Lo studio degli esopianeti, mondi che orbitano attorno a stelle diverse dal nostro sole, è attualmente trasformato dal nuovo James Webb Space Telescope (JWST). A breve otterremo la nostra prima visione delle condizioni su mondi rocciosi, potenzialmente simili alla Terra, al di là del nostro sistema solare. Uno di questi mondi lontani potrebbe ospitare la vita. Ma potremmo rilevarlo?
Potremmo essere in grado di individuare segni di vita nella composizione dell’atmosfera del pianeta. Possiamo usare una tecnica chiamata spettroscopia di trasmissione, che divide la luce per la sua lunghezza d’onda, per cercare tracce di diversi gas nella luce delle stelle mentre attraversa l’atmosfera di un pianeta.
Alcuni gas che assorbono la luce stellare potrebbero indicare la presenza di vita sul pianeta. Queste vengono chiamate firme biologiche.
Ossigeno e ozono
L’ossigeno è probabilmente la firma biologica più ovvia. Le piante ce la fanno, noi la respiriamo questo mostra che i livelli nell’atmosfera terrestre sono cambiati drasticamente con l’evoluzione della vita. L’ossigeno che respiriamo è O2, due atomi di ossigeno incollati insieme. Ma un’altra configurazione di ossigeno, O3 o ozono, potrebbe essere osservata anche con JWST.
Quindi, se rilevassimo uno o entrambi questi gas, il lavoro sarebbe fatto? Sfortunatamente no. Un altro scenario che potrebbe produrre grandi quantità di ossigeno atmosferico è un pianeta che subisce un “effetto serra incontrollato”. Una volta che un pianeta è abbastanza caldo da far evaporare il suo oceano d’acqua, il vapore acqueo risultante nell’atmosfera contribuisce a un effetto serra – surriscaldando il pianeta a livelli non compatibili con la vita.
Alla fine, il pianeta diventa abbastanza caldo da permettere alle molecole d’acqua di rompersi in idrogeno e ossigeno. Le molecole di idrogeno sono leggere e possono muoversi abbastanza velocemente da sfuggire facilmente alla gravità del pianeta, mentre l’ossigeno più lento tende a rimanere in giro, pronto per essere rilevato e ingannare gli astronomi.
Fosfina e ammoniaca
L’attuale obiettivo della ricerca della vita aliena potrebbe essere principalmente sugli esopianeti, ma ci sono stati anche recenti sviluppi più vicini a casa nostra. Nell’atmosfera di Venere è stata recentemente rilevata fosfina, un gas che si trova naturalmente in atmosfere dominate dall’idrogeno come quelle dei giganti gassosi Giove e Saturno. È interessante notare che la fosfina è considerata una potenziale biofirma.
Sulla Terra, la fosfina è prodotta da microrganismi, ad esempio nel tratto intestinale degli animali. Se non è presente vita, non ci aspetteremmo che la fosfina si trovi in grandi quantità in atmosfere simili a quelle di Venere, che sono dominate dall’anidride carbonica. Detto questo, non possiamo ancora escludere altre fonti di fosfina su Venere.
L’ammoniaca maleodorante è un altro potenziale gas di biofirma, prodotto anche dagli animali sulla Terra. Come la fosfina, è prevalente sui pianeti giganti gassosi, ma non dovrebbe verificarsi su mondi rocciosi in assenza di vita.
Tuttavia, è probabile che rilevare fosfina o ammoniaca nell’atmosfera di un esopianeta distante sia difficile. Entrambi raggiungono minuscole concentrazioni di poche parti per miliardo sulla Terra. Quindi, a meno che i nostri potenziali extraterrestri non siano molto più puzzolenti degli animali della Terra, probabilmente non li individueremo molto facilmente.
Metano più anidride carbonica
I singoli gas che sono firme biologiche inequivocabili sono pochi e lontani tra loro, quindi potremmo fare meglio a cercare una combinazione vincente se vogliamo rilevare tracce di vita aliena. Grandi quantità di metano, prodotte dagli animali sulla Terra, più anidride carbonica, sarebbero un buon indizio che sta succedendo qualcosa.
Se c’è abbastanza ossigeno disponibile, il carbonio preferisce di gran lunga stare con l’ossigeno come anidride carbonica (CO2, un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno), piuttosto che formare metano (CH4, un atomo di carbonio e quattro atomi di idrogeno). In un ambiente ricco di ossigeno, qualsiasi carbonio che si trova in una molecola di metano abbandona rapidamente i suoi compagni di idrogeno a favore di un paio di ossigeni di riserva.
Quindi vedere molto metano e anidride carbonica coesistere suggerirebbe che qualcosa, forse batteri, produce costantemente metano.
Squilibri chimici
Possiamo applicare l’argomento di cui sopra a qualsiasi combinazione di gas che non dovrebbero coesistere felicemente. La vita sconvolge l’equilibrio chimico del suo ambiente perché usa reazioni chimiche per generare energia.
Sulla Terra, l’ossigeno si trasforma in anidride carbonica, ma in un diverso tipo di atmosfera, con diverse sostanze chimiche disponibili, la vita utilizzerebbe altri processi per raggiungere lo stesso obiettivo. I batteri produttori di metano che vivono intorno alle bocche idrotermali nelle profondità degli oceani della Terra, ad esempio, raccolgono energia chimica da minerali e composti chimici. La ricerca degli squilibri ci permette di essere mentalmente aperti su come potrebbe essere la vita altrove.
Cosa succede se individuiamo segnali di vita aliena?
JWST sta già superando le nostre aspettative per le osservazioni dell’atmosfera degli esopianeti. Per quanto potente sia, tuttavia, i pianeti rocciosi con temperature miti e atmosfere dominate da azoto o anidride carbonica saranno ancora difficili da studiare utilizzando la spettroscopia di trasmissione. I segnali che ci aspettiamo da questi pianeti sono molto più deboli di quelli che abbiamo osservato con successo in atmosfere di pianeti giganti di gas caldi.
Se siamo abbastanza fortunati da osservare i gas che assorbono la luce delle stelle nell’atmosfera di un esopianeta roccioso – ad esempio TRAPPIST-1e – dobbiamo ancora misurare la quantità di questi gas presenti per trarre conclusioni significative. Questo non è semplice in quanto i segnali possono sovrapporsi e devono essere accuratamente districati.
Anche se rileviamo e misuriamo accuratamente uno dei nostri possibili gas di biofirma, non credo che potremmo affermare di aver rilevato la vita aliena. JWST sta solo aprendo un nuovo, ricco laboratorio di atmosfere planetarie, e mentre esploriamo senza dubbio scopriremo che molte delle nostre precedenti ipotesi si sono smentite.
Saltare alle conclusioni sugli alieni ogni volta che troviamo qualcosa di insolito sarebbe prematuro. Un rilevamento della biofirma JWST sarebbe un suggerimento interessante, con la promessa che ci sarà molto più lavoro da fare.
Autore
Joanna Barstow, L’Università Aperta
