Leggevo tempo fa – purtroppo non ricordo più dove – di un’indagine su come le persone si immaginano il paradiso (quelle che ci credono, ovviamente). Il risultato era che la stragrande maggioranza degli intervistati pensava a mare e a spiagge praticamente deserte, certamente incontaminate, con sabbia bianca, mare calmo e qualche palma a fare ombra. Apparentemente solo pochissimi pensavano al paradiso come un luogo di montagna. Potenza dell’immaginario collettivo.
Temo stia per succedere qualcosa di simile con un ristretto numero di esopianeti, quelli scoperti nella cosiddetta “fascia di abitabilità”. Qui l’immaginario, probabilmente non ancora collettivo, vede vegetazione lussureggiante – come in una nostra foresta tropicale – con corsi d’acqua, e ampie radure erbose. Ma attenzione, non ho fatto un vero sondaggio e non posso certo chiedere ai miei colleghi, probabilmente mi prenderebbero per matto! È dunque solo una mia impressione basata su chiacchiere con amici e conoscenti e rafforzata dall’opinione di una mia vicina di casa che si è molto entusiasmata all’idea che la stella Gliese 667C di pianeti abitabili che le ruotano intorno ne abbia addirittura tre (v. “le Stelle” n. 121, pp. 20-22).
E giustamente, con questa sua idea della vegetazione lussureggiante in mente, la vicina mi chiedeva che aspetto avessero questi pianeti. Ho dovuto dirle che noi (noi astronomi intendo) non ne abbiamo la più pallida idea e questi tre (come anche centinaia di altri che sappiamo essere inospitali) non li abbiamo mai “visti” ma abbiamo ricavato la loro presenza solo dalla misura delle piccole perturbazioni che essi inducono nel moto del loro sole, la stella Gliese 667C appunto. E questo è il primo punto dolente: spiegare che la quasi totalità dei pianeti extrasolari catalogati (siamo ormai vicini a un migliaio) vengono scoperti con metodi indiretti, a seguito cioè delle misure degli effetti che producono sulla stella attorno alla quale orbitano e non vengono dunque “visti” nella accezione comune del termine. Vengono in aiuto gli esempi dei buchi neri e della materia oscura che, grazie al bombardamento mediatico di questi ultimi anni, sono ai più cosa ormai familiare e hanno abituato i profani al “c’è ma non si vede”: se ne vedono gli effetti, appunto, ma l’oggetto in questione rimane invisibile.
Il numero di pianeti extrasolari di cui abbiamo un’immagine diretta ha da poco superato una ventina e la loro immagine, pur producendo una certa emozione, non svela nulla della loro natura e del loro aspetto.
"Ma se è stata persino misurata la loro massa che è di poche volte la massa della nostra Terra!" ha continuato la signora, ripensando alle foreste sui pianeti di Gliese 667C. "Certamente", le ho risposto, "l’ampiezza delle perturbazioni dipende dalla massa dei pianeti e dalla loro orbita; ecco dunque che queste misure ne permettono una stima". Non ho però avuto il coraggio di aggiungere che c’era di mezzo anche il seno di un angolo sconosciuto, che la massa effettiva avrebbe potuto essere maggiore e che i tre pianeti esistevano come miglior soluzione di un’equazione che descriveva le perturbazioni.
D’altra parte, sappiamo che le soluzioni delle equazioni possono essere cose estremamente reali, come ha mostrato Dirac quasi cent’anni fa con il positrone. In compenso, ho spiegato alla mia vicina di casa che se poi un pianeta scoperto a seguito delle accurate misure della velocità radiale della loro stella è anche visto transitarle davanti, allora, dal poco più che impercettibile calo nella luminosità della stella misurato per la durata del transito (queste misure si fanno meglio con i telescopi spaziali) si può ricavare il diametro del pianeta. Noto il diametro si calcola il volume che, combinato con la massa, porta alla stima della sua densità media e quindi a un ulteriore parametro di confronto con la Terra (la densità media della Terra è di 5,5 g/cm3, molto simile a quella degli altri pianeti rocciosi del Sistema solare; quella dei giganti gassosi è invece notevolmente inferiore e va dallo 0,7 g/ cm3 di Saturno all’1,6 g/cm3 di Nettuno).
"Bene, ma come fate a sapere che sono abitabili?" incalza la signora. Le rispondo che, a voler essere precisi, ancora non lo sappiamo; per ora sappiamo solo che orbitano nella cosiddetta fascia di abitabilità del loro sistema planetario, e cioè a una distanza dalla stella Gliese 667C tale da permettere all’acqua – sempre che sulla loro superficie ce ne sia – di esistere allo stato liquido.
Un pianeta per essere veramente abitabile deve soddisfare molte condizioni
La zona abitabile di un sistema planetario è definita infatti come quella regione di spazio in cui, tenendo conto di quanto la stella scalda, un eventuale pianeta che le orbita attorno mantiene una temperatura superficiale media compresa tra 0°C e 100°C (la temperatura della Terra, mediata su di un anno e su tutto il pianeta è di circa 14°C, con escursioni solitamente comprese tra i –50° e i +50°C). Ma la distanza giusta dalla propria stella non basta a garantire la possibilità di acqua liquida. Gioca un ruolo importante anche la massa del pianeta, avendo essa ripercussioni rilevanti sull’esistenza di un’eventuale atmosfera. Pianeti troppo piccoli, infatti, non riescono a trattenere una quantità adeguata di atmosfera e la pressione alla loro superficie sarebbe così bassa che l’acqua passerebbe rapidamente allo stato gassoso e si disperderebbe. Pianeti troppo grandi genererebbero una pressione tale da mantenere l’acqua allo stato solido anche in condizioni di temperature miti. Perché poi il pianeta sia veramente abitabile devono essere soddisfatte molte altre condizioni.
La temperatura del pianeta, primo elemento critico, non dipende ad esempio solo dalla quantità di radiazione che la stella emette ma an- che da molti altri fattori, primi tra tutti le caratteristiche e la composizione chimica della sua atmosfera che ne è il principale regolatore. Rilevante è anche la possibilità (per i pianeti che orbitano molto vicino alla loro stella e sono quindi più deformabili dal gradiente di gravità) che il periodo di rotazione del pianeta non sia aggancia- to a quello di rivoluzione nel rapporto 1:1. Se così fosse, il pianeta rivolgerebbe sempre la stessa faccia verso la stella (come fa la Luna con la Terra) e questo, in assenza di un meccanismo efficiente di ridistribuzione del calore, produrrebbe due emisferi con temperature estreme. E altro ancora. A dir la verità, il concetto di “abitabile” è controverso e oggetto di continue discussioni; alcuni sostengono che vi potrebbero essere condizioni di abitabilità anche al di fuori della cosiddetta fascia. In ogni caso va chiarito “abitabile per chi?”. Per noi, intesi come homo sapiens evoluto sulla Terra nelle condizioni che ci sono familiari? Per una generica forma di vita come quelle che conosciamo e la cui chimica è basata sul carbonio? (da qui la ragione della necessità di acqua liquida come solvente). Per gli estremofili? Questi particolari organismi viventi (microbi, ma anche organismi più complessi come alcuni vermi, insetti e i tardigradi), di cui ‒ mi dicono in redazione ‒ torneremo a parlare in futuro su questa rivista con un articolo a loro espressamente dedicato, vivono in condizioni “estreme” e trovano abitabili ambienti per noi proibitivi. I tardigradi, in particolare, sono in grado di sopravvivere in ambienti caratterizzati da alte dosi di radiazioni, a temperature e pressioni estreme e persino nel vuoto spaziale. Anche le loro uova sono in grado di sopravvivere nello spazio e potrebbero quindi essere trasportate e dischiudersi su altri pianeti. Nella definizione di “abitabile” il rischio è quindi di ricadere nell’antropocentrismo e mancare di quell’apertura mentale necessaria a immaginare (ma è difficile) delle biochimiche diverse da quella del carbonio o delle situazioni che non abbiamo mai sperimentato, favorevoli allo sviluppo della complessità. Inoltre, la definizione di “zona abitabile” basata quasi esclusivamente sulla distanza dalla fonte di energia centrale (la stella) ignora possibilità alternative.
Al via nuove missioni per studiare l'atmosfera degli esopianeti
Trascura, per esempio, la possibilità che le lune rocciose dei giganti gassosi (il pensiero va ovviamente a Europa, Ganimede e Callisto e alla possibile presenza di un oceano di acqua liquida sotto alle loro croste ghiacciate) pur poste ben al di fuori della zona di abitabilità, ospitino vita traendo fonte di calore e quindi energia dallo stress gravitazionale indotto dal loro pianeta. Persino Encelado, luna dell’ancor più lontano Saturno, sembra avere acqua liquida sotto una crosta di ghiaccio! Sembra dunque che nel Sistema solare le maggiori probabilità di trovare forme di vita extraterrestre si abbiano ben al di fuori dalla zona di abitabilità dove l’unico pianeta che troviamo (oltre alla Terra con la sua Luna) è Marte. Un contributo che l’astronomia può dare all’astrobiologia, scienza nuova, interdisciplinare e affascinante che studia l’origine, l’evoluzione, la distribuzione e il futuro della vita nell’universo, è di continuare a cercare e trovare esopianeti, abitabili e non. L’interesse è soprattutto riposto nei candidati ritenuti promettenti per ospitare o permettere lo sviluppo di forme di vita, semplici o complesse. Per compiere un salto qualitativo nello studio degli esopianeti e non lasciare che rimanga limitato alla compilazione di una lista sempre più ricca di oggetti, sarà però necessario studiare e caratterizzare le loro atmosfere con osservazioni spettroscopiche mirate. Già abbiamo cominciato a farlo, anche se limitatamente a pochissimi pianeti, e con varie tecniche.
Come dimostrano i risultati ottenuti per il sistema planetario di HR 8799, molto promettente sembra essere il progetto “Project 1640”, concepito per ottenere immagini e osservare spettroscopicamente, nell’arco di tre anni, sistemi planetari in orbita intorno a circa 200 stelle. In un colpo solo sono state osservate le atmosfere di ben quattro pianeti (b, c, d ed e) orbitanti intorno a HR 8799 e queste si sono rivelate molto diverse l’una dall’altra e contenenti, in diverse combinazioni e proporzioni, ammoniaca, acetilene, metano e anidride carbonica (Oppenheimer et al., The Astrophysical Journal, 768, 1, 2013).
Meglio ancora potranno fare tra qualche anno le due missioni spaziali dedicate allo studio delle atmosfere dei pianeti, ECHO (ESA) e FINESSE (NASA), sempre che vengano effettivamente selezionate dalle rispettive agenzie.
Tratto da Le Stelle n° 123, ottobre 2013
