Alla ricerca di forme di vita su mondi lontani

La ricerca di un'altra Terra. Crediti NASA-Sito web Planet Quest

La ricerca di un’altra Terra. Crediti NASA-Sito web Planet Quest

Se c’è vita là fuori, ed è molto probabile che ci sia, la potremo scoprire dallo studio dell’atmosfera di un pianeta lontano. L’impronta della vita extraterrestre è nei gas che compongono il cielo dei . Se il metabolismo degli organismi è in grado, come sappiamo, di alterare le componenti di un’atmosfera, una spettroscopia potrebbe essere risolutiva. Uno spettro di un’atmosfera aliena può rivelare la presenza di molecole di anidride carbonica, acqua, ozono, metano, ammoniaca. Bio-impronte di cui sempre più dobbiamo andare in caccia.
Il problema principale, a oggi, resta la nostra oggettiva incapacità tecnologica di determinare le caratteristiche di un pianeta. Al di là di massa, raggio e quantità di luce ricevuta non ci sono mezzi per analizzare in maniera esaustiva né atmosfera, né superficie e geologia dei pianeti alieni.

Immaginiamo una corsa a tre cavalli. Due di questi sono noti a tutto il pubblico, il terzo no.

Applichiamo questi tre cavalli nello studio dell’astrobiologia. Il primo cavallo rappresenta delle forme biologiche all’interno del nostro Sistema Solare che si possono studiare e analizzare da vicino grazie al lancio di sonde verso Marte o verso alcune lune di Giove e di Saturno. Il secondo cavallo rappresenta invece la possibilità di ampliare gli esperimenti portati avanti da SETI per intercettare segnali radio o anche laser da eventuali civiltà aliene molto lontane da noi.

Una rappresentazione artistica di un radiotelescopio. Fonte SETI

Una rappresentazione artistica di un radiotelescopio. Fonte SETI

Il primo cavallo avrebbe il vantaggio che se dei microbi si fossero davvero formati da qualche parte nel nostro Sistema Solare, saremmo in grado di portarli a casa, morti o vivi. Si tratterebbe di forme aliene di vita sulla nostra Terra, un’idea che elettrizzerebbe gli astrobiologi, senza dubbio.

Il secondo cavallo, quello che possiamo chiamare SETI, che si impegna a scoprire la varietà più interessante di extraterrestri, quelli che sono tecnologicamente avanzati. La difficoltà che sta alla base del programma SETI è che si ha la necessità di puntare i nostri telescopi nella direzione dei segnali proprio mentre essi raggiungono il nostro pianeta, c’è bisogno di sincronismo. Non devono arrivare né prima, né dopo.

Il terzo cavallo, quello che finora non si è mai visto giocare o che ha giocato a nascondino, si potrebbe dire, non presenta problemi di sincronismo. Pensiamo all’atmosfera terrestre che è composta per il 21 percento di ossigeno, una conseguenza dell’attività della fotosintesi clorofilliana durata miliardi di anni.  L’ossigeno è un gas di scarico della vegetazione. La fotosintesi, si sa, è il processo attraverso cui gli organismi vegetali convertono l’energia del Sole in energia chimica. Noi, insieme a tutti gli animali erbivori e onnivori, quando mangiamo le piante riceviamo questa energia, alimentando così il motore che rende la fotosintesi in assoluto la fonte di vita primaria sul nostro pianeta.

La cosa certa è che la firma dell’ossigeno nell’atmosfera terrestre è presente da circa due miliardi di anni. Per tutto questo tempo, l’ossigeno ha trasmesso la sua presenza nello spazio. Potrebbe venir facilmente individuato anche su grandi distanze da una qualsiasi civiltà extraterrestre che abbia delle conoscenze di astronomia e una strumentazione un pochino avanzata. Non ci sarebbero problemi di sincronismo, dato che questo segnale durerebbe per un tempo estremamente lungo, dell’ordine dei miliardi di anni. Per questo motivo, per cercare eventuali forme di vita su altri pianeti lontani, bisogna puntare alle firme spettrali, o spectral biosignature, lasciate non tanto dall’ossigeno quando da altri elementi, come per esempio il metano. Il modo più ovvio sarebbe quello di catturare la debole luce che proviene da un pianeta extrasolare in orbita attorno ad una stella lontana e analizzare la luce riflessa che proviene da questo oggetto. Questo metodo è estremamente complicato, dato che solo pochissimi sistemi planetari possono essere osservati in modo diretto con la tecnologia attuale a causa delle loro enormi distanze, della differenza in luminosità tra stella e pianeta, e perché il pianeta è vicinissimo alla stella e quindi non separabile con la nostra attuale strumentazione sia da terra che dallo spazio.

Rappresentazione artistica di un transito planetario. Crediti: NASA.

Rappresentazione artistica di un transito planetario. Crediti: NASA.

Allora, si deve passare ad una seconda tecnica: osservare e studiare il debolissimo calo di luminosità che si ha quando il pianeta passa con regolarità davanti alla sua stella, una sorta di eclissi. Questa tecnica è stata utilizzata anche dal Telescopio Spaziale Kepler della NASA per scoprire centinaia di mondi che sarebbero stati, altrimenti, invisibili. Kepler è in grado di rilevare il debole calo di luce, o una mini eclisse, che si sta verificando dieci, cento, mille anni luce di distanza da noi.

In particolare, il “segreto” consiste nel fare una sottrazione di spettri: sottrarre, in particolare, lo spettro di una stella quando il pianeta non è in transito (passa davanti alla stella) o in occultazione (passa dietro la stella) dallo spettro preso quando il pianeta invece è in transito o in occultazione. Infatti, lo spettro della stella in transito contiene anche una parte dello spettro della luce riflessa dal pianeta.

Questo teoricamente potrebbe essere semplice, ma in pratica è complicato. Utilizzando un telescopio spaziale, si eviterebbe il problema introdotto dall’atmosfera. I telescopi  orbitali sono generalmente di piccole dimensioni e la strumentazione al momento non è in grado di rilevare queste piccolissime variazioni di luminosità.

Ci sarebbe un’altra possibilità per aggirare il problema e che è stato portato avanti da Daniel Angerhausen, un ricercatore del Goddard Spaceflight Center della NASA. Si chiama SOFIA- Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy, che viene a completare il ricco armamento di osservatori della NASA: Hubble, Spitzer, Herschel e il James Webb, ancora non in orbita, nella studio dei fenomeni celesti. SOFIA è costituito da un telescopio di 2,5 metri di diametro nel lontano infrarosso che pesa 20 tonnellate e che è montato nella fusoliera posteriore di un Boeing 747SP modificato che viaggia di notte ad altitudini elevate in modo da superare i fastidi prodotti dall’atmosfera e, quando atterra, c’è la possibilità di cambiare la strumentazione o di fare dei miglioramenti.

Nonostante questo, attualmente, non ci sono stati degli indizi di biologia extraterrestre.

E’ vero che i telescopi più grandi non sono né quelli montati sulla fusoliera di un Boeing né quelli spaziali: sono quelli che si trovano sulle cime delle più alte montagne sulla Terra. Anche qui si sono fatti dei tentativi, e anche in questo caso nessun risultato di forme di vita aliena, nessuna firma di vita aliena su altri mondi. In altre parole, non si è ancora trovato traccia di prodotti di gas biologici in un lontano pianeta.

Un miglioramento nella tecnologia attuale, nella costruzione dei telescopi e nelle tecniche osservative, permetteranno in un futuro non molto lontano di individuare queste tracce inequivocabili nell’atmosfera di un pianeta.

Se si trovasse dell’ossigeno mescolato al metano nell’atmosfera di un altro pianeta, allora si dovrebbe fare un esame molto accurato per accertarsi che i gas siano davvero prodotti da attività biologica. Ma anche in tal caso, si potrebbe solo dire che vi è della clorofilla e che la vita extraterrestre potrebbe essere solo gli ingredienti di una grande insalata.

Quali difficoltà?

Individuare pianeti extrasolari è sicuramente un processo complesso. In primo luogo, la luminosità del pianeta extrasolare è molto più debole di quella della stella. Il rapporto tra la luminosità della stella e quella del pianeta nel visibile è in media dell’ordine di 109 (la stella è un miliardo di volte più brillante) mentre è dell’ordine di 104 (la stella è diecimila volte più brillante) nell’infrarosso. Tale contrasto dipende dalle caratteristiche fisiche della stella e del pianeta e, naturalmente, dalla regione spettrale in cui vengono fatte le osservazioni.

Rappresentazione artistica di GJ 1132b, un pianeta extrasolare roccioso simile alla Terra sia in dimensioni che in massa, in orbita attorno ad una stella nana rossa. GJ 1132b è relativamente freddo, pari a 232 gradi centigradi, e potenzialmente potrebbe essere ricoperto da un’atmosfera. A una distanza di soli 39 anni luce dalla Terra, sarà un target primario per studi ulteriori con Hubble Space Telescope e con i futuri osservatori da Terra, come il Giant Magellan Telescope. Crediti: Dana Berry

Rappresentazione artistica di GJ 1132b, un pianeta extrasolare roccioso simile alla Terra sia in dimensioni che in massa, in orbita attorno ad una stella nana rossa. GJ 1132b è relativamente freddo, pari a 232 gradi centigradi, e potenzialmente potrebbe essere ricoperto da un’atmosfera. A una distanza di soli 39 anni luce dalla Terra, sarà un target primario per studi ulteriori con Hubble Space Telescope e con i futuri osservatori da Terra, come il Giant Magellan Telescope. Crediti: Dana Berry

In secondo luogo, la distanza tra stella e pianeta è molto minore rispetto alla distanza tra il sistema binario stella-pianeta e l’osservatore. La nostra tecnologia permette di osservare fino qualche centinaia di parsec (dove un parsec è pari a 206 265 unità astronomiche), mentre la distanza stella-pianeta extrasolare è dell’ordine al massimo di qualche decina di unità astronomiche.

Questo rende difficoltosa la misurazione della distanza angolare tra stella e pianeta. La separazione angolare tra stella e pianeta è così piccola che neppure i grandi telescopi professionali sono per ora in grado di risolvere il pianeta. Per esempio, il semiasse orbitale di Giove, 5,2 UA a 10 parsec di distanza (equivalente a 32,6 anni luce) verrebbe visto sotto un angolo di soli 0,5 secondi d’arco. Teoricamente, un telescopio professionale (per esempio con uno specchio di 4 m, o anche meno) potrebbe risolvere il pianeta, ma quest’ultimo verrebbe a trovarsi nell’ala della figura di diffrazione dello strumento, dove prevale il disturbo dei fotoni diffusi dalla microrugosità dello specchio, dai sostegni dello specchio secondario del telescopio, dalle variazioni di densità dell’aria e dai moti atmosferici lungo la linea di vista.

Infine, la massa del pianeta extrasolare è molto piccola se rapportata a quella della stella e pertanto il moto della stella attorno al centro di massa del sistema è difficilmente rilevabile. Basti pensare che se il rapporto tra le due masse è pari a 1000, come si ha nel caso del Sole e di Giove, allora l’orbita, gli spostamenti e la velocità della stella saranno 1000 volte più piccoli rispetto a quelli del pianeta. La massa totale dei pianeti del nostro Sistema Solare rappresenta solo lo 0,2 percento della massa del Sole. Di conseguenza, le perturbazioni gravitazionali che il pianeta esercita sulla stella sono di piccola entità e quindi difficilmente rilevabili. Inoltre, durante il transito del pianeta l’attenuazione della luminosità della stella è proporzionale al quadrato del rapporto tra il raggio del pianeta e quello della stella. Pertanto, minore è tale rapporto e più difficile sarà rilevare il transito.

Tra vent’anni?

E tra altri vent’anni? «Mi aspetto che tra una quindicina d’anni avremo compilato un catalogo abbastanza completo, quasi un Atlante, di pianeti attorno alle stelle più vicine, soprattutto quelle simili al Sole», risponde Isabella Pagano dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania in un’intervista rilasciata a Media INAF. «Poi mi aspetto che avremo compreso qual è la composizione interna di questi pianeti, qual è la relazione che c’è tra la struttura e la dimensioni. In questo Atlante ci saranno anche delle indicazioni su dove ci aspettiamo che ci siano delle atmosfere osservabili, e questo sarà il punto di partenza per il passo successivo, andare proprio a guardare queste atmosfere, misurarne la composizione, rivelare la presenza di eventuali biomarker, come la clorofilla. Mi aspetto dunque che tra vent’anni avremo già un buon inventario di osservazioni sulle atmosfere di ».

Per maggiori informazioni:

Che colore ha la clorofilla aliena? – Media INAF

SOFIA– Misisone NASA

Vent’anni di pianeti extrasolari – Media INAF

The Other Way to Find Life Out There – SETI Institute

Esopianeti: dove cercare segnali di vita – Media INAF

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Informazioni su Sabrina Masiero

Ricercatore Astronomo (Tecnologo III livello) presso INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo-Gal Hassin, Centro Internazionale delle Scienze Astronomiche di Isnello, Palermo. In precedenza: Borsista presso INAF-Osservatorio Astronomico di Padova e Fundaciòn Galileo Galilei, FGG-Telescopio Nazionale Galileo, La Palma, Isole Canarie.

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