Stanno arrivando i supertelescopi, enormi osservatori terrestri e spaziali che ci permettono di osservare direttamente le atmosfere di mondi lontani. Sappiamo che c'è vita sulla Terra e la nostra atmosfera racconta la storia, quindi possiamo fare la stessa cosa con i pianeti extrasolari? Si scopre, inventando una sola biosignatura, una sostanza chimica nell'atmosfera che ti dice che sì, assolutamente, c'è vita su quel mondo, è davvero dura.
Devo ammetterlo, sono stato piuttosto male per questo in passato. In vecchi episodi di Astronomy Cast e del Weekly Space Hangout, anche qui nella Guida allo spazio, ho detto che se potessimo semplicemente assaggiare l'atmosfera di un mondo lontano, potremmo dire con convinzione se c'è vita lì.
Rileva solo l'ozono nell'atmosfera, o il metano o persino l'inquinamento e potresti dire "c'è vita lì". Bene, il futuro Fraser è qui per correggere Fraser passato. Mentre ammiro il suo ingenuo entusiasmo per la ricerca di alieni, si scopre, come sempre, che le cose saranno più difficili di quanto pensassimo in precedenza.
Gli astrobiologi in realtà stanno lottando per capire una singola biosignatura di una pistola fumante che potrebbe essere usata per dire che c'è vita là fuori. E questo perché i processi naturali sembrano avere modi intelligenti di ingannarci.
Quali sono alcune potenziali biosignature, perché sono problematiche e cosa ci vorrà per ottenere tale conferma?
Cominciamo con un mondo vicino a casa: Marte.
Per quasi due decenni, gli astronomi hanno rilevato grandi nuvole di metano nell'atmosfera di Marte. Qui sulla Terra, il metano proviene da creature viventi, come batteri e mucche scoregge. Inoltre, il metano viene facilmente scomposto dalla luce solare, il che significa che questo non è un residuo di metano antico di miliardi di anni fa. Qualche processo su Marte lo rifornisce costantemente.
Ma cosa?
Bene, oltre alla vita, il metano può formarsi naturalmente attraverso il vulcanismo, quando le rocce interagiscono con l'acqua riscaldata.
La NASA ha cercato di approfondire questa domanda con i rover Spirit e Opportunity, e ci si aspettava che Curiosity avesse a bordo gli strumenti per trovare la fonte del metano.
Nel corso di diversi mesi, Curiosity ha rilevato un aumento del metano laggiù in superficie, ma anche questo ha portato a una controversia. Si scopre che il rover stesso trasportava metano e avrebbe potuto contaminare l'area circostante. Forse il metano che ha rilevato proveniva da se stesso. È anche possibile che un meteorite roccioso sia caduto nelle vicinanze e abbia rilasciato del gas che ha contaminato i risultati.
La missione ExoMars dell'Agenzia spaziale europea è arrivata su Marte nell'ottobre 2016. Sebbene lo Schiaparelli Lander sia stato distrutto, il Trace Gas Orbiter è sopravvissuto al viaggio e ha iniziato a mappare l'atmosfera di Marte in grande dettaglio, alla ricerca di luoghi che potrebbero sfogare il metano, e così lontano, non abbiamo risultati conclusivi.
In altre parole, abbiamo una flotta di orbitanti e lander su Marte, dotata di strumenti progettati per annusare il più debole soffio di metano su Marte.
Ci sono alcuni suggerimenti davvero intriganti su come i livelli di metano su Marte sembrano aumentare e diminuire con le stagioni, indicando la vita, ma gli astrobiologi continuano a non essere d'accordo.
Reclami straordinari richiedono prove straordinarie e tutto il resto.
Alcuni telescopi possono già misurare le atmosfere dei pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Nell'ultimo decennio, il telescopio spaziale Spitzer della NASA ha mappato le atmosfere di vari mondi. Ad esempio, ecco una mappa di hot jupiter HD 189733b
. Il posto fa schifo, ma wow, per misurare un'atmosfera, di un altro pianeta, è piuttosto spettacolare.
Eseguono questa impresa misurando le sostanze chimiche della stella mentre il pianeta le sta passando davanti e poi la misurano quando non c'è pianeta. Questo ti dice quali sostanze chimiche il pianeta sta portando alla festa.
Sono stati anche in grado di misurare l'atmosfera di HAT-P-26b, che è un mondo relativamente piccolo delle dimensioni di Nettuno in orbita attorno a una stella vicina, e sono stati sorpresi di trovare vapore acqueo nell'atmosfera del pianeta.
Significa che c'è vita? Ovunque troviamo l'acqua sulla Terra, troviamo la vita. No, puoi prendere totalmente l'acqua senza avere la vita.
Quando verrà lanciato nel 2019, il James Webb Space Telescope della NASA porterà questo rilevamento atmosferico al livello successivo, consentendo agli astronomi di studiare le atmosfere di molti altri mondi con una risoluzione molto più elevata.
Uno dei primi obiettivi per Webb sarà il sistema TRAPPIST-1 con la sua mezza dozzina di pianeti in orbita nella zona abitabile di una stella nana rossa. Webb dovrebbe essere in grado di rilevare a vita ozono, metano e altre potenziali biosignature.
Quindi cosa ci vorrà per poter vedere un mondo lontano e sapere con certezza che c'è vita lì.
L'astrobiologo John Lee Grenfell del Centro aerospaziale tedesco ha recentemente creato un rapporto, esaminando tutte le biosignature esoplanetarie che potrebbero essere là fuori e rivedendole per la probabilità che fossero un'indicazione della vita in un altro mondo.
Il primo obiettivo sarà l'ossigeno molecolare, o O2. Lo stai respirando proprio ora. Bene, il 21% di ogni respiro, comunque. L'ossigeno durerà nell'atmosfera di un altro mondo per migliaia di anni senza una fonte.
Viene prodotto qui sulla Terra dalla fotosintesi, ma se un mondo viene colpito dalla sua stella e perde atmosfera, l'idrogeno viene espulso nello spazio e l'ossigeno molecolare può rimanere. In altre parole, non puoi esserne certo in entrambi i modi.
Che ne dici dell'ozono, noto anche come O3? L'O2 viene convertito in O3 attraverso un processo chimico nell'atmosfera. Sembra un buon candidato, ma il problema è che ci sono processi naturali che possono anche produrre ozono. C'è uno strato di ozono su Venere, uno su Marte, e sono stati persino rilevati attorno alle lune ghiacciate nel Sistema Solare.
C'è protossido di azoto, noto anche come gas esilarante. È prodotto come uscita dai batteri nel suolo e contribuisce al ciclo dell'azoto terrestre. E ci sono buone notizie, la Terra sembra essere l'unico mondo nel Sistema Solare che ha un protossido di azoto nella sua atmosfera.
Ma gli scienziati hanno anche sviluppato modelli per come questa sostanza chimica avrebbe potuto essere generata nella storia della Terra quando il suo oceano ricco di zolfo interagiva con l'azoto sul pianeta. In effetti, sia Venere che Marte avrebbero potuto attraversare un ciclo simile.
In altre parole, potresti vedere la vita o potresti vedere un giovane pianeta.
Poi c'è metano, la sostanza chimica di cui abbiamo trascorso così tanto tempo a parlare. E come ho già detto, c'è metano prodotto dalla vita qui sulla Terra, ma è anche su Marte e ci sono oceani liquidi di metano su Titano.
Gli astrobiologi hanno suggerito altri idrocarburi, come etano, isoprene, ma anche questi hanno i loro problemi.
Che dire degli inquinanti emessi dalle civiltà avanzate? Gli astrobiologi chiamano queste "tecnosignature" e potrebbero includere cose come clorofluorocarburi o ricadute nucleari. Ma ancora una volta, questi prodotti chimici sarebbero difficili da rilevare a distanza di anni luce.
Gli astronomi hanno suggerito che dovremmo cercare terre morte, solo per stabilire una linea di base. Questi sarebbero mondi situati nella zona abitabile, ma chiaramente la vita non ha mai avuto inizio. Solo roccia, acqua e un'atmosfera non biologicamente creata.
Il problema è che probabilmente non riusciamo nemmeno a trovare un modo per confermare che un mondo sia morto. I tipi di sostanze chimiche che ti aspetteresti di vedere nell'atmosfera, come l'anidride carbonica potrebbero essere assorbiti dagli oceani, quindi non puoi nemmeno dare una conferma negativa.
Un metodo potrebbe non comportare nemmeno la scansione di atmosfere. La vegetazione qui sulla Terra riflette una lunghezza d'onda della luce molto specifica nella regione 700-750 nanometri. Gli astrobiologi chiamano questo il "bordo rosso", perché vedrai un aumento di 5 volte della riflettività rispetto ad altre superfici.
Anche se non abbiamo i telescopi per farlo oggi, ci sono alcune idee davvero intelligenti, come guardare come la luce di un pianeta si riflette su una luna vicina e analizzarla. Alla ricerca di Earthshine esopianeta.
In effetti, nei primi anni della storia della Terra, sarebbe sembrato più viola a causa dei batteri arcaici.
C'è un'intera flotta di navicelle spaziali e osservatori terrestri online che ci aiuteranno a spingerci oltre in questa domanda.
La missione Gaia dell'ESA sta per mappare e caratterizzare l'1% delle stelle nella Via Lattea, dicendoci che tipo di stelle ci sono là fuori, oltre a rilevare migliaia di pianeti per ulteriori osservazioni.
Il Transiting Exoplanet Space Survey, o TESS, verrà lanciato nel 2018 e troverà tutti gli esopianeti di dimensioni terrestri e più grandi nel nostro quartiere.
La missione PLATO 2 troverà mondi rocciosi nella zona abitabile e James Webb sarà in grado di studiare le loro atmosfere. Abbiamo anche parlato del massiccio telescopio LUVOIR che potrebbe essere online negli anni 2030 e portare queste osservazioni al livello successivo.
E ci sono molti più osservatori spaziali e terrestri nelle opere.
Mentre il prossimo round di telescopi arriva online, quelli in grado di misurare direttamente l'atmosfera di un mondo delle dimensioni della Terra in orbita attorno a un'altra stella, gli astrobiologi stanno lottando per trovare una biosignatura che fornisca un chiaro segno che c'è vita lì.
Invece della certezza, sembra che avremo la stessa lotta per dare un senso a ciò che stiamo vedendo. Gli astronomi non saranno d'accordo tra loro, sviluppando nuove tecniche e nuovi strumenti per rispondere a domande irrisolte.
Ci vorrà un po 'di tempo e l'incertezza sarà difficile da gestire. Ma ricorda, questa è probabilmente la domanda scientifica più importante che chiunque può porre: siamo soli nell'Universo?
Vale la pena aspettare la risposta.
Fonte: John Lee Grenfell: una revisione delle biosignature esoplanetarie.
Punta di cappello al Dr. Kimberly Cartier per avermi indirizzato a questo documento. Segui i suoi lavori su EOS Magazine.
