Quando si tratta di cercare una vita extra-terrestre, gli scienziati hanno la tendenza ad essere un po 'geocentrici, ovvero cercano pianeti che assomiglino ai nostri. Questo è comprensibile, visto che la Terra è l'unico pianeta che conosciamo che supporta la vita. Di conseguenza, coloro che cercavano la vita extra-terrestre sono stati alla ricerca di pianeti di natura terrestre (rocciosa), in orbita all'interno delle zone abitabili delle loro stelle e con sufficiente acqua sulla superficie.
Nel corso della scoperta di diverse migliaia di esopianeti, gli scienziati hanno scoperto che molti potrebbero in realtà essere "mondi acquatici" (pianeti in cui fino al 50% della loro massa è acqua). Ciò solleva naturalmente alcune domande, ad esempio quanta acqua è troppa e anche troppa terra potrebbe essere un problema? Per affrontare questi problemi, una coppia di ricercatori del Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) ha condotto uno studio per determinare in che modo il rapporto tra acqua e masse terrestri può contribuire alla vita.
Lo studio - "Dipendenza dell'attività biologica dalla frazione di pianeti delle acque superficiali", che è in fase di revisione per la pubblicazione con The Astronomical Journal- è stato scritto da Manasvi Lingam, un borsista post-dottorato presso l'Istituto di teoria e calcolo della CfA (ITC), e Abraham Loeb - il direttore dell'ITC e la cattedra di scienze Frank B. Baird Jr. dell'Università di Harvard.
Per iniziare, Lingam e Loeb affrontano la questione del principio antropico, che ha svolto un ruolo importante nella ricerca astronomica ed esopianeta. In breve, questo principio afferma che se le condizioni sulla Terra sono adatte ad adattarsi alla vita, allora deve esistere per il gusto di creare la vita. Esteso a tutto l'Universo, questo principio sostiene che le leggi della fisica esistono allo stesso modo in cui generano la vita.
Un altro modo per esaminarlo è considerare come le nostre valutazioni della Terra rientrano in quelli che sono noti come "effetti di selezione dell'osservazione", in cui i risultati sono direttamente influenzati dal tipo di metodo coinvolto. In questo caso, gli effetti derivano dal fatto che la nostra ricerca della vita oltre la Terra e il nostro Sistema solare richiedono l'esistenza di un osservatore posizionato in modo appropriato.
In effetti, tendiamo ad assumere che le condizioni per la vita saranno abbondanti nell'Universo perché ne abbiamo familiarità. Queste condizioni la presenza di acqua liquida e masse terrestri, che erano essenziali per l'emergere della vita come la conosciamo. Come Lingam ha spiegato a Space Magazine via e-mail, questo è uno dei modi in cui emerge il principio antropico quando si cercano pianeti potenzialmente abitabili:
"Il fatto che le frazioni terrestri e idriche della Terra siano comparabili è indicativo di effetti di selezione antropica, vale a dire che l'emergere di umani (o analoghi osservatori coscienti) potrebbe essere stato facilitato da un'adeguata miscela di terra e acqua".
Tuttavia, quando si affrontano le molte super-terre che sono state scoperte in altri sistemi stellari, le analisi statistiche della loro densità media hanno dimostrato che la maggioranza ha alte frazioni di sostanze volatili. Un buon esempio di ciò è il sistema TRAPPIST-1, in cui la modellizzazione teorica dei suoi sette pianeti delle dimensioni della Terra ha indicato che potrebbero contenere fino al 40-50% di acqua in peso.
Questi "mondi acquatici" avrebbero quindi oceani molto profondi e nessuna massa terrestre di cui parlare, il che potrebbe avere conseguenze drastiche per l'emergere della vita. Allo stesso tempo, i pianeti che hanno poca o nessuna acqua sulla loro superficie non sono considerati buoni candidati alla vita, dato che l'acqua è essenziale per la vita come la conosciamo.
"Troppa massa terrestre è un problema, in quanto limita la quantità di acque superficiali, rendendo così molto arida la maggior parte dei continenti", ha detto Lingam. “Gli ecosistemi aridi sono in genere caratterizzati da bassi tassi di produzione di biomassa sulla Terra. Invece, se si considera lo scenario opposto (cioè principalmente gli oceani), si incontra un potenziale problema con la disponibilità di fosforo, che è uno degli elementi essenziali per la vita come lo conosciamo. Pertanto, ciò potrebbe comportare un collo di bottiglia nella quantità di biomassa. "
Per affrontare queste possibilità, Lingam e Leob hanno analizzato in che modo i pianeti con troppa acqua o massa terrestre potrebbero influenzare lo sviluppo delle biosfere esopianete. Come ha spiegato Lingam:
“[W] abbiamo sviluppato un modello semplice per stimare quale frazione del terreno sarà arida (cioè deserti) e relativamente inabitabile. Per lo scenario con biosfere dominate dall'acqua, la disponibilità di fosforo diventa il fattore limitante. Qui, abbiamo utilizzato un modello sviluppato in uno dei nostri precedenti articoli che tiene conto delle fonti e dei pozzi di fosforo. Abbiamo combinato questi due casi, usato i dati della Terra come punto di riferimento e quindi determinato come le proprietà di una biosfera generica dipenderebbero dalla quantità di terra e acqua. "
Ciò che hanno scoperto è stato che un attento equilibrio tra le terre emerse e gli oceani (molto simile a quello che abbiamo qui sulla Terra) è cruciale per l'emergere di biosfere complesse. Combinato con simulazioni numeriche di altri ricercatori, lo studio di Lingam e Loeb indica che pianeti come la Terra - con il suo rapporto tra oceani e massa terrestre (circa 30:70) - sono probabilmente abbastanza rari. Come riassumeva Lingam:
“Pertanto, la conclusione di base è che l'equilibrio tra le frazioni di terra e di acqua non può essere inclinato troppo in un modo o nell'altro. Il nostro lavoro mostra anche che importanti eventi evolutivi, come l'aumento dei livelli di ossigeno e l'emergere di specie tecnologiche, potrebbero essere influenzati dalla frazione terra-acqua e che il valore ottimale potrebbe essere vicino a quello della Terra. "
Da qualche tempo, gli astronomi sono alla ricerca di esopianeti in cui prevalgono condizioni simili alla Terra. Questo è noto come l'approccio del "frutto basso", in cui tentiamo di trovare la vita cercando le biosignature che associamo alla vita così come la conosciamo. Ma secondo questo ultimo studio, trovare tali luoghi potrebbe essere come cercare diamanti allo stato grezzo.
Le conclusioni dello studio potrebbero anche avere implicazioni significative quando si tratta della ricerca di intelligenza extra-terrestre, indicando che anche questa è abbastanza rara. Fortunatamente, Lingam e Loeb ammettono che non si sa abbastanza sugli esopianeti e sui loro rapporti acqua-terra per dire qualcosa in modo definitivo.
"Tuttavia, non è possibile prevedere in che modo ciò influisca sul SETI in modo definitivo", ha affermato Lingam. "Questo perché non abbiamo ancora adeguati vincoli osservativi sulle frazioni terra-acqua di esopianeti, e ci sono ancora molte incognite nella nostra attuale conoscenza di come si sono evolute le specie tecnologiche (in grado di partecipare al SETI)".
Alla fine, dobbiamo essere pazienti e aspettare che gli astronomi imparino di più sui pianeti extra-solari e sui loro rispettivi ambienti. Ciò sarà possibile nei prossimi anni grazie ai telescopi di prossima generazione. Questi includono telescopi a terra come quelli dell'ESO Telescopio estremamente grande (ELT) e telescopi spaziali come il James Webb Space Telescope (JWST) - che dovrebbero iniziare le operazioni nel 2024 e 2021, rispettivamente.
Con miglioramenti tecnologici e migliaia di esopianeti ora disponibili per lo studio, gli astronomi hanno iniziato a passare dal processo di scoperta alla caratterizzazione. Nei prossimi anni, ciò che impareremo sulle atmosfere degli esopianeti farà molto per dimostrare o smentire i nostri modelli teorici, speranze e aspettative. Dato il tempo, potremmo finalmente essere in grado di determinare quanto sia abbondante la vita nel nostro Universo e quali forme possa assumere.
