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Una ricerca senza sosta, come trovare tracce di vita sugli esopianeti?

© AFP 2021 / NASAEsopianeti e onde radio
Esopianeti e onde radio - Sputnik Italia, 1920, 26.12.2021
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Approfondimento
Il numero di pianeti conosciuti al di fuori del nostro Sistema Solare aumenta di giorno in giorno: in 30 anni gli scienziati ne hanno scoperti quasi 5.000. Si pensa che nella nostra galassia esistano centinaia di milioni di mondi potenzialmente abitabili.
Sputnik vi spiega in questo articolo se sia o meno possibile, trovandosi a molti anni luce di distanza, riconoscere forme di vita su questi corpi celesti.

Prove inconfutabili

L’acqua allo stato liquido è un fattore chiave per la nascita e lo sviluppo della vita come la conosciamo sulla Terra (non si escludono comunque altre opzioni, come la vita basata sul silicio o il carbonio, che necessitano però di una trattazione a parte).
Un pianeta abitabile dovrebbe essere formato da metalli e pietre e presentare una massa compresa tra un decimo e 10 volte quella della Terra. Inoltre, ha bisogno di una stella adeguata a sostentarlo. Se la stella fosse molto più pesante del Sole, la biosfera del pianeta non riuscirebbe a consolidarsi.
Nelle stelle estremamente leggere, invece, la zona abitabile si trova troppo vicina alla fonte di calore e i pianeti sono in balia delle maree: infatti, non c'è alternanza tra giorno e notte e tra le diverse stagioni. Inoltre, i venti stellari e le radiazioni ultraviolette sono dannosi per gli organismi viventi e ostacolano il consolidamento dell’atmosfera. La protezione è garantita dal campo magnetico, che richiede la presenza di un nucleo di ferro allo stato liquido. Inoltre, svolge un ruolo rilevante anche una luna di grandi dimensioni.
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Se un pianeta è simile alla Terra per massa e raggio e si trova nella zona abitabile di una stella, è possibile cominciare a cercare tracce di vita, le cosiddette firme biologiche (dall’inglese biosignature). Talvolta si parla anche di biomarcatori, termine che, tuttavia, è meno efficace, perché utilizzato anche in ambito medico.
Le principali firme biologiche che testimoniano la presenza di vita sono ossigeno, ozono, acqua, metano e anidride carbonica. Inoltre, citiamo anche protossido d’azoto, ammoniaca, solfuro di dimetile, disolfuro di dimetile, clorometano e fosfina. Singolarmente, queste sostanze si trovano anche su pianeti disabitati. Ma se sono insieme, aumentano le possibilità che sul dato pianeta ci sia stata o ci sia ancora la vita.
Le firme biologiche possono essere rilevate analizzando lo spettro atmosferico. Questo si ottiene esaminando la radiazione infrarossa propria del dato esopianeta, la sua luce riflessa o la sua transizione attraverso il disco della stella madre. Le linee di assorbimento mostreranno quali elementi chimici sono presenti e in quale concentrazione.

Esilarante e rinvigorente

L'ossigeno sulla Terra viene prodotto grazie alla fotosintesi e costituisce circa il 20% dell'atmosfera. Questo gas è facile da identificare, perché assorbe in maniera significativa la radiazione nella gamma dell'infrarosso. Circa 20 anni fa, fu proprio l'ossigeno ad essere selezionato per l'interferometro spaziale TPF (Terrestrial Planet Finder). Purtroppo, il progetto è stato cancellato.
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Ora nutriamo grandi speranze per il telescopio spaziale James Webb, che dovrebbe partire oggi, 25 dicembre, dallo spazioporto di Kourou. Gli scienziati americani hanno dimostrato che questo strumento è in grado di rilevare l'ossigeno nell'atmosfera di esopianeti nel sistema TRAPPIST-1 in concentrazioni che indirettamente potrebbero indicare la presenza di vita.
L'ozono è un altro buon candidato in qualità di firma biologica. Si forma a partire dall'ossigeno ed è chiaramente visibile all’interno di un telescopio sulla gamma dell’ultravioletto.
Tuttavia, l'ossigeno può essere prodotto durante processi naturali non legati alla vita, come la fotolisi delle molecole d'acqua. Se un pianeta si trova nella zona abitabile di una nana rossa aggressiva (ossia che emette molti raggi X e UV) l'acqua può scindersi in idrogeno e ossigeno. Il primo, più leggero, si riverserà nello spazio, mentre il secondo, più pesante, rimarrà nell'atmosfera.
La Terra è protetta da una "trappola fredda", per la quale il vapore acqueo condensa e poi precipita. La sua formazione è dovuta all'azoto. Quindi, se l'atmosfera di un esopianeta contenesse, per esempio, il 20% di ossigeno e oltre il 70% di azoto, avremmo praticamente una prova certa di vita. In condizioni abiogene, tali miscele non si verificano (o non siamo ancora a conoscenza di tali processi).
Un altro segnale importante è il metano. Sulla Terra è prodotto da batteri, anche nel tratto digestivo dei ruminanti. In quantità molto minori, è anche prodotto da eruzioni vulcaniche.
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Nell'autunno del 2020 gli scienziati dell'Università di Washington e dell'Università della California hanno concluso che la combinazione di metano e anidride carbonica è una firma biologica affidabile, a condizione che vi siano tracce trascurabili di monossido di carbonio nell'atmosfera. Il modello termodinamico ha dimostrato che è improbabile che i vulcani producano tanto metano quanto le fonti biologiche. Tuttavia, i ricercatori osservano che questi risultati sono basati su studi della Terra e dei corpi celesti del Sistema Solare, quindi devono ancora essere perfezionati.
Un'altra firma biologica importante è il protossido di azoto (il cosiddetto "gas esilarante"). È generato da batteri presenti nel suolo. Ma è possibile che questo composto abbia avuto origine nel lontano passato della Terra, quando il suo oceano ricco di zolfo entrò in contatto con l'azoto. Quindi, la presenza di protossido d’azoto nell'atmosfera potrebbe significare che abbiamo a che fare con un giovane pianeta disabitato.
Recentemente, gli astronomi del Massachusetts Institute of Technology hanno proposto di includere l'isoprene (C5H8) tra le potenziali firme biologiche. La Terra produce 400-600 megatoni di questo gas all’anno. Le piante tropicali in questo senso la fanno da padrone, mentre animali, funghi e batteri contribuiscono in maniera più modesta.
Nell'atmosfera, l'isoprene si disgrega in poche ore, in particolare a seguito di reazioni con composti contenenti ossigeno. Se è presente poco ossigeno, si verifica un accumulo di isoprene. Questo è stato proprio ciò che accadde durante i primi 2,4 miliardi di anni di esistenza del nostro pianeta.
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C'è vita nel Cosmo, ma non come la immaginiamo: Caccia ai nuovi pianeti alieni
Secondo le stime, il telescopio James Webb è in grado di rilevare l'isoprene nell'atmosfera di un esopianeta delle dimensioni di una super-Terra, ma a condizione che la sua fonte sia di diversi ordini di grandezza più potente rispetto a quella terrestre. Si consideri inoltre l’importanza di non confondere l'isoprene con il metano e altri idrocarburi.

Il magico pianeta Venere

Intanto, si continuano a cercare forme di vita sui pianeti del Sistema Solare.
Nel settembre del 2020 fece molto scalpore la pubblicazione sulla rivista Nature, da parte di un gruppo di scienziati dell'Università di Cardiff, dei risultati delle osservazioni sulla superficie gassosa di Venere, effettuate con l’ausilio del telescopio terrestre Maxwell e del radiotelescopio ALMA.
Gli astronomi hanno trovato tracce di fosfina, una delle potenziali firme biologiche. Sulla Terra, sono i batteri anaerobici a produrla.
Gli scienziati hanno notato che la concentrazione di fosfina nell'atmosfera di Venere è molto importante e si registra principalmente vicino all'equatore, a quota 50-60 km. Nelle difficili condizioni venusiane, questa molecola rimane attiva in media per circa un quarto d'ora prima di disgregarsi. Quindi, qualcosa (o qualcuno) la sintetizza costantemente in grandi quantità.
Queste conclusioni sono state immediatamente criticate. In risposta, i ricercatori hanno fornito stime più modeste, però anche un'analisi dei dati d’archivio dalla sonda Pioneer 13, rilevati circa 40 anni fa, ha indirettamente indicato la presenza di fosfina.
Остаток сверхновой CTB 1, напоминающий пузырь, и прямой, светящийся след от пульсара J0002+6216 - Sputnik Italia, 1920, 12.10.2021
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Quest'estate, gli esperti della Cornell University hanno dichiarato che la fosfina presente nell'atmosfera di Venere è probabilmente di origine vulcanica. Tuttavia, il loro lavoro non è che una stima.
Nel mese di ottobre è stato pubblicato sulla rivista Astrobiology un numero speciale, in cui sono stati presentati argomenti a favore e contro l’idoneità della superficie gassosa venusiana per dei microbi.
Dunque, il dibattito non si ferma nemmeno in merito a Venere, il nostro più prossimo vicino. Figuriamoci per quanto riguarda le centinaia di milioni di pianeti lontani.
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