Gli ingredienti per la vita sono diffusi in tutto l’universo. Sebbene la Terra sia l’unico luogo conosciuto dell’universo in cui c’è vita, l’individuazione di vita al di là della Terra è una obiettivo principale di astronomia moderna e scienza planetaria.

Siamo due scienziati che studiano esopianeti e astrobiologia. Grazie soprattutto ai telescopi di nuova generazione come James Webb, i ricercatori come noi saranno presto in grado di misurare la composizione chimica delle atmosfere dei pianeti intorno ad altre stelle. La speranza è che uno o più di questi pianeti presentino una firma chimica di vita.

Sono molti gli esopianeti conosciuti che si trovano in zone abitabili – orbite non troppo vicine a una stella da far bollire l’acqua, ma non così lontane da rendere il pianeta solido e congelato – come indicato in verde sia per il sistema solare che per il sistema stellare Kepler-186 con i suoi pianeti etichettati come b, c, d, e ed f. NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech/Wikimedia Commons

Esopianeti abitabili

Vita potrebbe esistere nel sistema solare dove c’è acqua liquida, come nelle falde acquifere del sottosuolo di Marte o negli oceani della luna di Giove Europa. Tuttavia, la ricerca di vita in questi luoghi è incredibilmente difficile, perché sono difficili da raggiungere e per rilevarla sarebbe necessario inviare una sonda per restituire campioni fisici.

Molti astronomi ritengono che ci sia una buone possibilità che la vita esista su pianeti in orbita intorno ad altre stelle, ed è possibile che sia proprio lì che la vita sarà trovata per la prima volta.

I calcoli teorici suggeriscono che ci siano circa 300 milioni di pianeti potenzialmente abitabili nella sola galassia della Via Lattea e diversi pianeti abitabili di dimensioni terrestri a soli 30 anni luce dalla Terra – essenzialmente i vicini galattici dell’umanità. Finora gli astronomi hanno scoperto oltre 5.000 esopianeti, tra cui centinaia di esopianeti potenzialmente abitabili, utilizzando metodi indiretti che misurano l’influenza di un pianeta sulla stella vicina. Queste misure possono fornire agli astronomi informazioni sulla massa e sulle dimensioni di un esopianeta, ma non molto altro.

Un grafico che mostra due linee con due picchi ciascuno nelle lunghezze d'onda del blu e del rosso.
Ogni materiale assorbe determinate lunghezze d’onda della luce, come mostra questo diagramma che illustra le lunghezze d’onda della luce assorbite più facilmente dai diversi tipi di clorofilla. Daniele Pugliesi/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Alla ricerca di biosignature

Per individuare la vita su un pianeta lontano, gli astrobiologi studieranno la luce delle stelle che ha ha interagito con la superficie o l’atmosfera di un pianeta.. Se l’atmosfera o la superficie sono state trasformate dalla vita, la luce può contenere un indizio chiamato “biosignatura”.

Per la prima metà della sua esistenza, la Terra ha avuto un’atmosfera priva di ossigeno, anche se ha ospitato una vita semplice e unicellulare. La biosegnalazione della Terra era molto debole durante questa prima era. La situazione è cambiata bruscamente 2,4 miliardi di anni fa quando si è evoluta una nuova famiglia di alghe. Le alghe utilizzavano un processo di fotosintesi che produceva ossigeno libero, cioè ossigeno non legato chimicamente a nessun altro elemento. Da allora, l’atmosfera terrestre piena di ossigeno ha lasciato una biosegnalazione forte e facilmente rilevabile sulla luce che la attraversa.

Quando la luce rimbalza sulla superficie di un materiale o attraversa un gas, è più probabile che alcune lunghezze d’onda della luce rimangano intrappolate nella superficie del gas o del materiale rispetto ad altre. Questo intrappolamento selettivo delle lunghezze d’onda della luce è il motivo per cui gli oggetti hanno colori diversi. Le foglie sono verdi perché la clorofilla è particolarmente brava ad assorbire la luce nelle lunghezze d’onda del rosso e del blu. Quando la luce colpisce una foglia, le lunghezze d’onda rosse e blu vengono assorbite, lasciando che la luce verde rimbalzi principalmente negli occhi.

L’andamento della luce mancante è determinato dalla composizione specifica del materiale con cui la luce interagisce. Per questo motivo, gli astronomi possono imparare qualcosa sulla composizione dell’atmosfera o della superficie di un esopianeta misurando, in sostanza, il colore specifico della luce che proviene da un pianeta.

Questo metodo può essere utilizzato per riconoscere la presenza di alcuni gas atmosferici associati alla vita, come l’ossigeno o il metano, perché questi gas lasciano tracce molto specifiche nella luce. Potrebbe anche essere utilizzato per rilevare colori particolari sulla superficie di un pianeta. Sulla Terra, ad esempio, la clorofilla e altri pigmenti utilizzati dalle piante e dalle alghe per la fotosintesi catturano specifiche lunghezze d’onda della luce. Questi pigmenti producono colori caratteristici che possono essere rilevati utilizzando una sensibile telecamera a infrarossi. Se si vedesse questo colore riflesso sulla superficie di un pianeta lontano, significherebbe potenzialmente la presenza di clorofilla.

Telescopi nello spazio e sulla Terra

Uno specchio d'oro gigante in un laboratorio.
Il James Webb Space Telescope è il primo telescopio in grado di rilevare le firme chimiche degli esopianeti, ma le sue capacità sono limitate. NASA/Wikimedia Commons

Ci vuole un telescopio incredibilmente potente per rilevare questi sottili cambiamenti nella luce proveniente da un esopianeta potenzialmente abitabile. Per ora, l’unico telescopio in grado di compiere un’impresa del genere è il nuovo Telescopio spaziale James Webb. Come ha iniziato le operazioni scientifiche nel luglio 2022, James Webb ha effettuato una lettura dello spettro della esopianeta gigante gassoso WASP-96b. Lo spettro ha mostrato la presenza di acqua e nubi, ma è improbabile che un pianeta così grande e caldo come WASP-96b possa ospitare la vita.

Tuttavia, questi primi dati dimostrano che James Webb è in grado di rilevare deboli firme chimiche nella luce proveniente dagli esopianeti. Nei prossimi mesi, Webb girerà i suoi specchi verso TRAPPIST-1e, un pianeta potenzialmente abitabile di dimensioni terrestri a soli 39 anni luce dalla Terra.

Webb può cercare biosignature studiando i pianeti mentre passano davanti alle loro stelle ospiti e catturando la luce stellare che filtra attraverso l’atmosfera del pianeta.. Ma Webb non è stato progettato per cercare la vita, quindi il telescopio è in grado di esaminare solo alcuni dei mondi potenzialmente abitabili più vicini. Inoltre, è in grado di rilevare solo i cambiamenti livelli atmosferici di anidride carbonica, metano e vapore acqueo.. Mentre alcune combinazioni di questi gas possono suggerire la vita, Webb non è in grado di rilevare la presenza di ossigeno non legato, che è il segnale più forte per la vita.

Tra i principali progetti per futuri telescopi spaziali ancora più potenti vi è quello di bloccare la luce brillante della stella ospite di un pianeta per rivelare la luce stellare riflessa dal pianeta. Questa idea è simile a quella di usare la mano per bloccare la luce del sole e vedere meglio qualcosa in lontananza. I futuri telescopi spaziali potrebbero utilizzare piccole maschere interne o grandi navicelle esterne simili a ombrelli. Una volta bloccata la luce stellare, diventa molto più facile studiare la luce che rimbalza su un pianeta.

Attualmente sono in costruzione anche tre enormi telescopi terrestri che saranno in grado di ricercare le biosegnature: il Telescopio gigante di Magellen, il Telescopio da trenta metri, e il Telescopio Europeo Estremamente Grande. Ciascuno di essi è molto più potente dei telescopi esistenti sulla Terra e, nonostante l’handicap dell’atmosfera terrestre che distorce la luce delle stelle, questi telescopi potrebbero essere in grado di sondare le atmosfere dei mondi più vicini alla ricerca di ossigeno.

Una mucca e il suo vitello in piedi in un campo.
Gli animali, comprese le mucche, producono metano, ma anche molti processi geologici. Jernej Furman/Wikimedia Commons, CC BY

È biologia o geologia?

Anche utilizzando i telescopi più potenti dei prossimi decenni, gli astrobiologi saranno in grado di rilevare forti biosegnalazioni prodotte solo da mondi che sono stati completamente trasformati dalla vita.

Purtroppo, la maggior parte dei gas rilasciati dalla vita terrestre può essere prodotta anche da processi non biologici: mucche e vulcani rilasciano entrambi metano. La fotosintesi produce ossigeno, ma anche la luce solare lo fa, quando scinde le molecole d’acqua in ossigeno e idrogeno. Esiste un buone probabilità che gli astronomi rilevino alcuni falsi positivi quando cercheranno la vita lontana. Per escludere i falsi positivi, gli astronomi dovranno comprendere un pianeta di interesse abbastanza bene da capire se il suo processi geologici o atmosferici possano imitare una biosegnatura..

La prossima generazione di studi sugli esopianeti ha il potenziale per superare l’asticella dell’esame di coscienza. prove straordinarie necessarie per dimostrare l’esistenza della vita. I primi dati rilasciati dal telescopio spaziale James Webb ci danno un’idea degli entusiasmanti progressi che stanno per arrivare.

Chris Impey, professore universitario di astronomia, Università dell’Arizona e Daniel Apai, professore di astronomia e scienze planetarie, Università dell’Arizona

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