DOVE CERCARE LA VITALa ricerca della Vita nel nostro Sistema Solare

e in altri sistemi planetari

La nascita della vita richiede un certo insieme di condizioni:

1. Una sorgente di energia

2. L’abbondanza di molecole organiche

3. Acqua allo stato liquido per un periodo sufficientemente lungo.

LE CONDIZIONI PER LA VITA

1. Una sorgente di energia può essere la luce di una stella ma anche l’attività endogena di un pianeta, come ad esempio l’attività vulcanica.

LE CONDIZIONI PER LA VITA

2. L’acqua liquida è il solvente fondamentale per le sostanze organiche, che di per sé sono abbastanza comuni nell’universo, in ambienti anche assai diversi fra loro, come per esempio stelle molto fredde, pianeti e mezzo interstellare.

La vita richiede molecole complesse che possono trasmettere il patrimonio genetico da una generazione all’altra.

Molecole tanto complesse possono avere come costituenti fondamentali solo gli atomi di carbonio e di silicio, elementi che peraltro sono molto abbondanti nell’universo.

Tuttavia, solo le molecole basate sul carbonio possiedono quel grado di varietà e di instabilità che risulta adeguato ai cicli vitali.

LE CONDIZIONI PER LA VITA

3. L’acqua allo stato liquido è presente solo in un ambito ristretto di condizioni di temperatura e pressione. Ovviamente c’è sulla superficie della Terra. Vi sono motivi per credere che seppure l’evoluzione della vita sulla Terra potrebbe essere iniziata diverse volte, la vita che noi conosciamo abbia un’unica origine.

Questa convinzione deriva dall’universalità riscontrata in alcune caratteristiche delle molecole fondamentali che intervengono nei processi biologici. Tale universalità non ha una ragione (potrebbero essere possibili molecole con caratteristiche diverse, ma proprietà sostanzialmente identiche), se non supponendo una comune origine tra tutti gli esseri viventi presenti sulla Terra.

LE CONDIZIONI PER LA VITA

Al di fuori del nostro Sistema Solare i pianeti più interni, quali Mercurio e Venere, sono troppo caldi per poter mantenere acqua allo stato liquido.

DOVE CERCARE LA VITA NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE ?

Venere in particolare, ha una pressione atmosferica troppo elevata e un effetto serra estremamente alto, che comportano valori di temperatura superficiale così elevanti da arrivare a 450 gradi centigradi, il che rende Venere un posto inospitale per la vita come la intendiamo noi.

DOVE CERCARE LA VITA NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE ?

Anche sulla Luna non vi è acqua allo stato liquido, a causa della pressione troppo bassa (per l’assenza di atmosfera).

DOVE CERCARE LA VITA NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE ?

I pianeti più esterni, Giove, Saturno, Urano e Nettuno sono troppo freddi per avere acqua liquida sulla superficie.

DOVE CERCARE LA VITA NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE ?

Il caso di Marte è molto particolare: infatti, la pressione alla superficie è tropo bassa per la presenza di acqua allo stato liquido.

DOVE CERCARE LA VITA NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE ?

Tuttavia, su Marte, vi sono molti segni di carattere geologico e mineralogico che fanno ipotizzare che nel passato, forse per brevi periodi, vi siano state quantità di acqua significative sulla sua superficie.

DOVE CERCARE LA VITA NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE ?

Altri corpi del Sistema Solare possono avere acqua allo stato liquido. I grandi pianeti quali Giove, Saturno, Urano e Nettuno, sono essenzialmente gassosi, anche se si pensa che al loro centro vi sia un nucleo solido.

Nelle zone intermedie di queste enormi atmosfere vi sono condizioni adatte alla presenza di acqua allo stato liquido.

DOVE CERCARE LA VITA NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE ?

DOVE CERCARE LA VITA NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE ?

Tuttavia, è difficile pensare che possa essersi sviluppata la vita in questi ambienti che sono esposti a un continuo sconvolgimento a causa dei moti convettivi ascendenti e discendenti, che dissipano calore interno.

Per questo, la materia dei pianeti giganti gassosi è sottoposta ad altissime temperature nelle regioni più interne e temperature gelide in quelle più esterne.

In queste condizioni manca il tempo per la formazione e l’evoluzione della vita.

Anche i satelliti sono estremamente interessanti.

Europa, satellite di Giove, sotto la cui superficie ghiacciata si pensa vi sia un profondo oceano composto soprattutto d’acqua.

Tuttavia, lo spessore del ghiaccio potrebbe essere di parecchi chilometri e, al momento, l’esplorazione di Europa non è possibile.

EUROPA, SATELLITE DI GIOVE, HA PROBABILMENTE UN OCEANO D’ACQUA SOTTO LA SUA SUPERFICIE GHIACCIATA

La missione Juno della NASA arriverà su Giove a luglio del 2016, e la sonda si troverà anche abbastanza vicina al satellite Europa inviare dati e immagini a Terra.

EUROPA, SATELLITE DI GIOVE, HA PROBABILMENTE UN OCEANO D’ACQUA SOTTO LA SUA SUPERFICIE GHIACCIATA

TITANO, SATELLITE DI SATURNO, POTREBBE OSPITARE VITA

Titano, satellite di Saturno, è un altro ambiente adatto alla vita.

Una delle recenti scoperte della missione NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens è che vi sono centinaia di laghi e mari sulla superficie ghiacciata di Titano.

Questi bacini sono ricchi di idrocarburi e vengono riempiti da piogge di metano prodotte dalle nubi che attraversano l'atmosfera.

IL CONCETTO DI ZONA ABITABILE O ZONA DI ABITABILITA’

Il concetto di zona abitale considera la vita che utilizza la chimica del carbonio e usa l’acqua come solvente per le reazioni chimiche quella che ha una probabilità maggiore di originarsi e sopravvivere. La Zona Abitabile è infatti definita come la regione di spazio intorno ad una stella dove la temperatura superficiale di un pianeta roccioso con atmosfera è tale da mantenere reperibile l’acqua liquida. Il pianeta deve essere roccioso perché è necessario avere un’interfaccia solida tra l’interno del pianeta e l’atmosfera dove sia possibile raccogliere l’acqua liquida.

In linea generale, il concetto di zona abitabile è solo un concetto di lavoro utile per la ricerca di vita, per esempio dall'analisi spettrale delle atmosfere dei pianeti.

E’ sempre possibile l’esistenza di nicchie abitabili ben al di fuori della zona abitabile.

Nel Sistema Solare, per esempio, il satellite galileiano di Giove Europa, ha probabilmente un oceano sotto la coltre ghiacciata che ne caratterizza la superficie. Questo oceano potrebbe essere una nicchia di abitabilità al di fuori della zona abitabile del Sole.

LA ZONA DI ABITABILITÀ NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE

Zona abitabile del Sistema Solare Mercurio Venere Terra

Marte

Orbite e pianeti in scala Sistema Solare

La larghezza e distanza della corona sferica, in cui possiamo immaginare la zona di abitabilità, dipendono dalla luminosità della stella, da come essa evolve nel tempo e dalla composizione ed evoluzione della atmosfera del pianeta.

Il limite interno di questa zona è la distanza a cui l’effetto serra è talmente efficiente nello scaldare l’atmosfera che tutta l’acqua presente sul pianeta evapora e lo strato invertente (lo strato atmosferico dove il vapore acqueo condensa in quanto si ha una inversione nell’andamento della temperatura atmosferica con l’altitudine) raggiunge un’altitudine dove la radiazione stellare è in grado di ionizzare le molecole di acqua, separandole in idrogeno ed ossigeno. L’idrogeno essendo più leggero dell’ossigeno sfugge l’attrazione gravitazionale del pianeta e si perde nello spazio. Il risultato netto è la perdita di acqua dal pianeta, come successe a Venere.

LA ZONA DI ABITABILITÀ NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE

Zona abitabile del Sistema Solare Mercurio Venere Terra

Marte

Orbite e pianeti in scala Sistema Solare

Nel caso del Sistema Solare il limite interno di distanza dovuto alla perdita di acqua è a 0.95 UA . Il limite esterno è la distanza dalla stella a cui l’effetto serra fallisce nel riscaldare la superficie del pianeta al di sopra del punto di congelamento dell’acqua.

Nel caso del Sistema Solare questa condizione è rappresentata da Marte ed il limite di “massimo effetto serra” è a 1.67UA.

Limiti simili possono essere definiti per tutte le stelle di tutti i tipi spettrali. Stelle più calde del Sole avranno la zona abitabile più esterna, mentre stelle più fredde l’avranno più interna.

LA ZONA DI ABITABILITÀ IN ALTRI SISTEMI PLANETARI

Pianeti piccoli entro la zona di abitabilità non sono in grado di trattenere un’atmosfera mentre quelli gassosi hanno atmosfere così dense che l’acqua si trova sottoforma di ghiaccio. Per questo, e’ anche essenziale che i pianeti abbiano dimensioni terrestri comprese tra circa metà fino a due volte il diametro terrestre, per poter essere considerati potenzialmente abitabili. I pianeti extrasolari più vicini alla loro stella perdono nello spazio tutta la loro acqua, quelli più lontani non riescono a catturata (durante la loro formazione).

Habitable Zone Gallery - http://www.hzgallery.org/ e Open Exoplanet Catalogue - http://exoplanet.hanno-rein.de/ elencano una lista di sistemi planetari scoperti.

Le immagini mostrano il modello di sistema planetario con la relativa zona di abitabilita’.

DOVE CERCARE LA VITA

LA RICERCA DELLA VITA NEL NOSTRO SISTEMA SOLARE

E IN ALTRI SISTEMI PLANETARI

IL TEAM:GAPS SCIENCE TEAM

SABRINA MASIERO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA E FGG-TELESCOPIO NAZIONALE GALILEO

CATERINA BOCCATO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA

RICCARDO CLAUDI, INAF- OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA

GLORIA ANDREUZZI, FGG-TELESCOIPIO NAZIONALAE GALILEO E INAF – OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI ROMA

EMILIO MOLINARI (DIRETTORE DEL TNG), FGG – TELESCOPIO NAZIONALE GALILEO E INAF – IAFS, MILANO

Immagini:diapositive 1 e 2: NASA/JPL-Caltechdiapositiva 3: NASA/JPLdiapositiva 4: NASA/JPLdiapositiva 5: http://www.hongkiat.com/blog/planet-earth-space-wallpapers/diapositiva 6: Mercurio: - NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washingtondiapositiva 7: Venere, crediti NASA/Magellandiapositiva 8: La Luna - NASAdiapositiva 9: Saturno – NASA/JPL Cassini Solstice Mission , http://saturn.jpl.nasa.gov/diapositiva 10: NASA/JPL Caltechdiapositiva 11: NASA/JPL-Caltech/MSSSdiapositiva 12: Lunar and Planetary Institute, http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?IM_ID=166diapositiva 13: Giove con il suo satellite Europa - NASA/JPL – Caltech, Galileo Mission diapositiva 14: NASA/JPL-Caltechdiapositive 15: NASA-JPL diapositiva 16: NASA-JPLdiapositiva 17: Titano NASA/JPL - http://www.nasa.gov/mission_pages/juno/multimedia/pia13746.html diapositiva 18: NASA/JPL disponibile su The Daily Galaxy - http://www.dailygalaxy.com/my_weblog/2013/06/kepler-mission-search-for-alien-worlds-we-may-find-some-surprises-out-there.htmldiapositive 19 e 20: NASA/JPL diapositiva 21: Rappresentazione artistica della zona di abitabilità di un sistema planetario tratto dal sito web Habitable Zone Gallery - http://www.hzgallery.org/