte inferiore della placca viene rappresentato uno schema del sistema solare, con la traiettoria seguita dalla Pioneer. Crediti: NASA

Ci troviamo sulla sonda Pioneer 10. Rappresentiamo il primo tentativo di contatto con forme di vita aliene. È più un auspicio che un vero obiettivo. E si, perché dovremmo essere fortunati di trovare un altro sistema planetario, con un pianeta simile alla Terra e sul quale si siano evolute forme di vita che abbiamo raggiunto la tecnologia necessaria a interpretare il nostro “biglietto da visita”. Le probabilità sono abbastanza remote e comunque non lo sapremo prima di 2 milioni anni. Troppo tempo per dei curiosi esploratori dello spazio!

Ricerca di forme di vita intelligenti: il progetto SETI
Il racconto, un po’ romanzato, rappresenta l’avventura della missione Pioneer 10, iniziata nel 1972, epoca in cui da poco erano anche partite le prime missioni Mariner destinate all’esplorazione di Marte, Venere e Mercurio. Pochi anni dopo il lancio della Pioneer, nel 1975 partirono inoltre le missioni Viking, le prime a inviare un lander sul suolo di Marte e in grado di mostrarci immagini ad alta risoluzione del panorama marziano. Subito ci fu la prima delusione: sul pianeta Rosso non c’era l’ombra di un marziano.
L’esigenza di metterci in contatto con qualche “ascoltatore alieno” si concretizza con il progetto SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence), un programma dedicato alla ricerca di vita intelligente extraterrestre abbastanza evoluta da poter inviare segnali radio nello spazio.
Il progetto SETI nasce nel 1974; fin dall’inaugurazione viene compiuto un tentativo simbolico di contatto con altre forme di vita. Viene inviato un segnale radio con il potente radiotelescopio da 305 metri di Arecibo.

Il radiotelescopio di Arecibo è situato circa 15 km da Arecibo, nell'isola di Porto Rico. È il più grande telescopio con singola apertura che sia mai stato costruito. Possiede, infatti, un'antenna da 305 metri, motivo per cui è stato costruito all'interno di un avvallamento naturale. Crediti: Cornell University,NSF, NASA

Il radiotelescopio di Arecibo è situato circa 15 km da Arecibo, nell’isola di Porto Rico. È il più grande telescopio con singola apertura che sia mai stato costruito. Possiede, infatti, un’antenna da 305 metri, motivo per cui è stato costruito all’interno di un avvallamento naturale. Crediti: Cornell University, NSF, NASA

Il messaggio fu trasmesso in direzione dell’ammasso globulare M13, nella costellazione di Ercole, distante da noi circa 25.000 anni luce.

L'Ammasso Globulare di Ercole (conosciuto anche come M13 dalla sua posizione nel Catalogo di Messier, oppure come NGC6205) è un ammasso globulare visibile nella costellazione di Ercole a una distanza di circa 25.000 anni luce dalla Terra. È costituito da diverse centinaia di migliaia di stelle. L'età stimata è tra 12 e 14 miliardi di anni. Pur essendo ad una notevole distanza dalla Terra, risulta l'ammasso globulare più luminoso dell'emisfero boreali, questo implica che la sua luminosità deve essere elevatissima, superiore a quella di 300000 soli. Crediti: Marco Burali, Tiziano Capecchi, Marco Mancini (Osservatorio MTM)

L’Ammasso Globulare di Ercole (conosciuto anche come M13 dalla sua posizione nel Catalogo di Messier, oppure come NGC6205) è un ammasso globulare visibile nella costellazione di Ercole a una distanza di circa 25.000 anni luce dalla Terra. È costituito da diverse centinaia di migliaia di stelle. L’età stimata è tra 12 e 14 miliardi di anni. Pur essendo ad una notevole distanza dalla Terra, risulta l’ammasso globulare più luminoso dell’emisfero boreali, questo implica che la sua luminosità deve essere elevatissima, superiore a quella di 300000 soli. Crediti: Marco Burali, Tiziano Capecchi, Marco Mancini (Osservatorio MTM)

Si tratta dell’ammasso globulare più luminoso dell’emisfero boreale ed è visibile anche ad occhio nudo.
La sostanziale differenza rispetto alla missione Pioneer consiste nel fatto che il messaggio radio viaggia alla velocità della luce. Il bersaglio fu scelto appositamente perché un ammasso può contenere centinaia di migliaia di stelle ed è più probabile che qualcuna ospiti un sistema planetario con un pianeta sul quale si sia evoluta una società in grado di ricevere il messaggio e di interpretarlo.
Il messaggio conteneva elementi simili a quelli riportati sulla placca della Pioneer 10: alcuni dati sulla posizione della Terra nel sistema solare, la rappresentazione di un essere umano, alcune formule chimiche ed il disegno del radiotelescopio di Arecibo. Viaggiando ala velocità della luce, un’eventuale risposta non potrà giungerci prima di 50.000 anni; per questo motivo l’intero esperimento non ha mai riscosso grande successo.

Esobiologia e ricerca di vita elementare
Oggi l’esobiologia (la scienza che ricerca la presenza di vita extraterrestre nell’universo) si è orientata piuttosto verso la ricerca di tracce che rivelino la presenza di forme di vita elementari in grado di sopportare anche condizione ambientali diverse da quelli della Terra. Alcuni di queste sono batteri estremofili, presenti anche sulla Terra vicino alle bocche dei vulcani o sotto lo spesso ghiaccio dell’Antartide. Si chiamano estremofili perché vivono in condizioni estreme. Per loro la mancanza di luce e ossigeno non costituisce necessariamente un problema.
Rimanendo nel nostro sistema solare, sono molti i luoghi diversi dalla Terra, dove è probabile ritrovare la presenza di batteri estremofili.
A circa cinque unità astronomiche (1 u.a.= distanza Terra-Sole = 150.000.000 km) dal Sole, in prossimità dell’orbita di Giove, troviamo una delle sue maggiori lune: Europa. Scoperta nel 1610 da Galileo Galilei grazie al suo cannocchiale, nel 1995 Europa è tornata alla ribalta grazie alle stupefacenti immagini della sonda Galileo, che in otto anni di attività (1995-2003) ha eseguito numerosi sorvoli del satellite.
L’esplorazione della luna gioviana è ritenuta di primaria importanza poiché si ritiene che sia un habitat adatto ad ospitare la vita.

Europa, il quarto satelliti di Giove in termini di dimensioni,  ripreso in uno dei sorvoli della sonda Galileo. Crediti: NASA

Europa, il quarto satelliti di Giove in termini di dimensioni, ripreso in uno dei sorvoli della sonda Galileo. Crediti: NASA

È stato scoperto che Europa ospita al di sotto della sua superficie un intero oceano di acqua allo stato liquido. Le forze di marea dovute all’interazione gravitazionale di Giove provocano continui movimenti del satellite (stiramenti e contrazioni), che sarebbero in grado di mantenere l’acqua allo stato liquido e anche abbastanza calda da poter favorire l’insorgere di forme di vita semplice. Il Sole, infatti, con il suo colore non sarebbe in grado di creare e mantenere un ecosistema, poiché Europa è circa 5 volte più distante della Terra e di conseguenza riceve 1/25esimo del calore che arriva su di essa.
Gli “abitanti” di Europa potrebbero essere simili a certi esseri viventi che si trovano sulla Terra, come per esempio gli archei o archibatteri, costituiti da singole cellule mancanti di nucleo, oppure gli endoliti, dei microrganismi che sulla Terra vivono negli interstizi tra una roccia e l’altra e che su Europa potrebbero trovarsi nello spesso strato ghiacciato della sua superficie.

Immagine di un Halobacterium, una delle possibile forma di vita presenti su Europa. Sulla Terra si ritrova in luoghi ad altissima concentrazione salina come il Mar Morto o il Gran Lago Salato nell'Utah.

Immagine di un Halobacterium, una delle possibile forma di vita presenti su Europa. Sulla Terra si ritrova in luoghi ad altissima concentrazione salina come il Mar Morto o il Gran Lago Salato nell’Utah.

Insomma, rimanendo solo nel sistema solare abbiamo trovato almeno un altro mondo in cui è possibile rintracciare la vita. Lo stesso potrebbe accadere su altri pianeti in altri sistemi planetari. Ovviamente non possiamo inviare sonde a studiare questi pianeti poiché un viaggio, con le tecnologie attuali, richiederebbe troppo tempo.  Possiamo però analizzare a distanza la composizione chimica dell’atmosfera. Infatti, gli essere viventi, seppur piccoli, modificano l’ambiente e quello che si ricerca sono dei segni distintivi rintracciabili facilmente a distanza.
Prima di tutto cerchiamo di scoprire se esistono altri sistemi planetari e se in alcuni di questi esistono pianeti simili alla Terra.

Altre stelle, altri pianeti
Un pianeta extrasolare è un pianeta non appartenente al sistema solare, orbitante cioè attorno a una stella diversa dal Sole. Dal 1995, anno in cui è stato scoperto il primo pianeta extrasolare, 51 Pegasi b, nella costellazione di Pegaso, sono stati individuati oltre 830 pianeti extrasolari. Si tratta di un numero enorme destinato a crescere a un ritmo esponenziale, grazie anche al miglioramento della strumentazione scientifica. Come vengono scoperti? E quanti di questi possono ospitare la vita?
La scoperta di un pianeta extrasolare avviene principalmente grazie a metodi di osservazione indiretta. Si rintracciano alcuni effetti indiretti che rivelino la presenza del pianeta. È come ritrovarsi sulla scena di un omicidio, non vediamo l’assassino ma, grazie alla raccolta di prove, scopriamo chi ha commesso il reato. Il metodo diretto, ossia l’osservazione con i telescopi, si utilizza sempre più raramente poiché permette di scoprire solo pianeti simili a Giove, giganti gassosi molto diversi dalla Terra.

Metodi di rilevazione
Analizziamo da vicino i due principali metodi di osservazione indiretta.
Metodo delle velocità radiali
Ad oggi il metodo di ricerca più efficace è quello delle velocità radiali.

Il grafico mostra il numero di pianeti extrasolari (o esopianeti) scoperti fino al 2011 con l'indicazione dei metodi utilizzati per osservarli. Alla fine del 2011 il totale di pianeti scoperti ammontava a 716, di questi 188 solo nel corso del 2011. Il grafico mostra chiaramente che il numero dei nuovi pianeti scoperti presenta una crescita esponenziale. I metodi di ricerca più efficaci sono il metodo delle velocità radiali e il transito. Crediti: Space pictures

Il grafico mostra il numero di pianeti extrasolari (o esopianeti) scoperti fino al 2011 con l’indicazione dei metodi utilizzati per osservarli. Alla fine del 2011 il totale di pianeti scoperti ammontava a 716, di questi 188 solo nel corso del 2011. Il grafico mostra chiaramente che il numero dei nuovi pianeti scoperti presenta una crescita esponenziale. I metodi di ricerca più efficaci sono il metodo delle velocità radiali e il transito. Crediti: Space pictures.

In un sistema costituito da una stella e un pianeta (sistema binario), entrambi i corpi ruotano intorno ad un comune centro di massa. Se si analizza lo spettro (l’intensità della radiazione emessa da una sorgente in funzione della lunghezza d’onda) emesso dalla stella, si scopre che le righe di emissione o di assorbimento si spostano verso il blu o verso il rosso a seconda che la stella si stia avvicinando o allontanando da noi.

In un sistema binario, costituito da una stella e un pianeta, l'analisi spettrografica della luce proveniente dalla stella permette di misurarne la variazione di velocità radiale tramite il cosiddetto effetto Doppler e, in definitiva, di stimare la massa del pianeta e del suo periodo orbitale. Crediti: ESO

In un sistema binario, costituito da una stella e un pianeta, l’analisi spettrografica della luce proveniente dalla stella permette di misurarne la variazione di velocità radiale tramite il cosiddetto effetto Doppler e, in definitiva, di stimare la massa del pianeta e del suo periodo orbitale. Crediti: ESO

Analizzando come gli spettri variano nel tempo, si ricavano le velocità radiali della stella e del pianeta. L’utilizzo di questo metodo è limitato a stelle più brillanti della 15esima magnitudine, perché altrimenti risulterebbe impossibile ottenere spettri di buona qualità in grado di misurare piccole variazioni di velocità.
Transito
Questo metodo è il secondo più utilizzato e sta tornando alla ribalta grazie alle recenti scoperte di pianeti simili alla Terra effettuate dal satellite americano Kepler. Quando un pianeta, ruotando intorno a una stella, transita davanti al suo disco, la luminosità della stella diminuisce di una piccola quantità.

Durante il transito di un pianeta extrasolare davanti a una stella si assiste a piccola diminuzione della luminosità totale della stella. La variazione di luminosità è tanto maggiore quanto maggiori sono le dimensioni del pianeta. Questo metodo permette di ricavare il raggio del pianeta. Crediti: INAF

Durante il transito di un pianeta extrasolare davanti a una stella si assiste a piccola diminuzione della luminosità totale della stella. La variazione di luminosità è tanto maggiore quanto maggiori sono le dimensioni del pianeta. Questo metodo permette di ricavare il raggio del pianeta. Crediti: INAF

L’attenuazione dipende dalla dimensione della stella e da quelle del pianeta. Misurata la curva di luce della stella (il grafico della luminosità in funzione del tempo) si ricavano misure indirette sul periodo di rotazione del pianeta e sulle sue dimensioni. In taluni casi, grazie a misure spettroscopiche, è possibile inoltre ottenere indicazioni della composizione chimica dell’atmosfera del pianeta.

Fascia di abitabilità
Quanti di questi pianeti extrasolari potrebbero ospitare forme di vita elementari?
La ricerca dei pianeti extrasolari si sta concentrando sostanzialmente nella ricerca di pianeti simili alla Terra, per dimensioni e anche condizioni chimico-fisiche.
Nello specifico, per ospitare la vita, il candidato pianeta extrasolare dovrebbe trovarsi all’interno della zona di abitabilità, ossia una fascia intorno ad una stella all’interno della quale il pianeta può presentare condizioni di temperatura che consentono l’esistenza di acqua allo stato liquido, un fattore necessario per lo sviluppo della vita. Se si analizza la fascia di abitabilità del sistema solare, si scopre che la Terra si trova quasi al centro di tale zona. Sfortunatamente gli attuali metodi di indagine permettono di scoprire principalmente pianeti estremamente caldi e vicini alla propria stella.
Ad oggi, il satellite Kepler ha scoperto un solo pianeta, denominato Kepler-22b, che si trovi all’interno della fascia di abitabilità.

Rappresentazione della fascia di abitabilità del sistema planetario Kepler -22 e del sistema solare. Il pianeta Kepler -22b è un pianeta roccioso di dimensioni maggiori di quelle della Terra che si trova all'interno della zona di abitabilità.  Crediti: NASA/Ames/JPL-Caltech

Rappresentazione della fascia di abitabilità del sistema planetario Kepler -22 e del sistema solare. Il pianeta Kepler -22b è un pianeta roccioso di dimensioni maggiori di quelle della Terra che si trova all’interno della zona di abitabilità. Crediti: NASA/Ames/JPL-Caltech

Kepler-22b è un pianeta di tipo terrestre, con una massa a cavallo tra un pianeta roccioso e uno gassoso (una Super Terra) distante circa 600 anni luce. Ruota attorno alla stella Kepler -22, una nana gialla, all’interno della zona di abitabilità; la temperatura media sulla superficie sembra essere di circa 22° C, condizione ottimale per la presenza di vita.
Dal 2009, anno in cui venne lanciato, il satellite Kepler ha individuato oltre 1200 candidati pianeti, alcuni dei quali potrebbero essere molto simili alla Terra. Non trascorrerà quindi molto tempo prima che potremmo comunicare di aver scoperto un pianeta che ospita la vita.

Conclusione
A partire da quel lontano 1995, quando sembrava che il sistema solare dovesse rassegnarsi ad essere l’unico sistema planetario del nostro universo, sono stati scoperti oltre 800 pianeti e alcuni di essi potrebbero essere molto simili alla Terra. Il numero è molto grande, ma siamo solo agli inizi e non siamo poi andati molto lontano.
Se pensiamo che la Terra coincida con il nostro universo, fin ora abbiamo esplorato una porzione di universo grande quanto un campo da calcio. Le distanze a cui ci siamo spinti per la ricerca di un pianeta extra solare sono un’inezia se pensiamo che il nostro Sistema Solare dista circa 30000 anni luce dal centro galattico e che l’intera galassia ha un diametro di 100.000 anni luce. Come dire, siamo solo all’antipasto!

A cura di Simona Romaniello
Astrofisica e divulgatrice scientifica, per il Planetario di Torino si occupa di formazione e di sviluppo e allestimenti museali.

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