L'ASTRONOMIA PER PASSIONE

  
  
  
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La zona di abitabilità circumstellare

Un piccolo riassunto

Voltiamoci un attimo indietro a riassumere ciò che abbiamo visto finora durante il nostro viaggio alla ricerca della vita.
A parte l'introduzione abbiamo fatto soltanto una tappa finora, ma è stata importante perché ci ha consentito di stabilire alcuni requisiti essenziali per la vita come noi la conosciamo, e non solo. A partire dalle caratteristiche di base necessarie alla nostra vita, abbiamo provveduto ad una sorta di astrazione per verificare l'esistenza di caratteristiche più generali che possano valere anche per altri tipi di vita.
Abbiamo visto, quindi, che i sistemi viventi devono soddisfare i requisiti termodinamici di acquisizione di energia dall'ambiente (ad esempio, nel nostro caso, dal Sole o dall'atmosfera o tramite nutrimento) e di immissione di entropia nello stesso (respirando, espellendo sostanze organiche, ecc). Inoltre i sistemi viventi sono delimitati da un perimetro che consente lo scambio con l'esterno, filtrando ciò che entra e ciò che esce.
Alla base di tutto serve un substrato di vita liquido, che si ottiene soltanto con certe temperature e certe pressioni. Alcuni requisiti, quindi, riguardano l'ambiente esterno. Occorre perciò calare la vita in un contesto ambientale che sia idoneo a favorirne la nascita ma anche a mantenerla per un periodo lungo e continuato nel tempo.
Stiamo parlando, quindi, di ambiente abitabile e giungeremo alla seguente conclusione: 

In qualunque luogo sia possibile svilupparsi, la vita si sviluppa e prende quel che c'è, si adatta a quel che trova, anche laddove ci sembra impossibile. La vita è un concetto illimitato.

L'ambiente abitabile

Già dal nome risulta chiaro che:

un ambiente abitabile è un luogo in cui la vita può nascere e svilupparsi 

Un ambiente abitabile, ovviamente, è la nostra casa, ma è altrettanto ovvio che non stiamo parlando di questo. Essendo terrestri, l'esempio più tipico riguarda il nostro pianeta: la Terra è un ambiente abitabile, e sembra a prima vista l'unico dell'intero Sistema Solare. A prima vista, però! In realtà è l'unico attualmente abitabile tra i pianeti solari, ma non è detto che sia attualmente l'unico corpo abitato del sistema solare, che consta anche di satelliti, asteroidi, comete. Soprattutto se parlando di vita non pensiamo a bipedi pensanti!
 

Condizioni alla base di un ambiente abitabile Un ambiente abitabile deve possedere quindi alcune caratteristiche fisiche ed altre caratteristiche chimiche. Banalmente, possiamo pensare che dal punto di vista fisico non potremmo vivere su un pianeta tanto piccolo o talmente poco denso da non riuscire a trattenerci gravitazionalmente nel momento in cui saltiamo, perché ci perderemmo nello spazio al primo gol della nostra squadra del cuore. Allo stesso modo non riusciremmo a vivere in un pianeta la cui atmosfera fosse ricca di gas velenosi. Si tratta di due esempi molto enfatizzati ovviamente, ma servono a rendere bene l'idea.

Ma perché un pianeta possiede caratteristiche fisiche e chimiche di un certo tipo? Alla base di questi tratti salienti ci sono numerosi risvolti ed influenze. I fattori che influenzano l'aspetto fisico-chimico di un pianeta sono essenzialmente astronomici, geofisici e climatici.

Anche questa volta, partiamo dall'ambiente abitabile che conosciamo meglio, la Terra (che in effetti è l'unico che conosciamo..) per tentare alla fine una estrazione di caratteristiche generali che devono valere anche per altri luoghi abitabili.

I fattori di abitabilità della Terra

Il nostro pianeta è abitabile per alcuni motivi che, dal nostro punto di vista, balzano subito agli occhi: condizioni climatiche superficiali e presenza di acqua, tanto per iniziare. Ci sono tuttavia tantissimi altri motivi che rendono il nostro pianeta abitabile e, per ora, unico tra i pianeti noti.
Esempi fondamentali ma poco tangibili sono la presenza di fonti di energia e la protezione da radiazioni ionizzanti.
L'unica cosa da ricordare sempre è che questi fattori sono necessari, ma non sufficienti.

A) ACQUA E SITUAZIONE SUPERFICIALE

Un diagramma molto interessante dal nostro punto di vista è quello che lega la pressione alla temperatura nell'ambito della fase dell'acqua, al fine di verificare i livelli ai quali l'acqua si presenta allo stato liquido, solido o gassoso.  Sull'asse orizzontale si riporta la temperatura in gradi Kelvin, mentre sull'asse verticale la pressione in Pa. Le linee rosse separano tre aree, ciascuna delle quali racchiude punti di temperatura e pressione che portano ad un determinato stato dell'acqua: solido, liquido o gassoso.

PRESSIONE E UNITA' DI MISURA - La pressione P è una grandezza fisica data dal rapporto tra modulo della forza F che agisce ortogonalmente su una superficie S e la superficie stessa. P = |F| / S. La pressione è assoluta se misurata assumendo come riferimento il vuoto, mentre è relativa se è misurata assumendo come riferimento un'altra pressione, in genere quella atmosferica. L'unità di misura più adottata è il Pascal (Pa), che corrisponde a 1 newton su metro quadro (N/m2)
 

Il diagramma della fase dell'acqua, che lega lo stato (solido, liquido o gassoso) ai punti di temperatura e pressione.

Il grafico, detto appunto fase dell'acqua, mostra anche il punto triplo che esprime la combinazione di temperatura e pressione alla quale l'acqua può presentarsi allo stato solido, liquido e gassoso. Questo punto corrisponde a 273.16 Kelvin di temperatura e 610.6 Pa di pressione. Il punto critico invece (647 K, 22,1 MPa) è il punto in cui le caratteristiche del vapore e del liquido diventano le medesime. La posizione dei pianeti nel grafico indica la combinazione media di temperatura e pressione su ciascuno dei mondi evidenziati. Venere è fuori campo, ma i suoi dati portano a 735 K e 9.3 MPa.
Tra i pianeti del sistema solare, l'unico che presenta acqua in superficie è la Terra.

La temperatura media della Terra per latitudine

Il nostro mondo ha una temperatura media di 15°C circa, mediando tra stagioni e latitudini diverse, con una pressione al livello del mare pari a 1 atmosfera (1,01 x 10e5 Pa). Volendo tracciare un grafico per latitudine si ottiene una campana come il disegno a lato.
In pratica, la Terra possiede una temperatura che consente la presenza di acqua liquida a tutte le latitudini tranne che nelle zone polari, dove ghiaccia.
La temperatura terrestre dipende da una serie molto numerosa di fattori, astronomici e geofisici.

B) PRESENZA DI FONTI DI ENERGIA

Il fatto che l'energia sia alla base della vita è presto dimostrato. Ogni organismo trae energia dall'ambiente, in via diretta o in via indiretta, e su questo apriamo una breve parentesi. Gli organismi che traggono energia direttamente dall'ambiente sono detti autotrofi (autos = da se stesso; trophos = alimentazione), mentre gli eterotrofi (héterps = altro) sono quelli che lo fanno in via indiretta, nutrendosi di sostanze organiche prodotte dagli autotrofi. Quindi, la base di partenza è sempre l'energia ambientale. L'alimentazione autotrofa si basa essenzialmente su due tipi di reazione chimica: l'ossido-riduzione e la fotosintesi.

Tramite reazioni di ossido-riduzione, l'uso di energia chimica nei sistemi viventi porta al trasferimento di elettroni tra un reagente ad un altro. Un composto è "ridotto" se acquista un elettrone mentre è "ossidato" se lo perde. L'idrogeno, nei confronti di altri composti, ha proprietà riducenti mentre l'ossigeno le possiede ossidanti. Si tratta della forma più semplice ed antica di nutrimento autotrofo e si manifesta in varie tipologie, anche in assenza di luce solare. La più diffusa è la metanogenesi, in cui si ossida idrogeno e si riduce anidride carbonica:

4H22 = CH4 + H2O

Il carbonio passa dalla forma ossidata, O2, a quella ridotta, CH4 divenendo disponibile per ulteriori sintesi di molecole organiche. Come vedremo, alcuni organismi dei fondali oceanici vivono in questo modo. Altre ossido-riduzioni sono basate sullo zolfo.

Tramite fotosintesi, l'energia luminosa viene convertita in energia chimica in maniera praticamente illimitata nel tempo, in qualsiasi posto esposto al Sole. Dalla fotosintesi derivano quasi tutti i composti del carbonio e tutto l'ossigeno terrestre.

CO2 + H2O + luce solare = (CH2O) + O2

Anidride carbonica e acqua reagiscono tramite i fotoni solari, producendo carboidrati (soprattutto saccarosio o amido) e liberando ossigeno. Anche stavolta il carbonio viene fissato e reso disponibile al ciclo biologico. Ovviamente il processo è stato proposto in maniera semplificata, ma in realtà è molto più complesso e può avvenire anche in assenza di luce solare (reazioni al buio).

C) PROTEZIONE DA RADIAZIONE AD ALTA ENERGIA

Le radiazioni ionizzanti sono radiazioni ad alta energia che provengono dal sole oppure dalla Galassia intera e sono composte all'89% da protoni, al 10% da nuclei di elio e per il resto da tracce di nuclei più pesanti ed elettroni. Lo spettro abbracciato da questa radiazione va dall'ultravioletto, allo spettro X fino ai raggi gamma, e se un essere vivente fosse esposto a questa radiazione in maniera continua verrebbe colpito da danni irreversibili a livello biologico.

Air shower

Tanto per fare degli esempi. La radiazione nell'ultravioletto vicino è quella "meno grave" perché non produce ionizzazione ma potrebbe far divenire reattivo un gruppo funzionale di una macromolecola. Se le basi del DNA si attivano, in particolare gli acidi nucleici, tendono a legarsi tra loro creando un nodo o piegando addirittura il DNA, portando ad una mutazione genetica. In genere un tale mutamento colpisce soltanto un filamento di DNA, quindi possono scattare dei processi di backup andando ad attingere al secondo filamento, dal quale ricomporre le informazioni nel primo. Ovviamente questo è valido come linea di principio e solo entro certi limiti.
Quando l'energia della radiazione aumenta, invece, si produce ionizzazione (l'atomo perde uno o più elettroni, o li acquista, assumendo in ciascuno dei casi una carica elettrica rispettivamente positiva o negativa). In genere questo colpisce le molecole di acqua, creando radicali liberi (atomi con eccesso di carica elettrica, instabili e reattivi chimicamente). Questi radicali vanno a lesionare le macromolecole biologiche, portando a danni ad entrambi i filamenti del DNA e rendendo impossibile la "copia". A seconda dei casi si può passare da danni lievi a danni gravi fino a morte entro 24 ore.

Contro tutto questo, la Terra ci protegge grazie, soprattutto, al suo strato di ozono. I raggi cosmici di alta energia colpiscono le particelle atmosferiche e perdono energia, producendo una cascata (air shower) di mesoni carichi che a loro volta collidono e decadono in altre particelle, con energia sempre minore, in un effetto domino che ad ogni collisione fa perdere energia. In realtà lo strato di ozono è efficace essenzialmente per i raggi ultravioletti: si forma proprio grazie al fatto che parte delle molecole di O2 si dissociano dalla radiazione ultravioletta negli strati più alti dell'atmosfera. Gli atomi di ossigeno liberi reagiscono con le molecole O2 per creare O3.

Sebbene l'UV sia legato spesso a danni provocati all'uomo, secondo uno ostudio dello Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) sarebbe proprio l'ultravioletto una chiave da seguire per poter trovare vita altrove nell'universo. Certi livelli di UV sarebbero necessari per innescare la formazione dell'acido ribonucleico, necessario alla vita, e molte nane rosse potrebbero non raggiungere questi livelli. Tramite modelli al computer e lo studio delle nane rosse, gli autori stimano che la superficie dei pianeti rocciosi nelle zone abitabili intorno alle nane rosse sperimenterebbero luce ultravioletta in misura da 100 a 1000 volte inferiore a quella necessaria a far emergere la vita. Ne serve quindi di più, ma non tanta di più da erodere e rimuovere l'atmosfera, quindi un equilibrio davvero delicato, uno sweet spot. A questo punto i flare classici delle nane rosse potrebbero essere importanti per risanare il deficit di radiazione ultravioletta, mentre finora sono stati sempre visti come eccedenti. Lo studio è puubblicato su The Astrophysical Journal del 10 luglio 2017. Proprio nello stesso giorno di pubblicazione di questo articolo, tuttavia, un altro articolo pone l'ultravioletto come base per rintracciare la presenza di acqua sugli esopianeti, puntando direttamente sul sistema di TRAPPIST-1 le lenti di Hubble Space Telescope.  La radiazione ultravioletta, sempre lei, produce la dissociazione del vapore acqueo atmosferico in idrogeno e ossigeno mentre livelli più alti di radiazione comportano la fuga dell'idrogeno dall'atmosfera stessa. Hubble può osservare questo gas in fuga e prenderlo come indicatore di vapore acqueo atmosferico: la quantità osservata di radiazione UV da parte di TRAPPIST-1 lascia pensare che i pianeti potrebbero aver perso grandi quantità di acqua nel corso del tempo, soprattutto quelli più interni, i pianeti b e c. Proprio questi pianeti potrebbero aver perso più di 20 oceani terrestri di acqua durante gli ultimi 8 miliardi di anni mentre in quantità minore l'effetto potrebbe aver riguardato i pianeti in zona abitabile e, f e g. 

Rappresentazione di TRAPPIST-1

Rappresentazione di TRAPPIST-1

Scovare forme di vita simili alla nostra, intuitivamente, richiede una stella simile alla nostra ma i nostri dintorni sono molto più affollati di nane rosse in stile TRAPPIST-1 e così la ricerca maggiore, oggi, è spostata verso queste stelle, piccole e fredde. 
Una delle firme biologiche più importanti è una specifica riflessione superficiale chiamata "red-edge", causata dalla vegetazione presente su un possibile pianeta in transito sul disco stellare. Sulla Terra questa riflessione appare tra il rosso e l'infrarosso, con la luce rossa assorbita dalla fotosintesi e la radiazione IR, invece, riflessa. Studi precedenti prevedevano che la posizione di questa red-edge sugli esopianeti fosse decisa dalla radiazione delle stelle vicine. Intorno alle stelle di classe M, quelle rosse e piccole, il red-edge è ritenuto shiftato verso lunghezze d'onda più lunghe, con le piante pronte a utilizzare una maggiore quantità di infrarosso per la fotosintesi. 
Un nuovo studio dell'Astrobiology Center (ABC) of National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Giappone ha proposto nel settembre 2017, tramite un articolo online su Scientific Reports, un pattern di riflessione simile a quello terrestre anche per le nane rosse. Lo studio verte sul fatto che i primi fototrofi ossigenici si creano molto probabilmente sotto l'acqua, come per la Terra primordiale. E' stato esaminato il meccanismo di adattamento dei fototrofi alla luce visibile e infrarossa, mostrando come sia troppo rischioso utilizzare radiazione infrarossa durante l'evoluzione da acqua a terra.
 
Fotosintesi e diverse luci
 

Un posto nell'universo da poter abitare

Non è semplice, come si sarà capito, trovare in giro per l'universo un posto abitabile. Prendiamo uno dei requisiti, come la presenza di acqua allo stato liquido. Un requisito simile ci fa scartare decisamente tutte le stelle e tutto il mezzo interstellare. Le stelle, anche le più fredde, possiedono infatti una temperatura superficiale di migliaia di gradi ed in tali condizioni le molecole di acqua non possono neanche esistere. Su alcune delle stelle più fredde potrebbe esserci acqua sottoforma di vapore. Il mezzo interestellare, invece, ha una pressione troppo bassa, molto inferiore alla pressione del punto triplo. L'acqua non può esistere in fase liquida neanche nelle nubi più dense.

Occorre limitare il campo di azione, quindi, a pianeti e corpi minori come i satelliti o gli asteroidi. Parliamo, allora, di abitabilità planetaria, distinguendo tra abitabilità superficiale, atmosferica o sub-superficiale. Riprendiamo le caratteristiche che abbiamo appena viste (acqua liquida e quindi temperatura, stagioni e stabilità climatica, fonti di energia e protezione da radiazione ionizzante), quindi, e analizziamole alla luce dell'abitabilità planetaria.
I fattori subiscono una enormità di influenze: alcune sono dovute alla stella, altre alle orbite planetarie, altre alle caratteristiche del sistema planetario ed altre ancora a caratteristiche del pianeta stesso.

TEMPERATURA SUPERFICIALE DEL PIANETA
Iniziamo parlando, ad esempio, della temperatura superficiale del pianeta. Si tratta forse del caso più eclatante di concomitanza di fattori, dal momento che concorrono le proprietà astronomiche, geofisiche ed atmosferiche. Non di meno, la temperatura è l'elemento cruciale per la presenza di acqua allo stato liquido ed in base a questa si costruisce tutto il modello che studia e teorizza la zona abitabile intorno ad una stella.

Temperatura superficiale della stella come fattore di abitabilità della fascia circumstellare

La temperatura superficiale media di un pianeta è un bilancio perché è data dalla differenza tra la radiazione in entrata per unità di tempo e la radiazione in uscita.

La radiazione in entrata è di due nature: da un lato c'è la natura astronomica, con la radiazione solare che colpisce la superficie planetaria nello spettro ottico e ultravioletto. Dall'altro lato c'è la radiazione che proviene da dentro il pianeta, cioè il calore geotermico.

La radiazione in uscita, invece, è quella emessa dal pianeta principalmente nello spettro più freddo, quello infrarosso.

Concentriamoci inizialmente sull'aspetto astronomico del concetto appena introdotto, e cioè la radiazione che giunge dalla stella per unità di tempo. L'energia radiante stellare incidente sul pianeta per unità di tempo dipende dalla luminosità della stella e dalla distanza che separa il pianeta dalla stella stessa. Per stabilirne l'entità si ricorre alla equazione di Stephan Boltzmann, quindi la radiazione stellare è data da:

S = L / 4σd2

Dove S è il fattore astronomico, L è la luminosità stellare mentre d è la distanza stella-pianeta.

L'energia radiante stellare incidente per unità di tempo sul pianeta, indicando con Rp il raggio del pianeta, è:

σR2p * S

Non basta, perché non tutta la radiazione incidente viene assorbita dal pianeta ma una parte viene riflessa. La frazione del flusso stellare riflessa è chiamata albedo, e la rappresentiamo con una A. La radiazione assorbita dal pianeta, alla fine, è:

L = σR2p * S (1 - A)

In poche parole, la radiazione stellare assorbita dal pianeta è pari alla radiazione solare che arriva a colpirlo, e che dipende dalla distanza, meno quella che rimbalza sul pianeta stesso perché, magari, colpisce una zona ghiacciata e più riflettente.

Ora passiamo all'aspetto geotermico, e indichiamo con E il flusso di calore interno. Ovviamente questo parte dal centro del pianeta ed attraversa il raggio planetario, quindi nel percorso di disperde. Quello che arriva in superficie dipende quindi sempre dal raggio, ed è pari a 4σR2p * E.

Manca un fattore, che è la radiazione del pianeta nello spettro infrarosso, cioè la radiazione in uscita. Si assume una emissione di corpo nero, cioè perfetta come se fosse di laboratorio, e si indica con 4σR2p ?T4p, con Tp temperatura effettiva del pianeta e σ costante di Stephan Boltzmann. Mettiamo tutte queste formule insieme:

(1 - A) S/4 + E = σ T4p

dalla quale si può ricavare una stima della temperatura effettiva del pianeta, differente da quella superficiale. Infatti, la temperatura superficiale reale risente di svariati altri fattori, primo tra tutti la composizione atmosferica. Se l'atmosfera è trasparente alla radiazione in arrivo ma assorbe quella termica in uscita, infatti, la temperatura è più alta di quella calcolata per via di questa ritenzione di calore, nota come effetto serra. Se ne può tener conto nella formula, aggiungendo un delta alla temperatura planetaria. Modelli di bilancio energetico tengono conto di questo e di tanti altri fattori, ma a noi basta aver compreso il concetto generale che vede la temperatura superficiale del pianeta come una differenza tra quella in arrivo da fuori e da dentro e quella in uscita.
L'applicazione della formula ai valori terrestri (quindi luminosità solare di 3.845*1026 e distanza pari a 1.492*1011, albedo 0.3) si ottiene una temperatura di 255 K, pari a -18°C. Ovviamente non è così, e la differenza con la temperatura osservata in media, di +15°C, è attribuita all'effetto serra. Senza effetto serra, quindi, la Terra sarebbe completamente ghiacciata visto che riesce ad alzare la temperatura di ben 33 K.

FASCIA DI ABITABILITA' CIRCUMSTELLARE

Zona abitabile

Abbiamo trovato il modo di determinare la temperatura superficiale di un pianeta. Conosciamo il comportamento dell'acqua in superficie. Ora, se ipotizziamo un sistema planetario simile al nostro, con una stella comparabile al Sole, possiamo determinare facilmente il range di distanza che può avere un pianeta comparabile alla Terra per struttura e atmosfera affinchè possa presentare acqua liquida. Ci sarà quindi una distanza minima, al di sotto della quale la temperatura sarà troppo alta per mantenere l'acqua liquida, ed una distanza massima, oltre la quale la temperatura farà ghiacciare la riserva di acqua superficiale. All'interno di questo range, per un dato valore di pressione ovviamente, l'acqua sarà liquida. Se la pressione è 105Pa, allora la temperatura deve cadere in un range compreso tra 0 e 100°C, come siamo soliti pensare sulla Terra.

L'intervallo di distanze compreso tra la distanza minima e quella massima è chiamato zona abitabile circumstellare (LWHZ - Liquid Water Habitable Zone). Non essendo possibile definire la vita in maniera esatta, quindi, ci si accontenta di considerare "abitabile" un ambiente in cui l'acqua possa trovarsi in superficie allo stato liquido. Si fa, inoltre, riferimento esclusivo alla vita superficiale, escludendo qualsiasi considerazione su possibilità di vita sub-superficiale

Nel disegno, una approssimata zona abitabile è rappresentata dall'area compresa nei cerchi tratteggiati gialli, e l'orbita terrestre è interamente inserita in questa zona.
Questo vale per stelle simili al Sole e pianeti simili alla Terra, ma ovviamente l'universo non è stato creato con lo stampo e le situazioni che si possono presentare sono comprese tra lo svariato e l'infinito. Ad influire sulle condizioni climatiche, e quindi sulla fondamentale temperatura superficiale, concorrono moltissimi parametri, soprattutto climatici, propri del pianeta.
La posizione e l'estensione della Fascia di Abitabilità, quindi, varia. Le condizioni climatiche di un pianeta variano innanzitutto in base alla velocità di rotazione del pianeta stesso intorno al proprio asse, che influenza la durata del giorno e della notte, ed all'inclinazione dell'asse di rotazione rispetto all'asse di rivoluzione, che influenza invece le stagioni. E' chiaro che se giorno e notte durano pochissimo i ritmi sono diversi, ed è anche chiaro che se un pianeta è in risonanza orbitale con la stella avrà una faccia sempre illuminata e l'altra sempre oscurata, con evidenti influenze sulle condizioni climatiche.

Quali altri fattori muovono e cambiano lo spessore della fascia di abitabilità? Di nuovo, sono fattori astronomici, planetari e geofisici.

a) FATTORI ASTRONOMICI

Limiti della zona abitabileAbbiamo visto come una stella simile al Sole crei una zona di abitabilità come quella del Sistema Solare, nella quale è presente la Terra.

Ma se la stella fosse più luminosa?

Emetterebbe più radiazioni, più calore, e la posizione della Terra sarebbe troppo calda. La fascia di abitabilità si sposterebbe più lontana dal Sole. Il primo parametro stellare di rilievo, quindi, è la temperatura TS della stella, in base alla quale si può stimare la temperatura di equilibrio del pianeta TP. Tralasciamo i calcoli e le formule e veniamo al sodo: la posizione della zona abitabile circumstellare aumenta e diminuisce in maniera lineare rispetto al raggio della stella, mentre aumenta e diminuisce in maniera quadratica rispetto alla temperatura della stella.

Tradotto in maniera semplificata, se il raggio della stella aumenta di una unità percentuale, anche la distanza della zona aumenta di una unità percentuale, mentre se la temperatura della stella aumenta di una unità percentuale rispetto alla temperatura del pianeta, allora la distanza aumenta di una unità elevata alla seconda. Dal momento che per molti spettri di sequenza principale raggio e temperatura aumentano insieme, ne segue che la distanza della zona di abitabilità può essere stimata in base allo spettro di una stella. In molti casi, ma non in tutti. Le conclusioni in tal senso portano, ad esempio, la zona abitabile intorno ad una stella di classe M ad una distanza tra le 5 e le 40 volte inferiore rispetto a quella del sistema solare, mentre una stella di classe F0 con massa di 1,6 masse solari e raggio di 1,5 raggi solari vede la sua zona più distante di 2,6 volte rispetto alla nostra. Una stella di spettro A0, con massa 2,9 masse solari e raggio 2,4 raggi solari vede la propria zona più lontana di sette volte rispetto alla nostra. Nel disegno vengono raffigurati i limiti della zona abitabile in base alla luminosità delle stelle di sequenza principale. Nel grafico si tiene conto della copertura nuvolosa: la linea punteggiata indica una copertura dello 0% mentre quella tratteggiata indica una copertura del 100%. Le scritte in alto rappresentano la classe spettrale delle stelle ed il tempo di permanenza nella sequenza principale, espresso in miliardi di anni. Sull'asse orizzontale c'è la luminosità rispetto alla luminosità solare, mentre sull'asse verticale c'è la distanza rispetto alla distanza Terra-Sole. I pianeti del Sistema Solare vengono incolonnati sotto una stella di spettro solare, con la Terra posta a distanza 0 e luminosità 0, dal momento che presenta i valori di riferimento percentuale. Poco a sinistra ci sono i pianeti del sistema planetario di 55 Cnc, con il pianeta f in piena zona abitabile rispetto alle caratteristiche della sua stella.

b) FATTORI PLANETARI

Dopo aver visto i fattori che influenzano la zona di abitabilità da parte della stella, vediamo quelli rilevanti da parte del pianeta. Il primo, fondamentale, è la presenza di una atmosfera. La sua presenza è fondamentale per quanto abbiamo detto: deve esserci una pressione superficiale superiore a quella del punto triplo dell'acqua, altrimenti non è possibile trovarla allo stato liquido. La pressione superficiale del pianeta, quindi, deve essere almeno di 612 Pa.
Ma questo vincolo ne comporta un altro. Un pianeta esercita una attrazione gravitazionale, altrimenti potremmo volteggiare nello spazio fino a perderci. Bene, per trattenere una atmosfera di questa pressione, la massa del pianeta ed il suo raggio (motivi per il quale lo stesso esercita la sua attrazione gravitazionale) devono essere grandi abbastanza da consentire di trattenere l'atmosfera. Marte, più piccolo della Terra, non ci è riuscito. Le molecole termiche la cui velocità è maggiore alla velocità di fuga del pianeta vengono disperse: se la massa è piccola e la velocità di fuga diminuisce, molte molecole vengono perse. Tutta l'atmosfera può essere persa.

Effetto serra

L'atmosfera non deve essere solo presente, ma deve avere anche una composizione particolare. Abbiamo visto da poco che in assenza di effetto-serra, infatti, la Terra sarebbe ghiacciata, e l'effetto serra è dovuto alla composizione chimica atmosferica, trasparente ai raggi in entrata (li lascia passare) ed opaca a parte di quelli in uscita (non li fa uscire), con la conseguenza che trattiene il calore. I principali gas serra presi in considerazione sono H2O, CO2 e CH4.
Il disegno mostra il destino della radiazione solare: parte è direttamente respinta dall'atmosfera, mentre parte entra fino a colpire la Terra. Di quest'ultima parte, una percentuale viene riflessa nello spazio mentre un'altra viene intrappolata dall'atmosfera stessa e resta nei pressi della Terra, aumentandone la temperatura.

Il campo magnetico terrestre devia il vento solare. Credit: Dany Gozzi

L'atmosfera, come abbiamo visto, viene anche erosa dallo scontro delle sue particelle con i fotoni di alta energia che provengono dal Sole o dai raggi cosmici. Fondamentale, quindi, è anche la presenza di un campo magnetico, che devia queste particelle incanalandole verso i poli (è per questo che le aurore si verificano alle alte latitudini terrestri, nord e sud). Implicazione, quindi, è la presenza di un nucleo metallico fuso in rotazione all'interno del pianeta. I campi magnetici hanno infatti origine negli strati più profondi del pianeta. Per la Terra, è il risultato delle correnti elettromagnetiche create dai moti relativi tra la parte interna solida e la parte esterna liquida del nucleo metallico. Si ritiene, quindi, che un pianeta che non presenti un nucleo metallico parzialmente liquefatto non riesca a sviluppare un campo magnetico tale da deviare i raggi cosmici e quindi a proteggere le forme di vita eventualmente presenti.

Abbiamo accennato alla distinzione tra la radiazione incidente e quella assorbita, dicendo che la differenza è quella riflessa, che viene indicata comunemente con il termine albedo. Parte della superficie di un pianeta, infatti, è coperta da oceani e continenti, parzialmente coperti a loro volta da ghiacci e neve. A tutto si aggiunge la copertura nuvolosa dell'atmosfera. Anche la presenza di vegetazione altera la percentuale di albedo. Infine, recenti studi mostrano come l'albedo dipenda anche dalla classe spettrale della stella.
Si è parlato di presenza di oceani, ed anche questo è un fattore molto importante per la temperatura di un pianeta. Innanzitutto gli oceani hanno un ruolo di mitigazione del clima oltre che di influenza sull'albedo. In più, l'acqua allo stato solido ha una densità inferiore a quella che possiede nello stato liquido (è per questo che il ghiaccio galleggia!), e questo può significare che al di sotto di una coltre di ghiaccio può esistere benissimo un oceano di acqua liquida, come sembra esistere su Europa ed Encelado.

Distribuzione del ghiaccio in un mondo oceanico in rotazione sincrona. Credit GISS/NASAIn pratica è molto complicato capire il modello atmosferico di un esopianeta al fine di verificarne l'abitabilità: inizialmente i modelli erano tutti a una sola dimensione, quella verticale, ma a ottobre 2017 la NASA ha pubblicato un articolo in cui i modelli iniziano ad avere tre dimensioni, consentendo una migliore caratterizzazione dell'atmosfera planetaria (Astrophysical Journal). Per prevedere la fuga di vapore acqueo dall'atmosfera, i modelli precedenti indicavano come il pianeta dovesse sperimentare temperature superficiali maggiori di quelle storicamente sperimentate dalla Terra durante la propria evoluzione, sopra i 66°C. Queste temperature avrebbero innescato potenti movimenti convettivi, ma oggi è assodato come queste tempeste convettive non siano la ragione per cui l'acqua possa aver raggiunto la stratosfera nei pianeti a lenta rotazione. Per esopianeti in orbita stretta alla propria stella, la gravità stellare stessa sarebbe abbastanza forte da indurre una rotazione lenta nel pianeta il che potrebbe causare un blocco gravitazionale, con un lato perennemente in ombra e l'altro sempre illuminato. Quando questo accade, sul lato diurno si formano dense nubi che agiscono come un ombrello contro la radiazione stellare e che possono mantenere la temperatura su livelli abbastanza freddi, impedendo al vapore acqueo di risalire e di fuggire. La radiazione nel vicino infrarosso della stella, però, potrebbe generare un effetto serra sul pianeta: il vapore acqueo nell'aria e le goccioline nelle nubi assorbono molto questo tipo di radiazione, il che riscalda l'aria e la induce a salire trasportando vapore acqueo in stratosfera e sfociando, infine in effetto serra. 

Ricerca di biomarcatori diversi

Questo processo è rilevante soprattutto per i pianeti in orbita intorno a stelle di piccola massa, più fredde e deboli del Sole. Per essere abitabile, un pianeta deve essere più vicino a queste stelle di quanto non lo sia la Terra rispetto al Sole il che aumenta il blocco rotazionale e l'effetto serra che ne segue. Il nuovo modello mostra che dal momento in cui le stelle più fredde emettono principalmente in questa banda di radiazione, lo stato di "umido" legato all'effetto serra risulterà anche in condizioni confrontabili con la temperatura dei tropici terrestri. Gli esopianeti più vicini alla stella, però, portano a un aumento di umidità del tutto graduale, il che - contrariamente alle vecchie previsioni - renderebbe il pianeta maggiormente abitabile. Il riscontro è molto importante visto che sistemi di questo tipo sono i più comuni: stelle a bassa luminosità e pianeti in orbita stretta aumentano le probabilità di trovare mondi abitabili. 

Dal punto di vista osservativo, con le strumentazioni del primo ventennio degli anni Duemila i tempi richiesti sono davvero lunghi per poter capire se, in presenza di una esoatmosfera, si sia anche in presenza di qualcosa di "respirabile". Uno studio del 2017 guidato dal Goddard Space Flight Center (Nature) ha pensato di sostituire la ricerca di ossigeno e metano, potenziali indizi di vita, con la ricerca di altre molecole più visibili a distanza come l'azoto molecolare (78% dell'atmosfera terrestre). Non si tratta di molecole legate direttamente alla vita ma a qualcosa che la vita possono assecondarla. Come firme da cercare ci sono quindi l'idrossile, il monossido di azoto e l'ossigeno molecolare, formate dall'interazione tra atmosfere simil-terrestri con le tempeste stellari più violente tipiche delle nane rosse. Simili tracciatori sono anche indice della presenza di un campo magnetico, fondamentale alla vita e alla difesa del pianeta. 

c) FATTORI GEOFISICI

Abbiamo già detto che il pianeta fa giungere calore alla superficie. Aggiungiamo in questa sede che la quantità di calore che proviene dall'interno di un pianeta è misera cosa rispetto a quella incidente che proviene dalla stella, quindi di solito viene omessa persino nei calcoli. Questo è vero per la Terra, ma non è detto che sia così ovunque, nel tempo e nello spazio.
La principale fonte di calore interno è il decadimento radioattivo di isotopi come uranio 235 e uranio 238, con tempi molto lunghi. Nella Terra primordiale il calore interno doveva essere indubbiamente maggiore di quello attuale e gli isotopi radioattivi erano sicuramente superiori, ancora non decaduti, quindi il calore geotermico contribuiva non poco al calore superficiale terrestre. Cosa ne segue? Che in linea di principio possiamo trascurare il calore geotermico per i sistemi planetari evoluti, mentre per quelli che si sono formati da poco occorre prenderlo in considerazione. Questo in linea di principio, ma non è una regola generale perché, ad esempio, il calore interno di Giove non è affatto da trascurare.
Un'altra causa di calore geotermico proviene dalle forze mareali alle quali sono sottoposti gli strati interni di un corpo posto nei pressi di un altro di dimensioni ragguardevoli: un pianeta vicino alla sua stella, oppure il caso di Io vicino Giove. Io è il satellite geologicamente più attivo del sistema solare, ed il motivo è da ricercare proprio nelle enormi forze mareali alle quali è sottoposto, essendo piccolo e vicinissimo a Giove.
Del nucleo metallico fuso abbiamo già parlato accennando ai campi magnetici, sebbene sia anch'esso un fenomeno geofisico.
Altro parametro che influenza l'abitabilità di un pianeta dal punto di vista geofisico è la presenza di vulcani e fenomeni tettonici, che possono influenzare il clima in vari modi. Ad esempio, i vulcani riempiono l'atmosfera di CO2 ed innalzano effetto serra e, quindi, temperatura. La tettonica invece altera costantemente gli scambi termici tra interno del pianeta ed esterno, alterano la frazione di continenti emersi e quindi la capacità termica superficiale, nonché l'albedo.

Calore a induzione per i pianetiIl calore a induzione potrebbe cambiare drasticamente il livello energetico di un esopianeta, fino a fonderne la parte interna (Nature Astronomy - Ottobre 2017 - Space Research Institute of the Austrian Academy of Sciences).
Quando un materiale altamente conduttivo si trova incastonato in un campo magnetico variabile viene a prodursi una corrente elettrica all'interno del corpo grazie a un processo chiamato induzione elettromagnetica. Se la corrente è abbastanza forte potrebbe scaldare il materiale nel quale viene a fluire a causa della resistenza elettrica. Questo processo è chiamato calore a induzione ed è ampiamente utilizzato nell'industria per fondere materiali. 
A scala maggiore, il processo utilizzato nelle fabbriche gioca un ruolo importante anche nei pianeti in orbita a stelle con forte campo magnetico. Queste stelle possono ruotare in maniera molto veloce il che causa rapide variazioni nel campo magnetico: in tali circostanze il calore a induzione può svilupparsi nel pianeta. 
Lo studio ha riguardato stelle di piccola massa che mostrano caratteristiche decisamente esotiche: sono stelle più piccole e deboli del Sole e alcune di esse ruotano molto velocemente e presentano campi magnetici centinaia di volte più forti di quello solare. Un esempio famoso è Trappist-1, la stella con sette pianeti, tre dei quali potrebbero avere acqua superficiale. L'energia rilasciata nei pianeti di Trappist-1 è stata stimata e per alcuni di essi il calore è abbastanza forte da guidare una forte attività vulcanica o creare comunque magma al di sotto della superficie. Tutto questo può influenzare notevolmente l'atmosfera di un pianeta e la sua abitabilità

Continuità dei parametri

A tutto questo, vanno aggiunti alcuni meccanismi ciclici di feedback: alcuni stabilizzano il clima mentre altri lo destabilizzano.


Stabilità stellare in rapporto a variazioni di temperatura

Tra i meccanismi che rendono instabile il clima ci sono due cicli che si instaurano. Il primo deriva da un aumento di radiazione stellare in entrata: questo fa aumentare la temperatura planetaria, che aumenta l'evaporazione dell'acqua e quindi aumenta l'effetto serra, che a sua volta porta ad un nuovo innalzamento della temperatura e quindi ad ulteriore evaporazione ed ulteriore effetto serra, in un ciclo continuo. Un evento simile si pensa si sia verificato su Venere, che oggi ha un effetto serra di circa 500°K.
Altro esempio, contrario, si ha nel caso di una diminuzione di radiazione stellare: in tal caso la temperatura planetaria diminuisce ed i continenti si coprono di ghiacci e neve, che aumentano l'albedo e riducono ancora di più la radiazione assorbita, e quindi la temperatura planetaria. Questo fa aumentare ancora di più i ghiacci, ed il ciclo continua. Un ciclo del genere dovrebbe aver portato alle glaciazioni sulla Terra.

Cosa capiamo da questo? Che la radiazione stellare deve essere stabile, altrimenti la vita, se riesce a formarsi, viene subito spazzata via da cali ed aumenti di temperatura. Ovviamente nessuna stella ha una luminosità costante per tutta la propria vita, ma esiste una fase di stabilità molto lunga che prende il nome di sequenza principale e che garantisce una luminosità costante. Il Sole si trova in questa fase, altrimenti non staremmo qui a parlarne. Il tempo di appartenenza alla sequenza principale dipende dalla massa della stella: più è massiccia e prima brucia l'idrogeno in elio, quindi minore sarà il tempo di stabilità. Se richiediamo una stabilità di almeno un miliardo di anni, la stella deve avere uno spettro massimo di A5. Se invece vogliamo una vita evoluta, e che quindi abbia il tempo di evolversi come la nostra, allora lo spettro massimo è F5. Oltre lo spettro A0 dovrebbe mancare anche il tempo di ottenere forme di vita basilari. Anche durante la fase di sequenza principale, tuttavia, la luminosità stellare aumenta, seppur gradatamente, il che provoca un leggero allontanamento della zona abitabile. Se un pianeta si trova proprio al limite di questa zona, rischia molto, quindi in tal caso i vincoli di distanza diventano molto stringenti. Al termine della fase di sequenza principale, la stella passa alla fase di gigante rossa ed aumenta di molto il proprio diametro, spostando di molto la zona abitabile. Quando accadrà al Sole, la Terra non si troverà più in zona abitabile e diventerà un pianeta arido e abiotico.

Non basta. Un altro fattore importante è anche l'orbita di un pianeta, con particolare riguardo alla distanza che questo ha rispetto alla stella. E' chiaro che non stiamo parlando di migrazioni planetarie in sistemi ancora non stabili, perché in tali condizioni sarebbe inutile cercare vita. Ai suoi inizi, Giove dovrebbe essere migrato da un posto molto vicino al Sole fino alla posizione attuale (e questo avrebbe sottratto massa a Marte, che per questo motivo è così piccolo), ma non è di questo che si sta parlando. In questo contesto è invece importante l'eccentricità di un'orbita planetaria.

Eccentricità delle orbite L'eccentricità indica quanto l'orbita si discosta da un cerchio perfetto, quindi se il valore di eccentricità è alto si rischia che al perielio il pianeta sia vicino al Sole, mentre in afelio sia molto lontano. Questa oscillazione potrebbe portare il pianeta continuamente dentro e fuori la zona di abitabilità.
Nell'immagine, la zona abitabile è la linea tratteggiata in bianco mentre l'orbita del pianeta è punteggiata in giallo. Il pianeta si trova all'interno della zona abitabile nel punto A, ma nel punto B si trova fuori. Ci sono quindi dei vincoli di eccentricità per le orbite planetarie. Non si vuol dire che appena il pianeta esce dalla zona di abitabilità la popolazione muore, ma in tal caso occorre vedere se le condizioni planetarie consentono una mitigazione del clima per periodi temporanei, ma è chiaro che più è lungo il periodo di tempo al di fuori della zona di abitabilità e più è difficile che forme di vita restino in vita.

Come caso concreto si può parlare di uno studio del Luglio 2017 riguardante il pianeta che orbita intorno a Proxima Centauri, risultato di massa poco superiore alla massa terrestre e di orbita compresa nella fascia di abitabilità. Lo studio pubblicato su Astrophysical Journal Letters mostra cosa accadrebbe probabilmente alla Terra laddove si trovasse al posto di Proxima b, a 7.5 milioni di chilometri dalla nana rossa centrale. Il risultato è una perdita di atmosfera quasi subitanea, indotta da una radiazione 400 volte più intensa di quella subita dal nostro pianeta intorno al Sole: la radiazione è tale da fornire agli atomi atmosferici una energia tale da fuggire alla gravità terrestre. Gli ioni negativi, quindi, fuggirebbero nello spazio seguiti poi dalla controparte positiva. Stessa sorte spetterebbe anche alle molecole più pesanti in atmosfera, come azoto e ossigeno, portando a una evaporazione atmosferica 10 mila volte maggiore di quella attualmente in corso sulla Terra. Ritornando a Proxima b, i calcoli parlano di una perdita totale di atmosfera nel giro di 100 milioni di anni, con un range massimo in grado di arrivare a soli 2 miliardi di anni. 

Sole e Terra

Un tampone per il pianeta potrebbe essere dato dall'attività vulcanica o da campi magnetici planetari decisamente poco credibili.

Abitabilità non superficiale: cenni

Finora si è detto della vita superficiale, ma qualche cenno è stato fatto anche a differenti forme di vita. Ad esempio, è stato detto di Europa ed Encelado, che presentano oceani di acqua liquida sotto una coltre di ghiaccio. Ovviamente in tali condizioni cambiano anche i requisiti ed i parametri: ad esempio, se ci fosse una vita sotto la superficie di un pianeta la presenza di atmosfera potrebbe non essere necessaria, dal momento che il nutrimento potrebbe arrivare da altre modalità di acquisire energia mentre le radiazioni ionizzanti cosmiche sarebbero bloccate dallo strato di superficie stesso. E' chiaro che in tal caso il ritrovamento di forme di vita simile su esopianeti sarebbe proibitiva, dal momento che non ci sarebbe alcun marcatore biologico da poter cercare. Lo studio, però, è fattibile nei corpi minori del sistema solare, proprio come le due lune delle quali si è parlato poco fa. Le prossime missioni verso le lune di Giove hanno proprio questo obiettivo.
Abitabilità teorica può esserci anche negli strati atmosferici, addirittura su pianeti gassosi che non presentano superficie sulla quale poggiarsi. Potrebbero esserci strati atmosferici con condizioni fisiche tali da consentire la vita: l'acqua potrebbe rimanere sospesa, almeno parzialmente, nello strato abitabile per temperatura e pressione e le eventuali forme di vita dovrebbero fare altrettanto. Ovviamente si tratta di una forma di vita teorica, ma ancora non può essere scartata.

Una vita "poco terrestre" sulla Terra

Finora abbiamo parlato di quel che sembra necessario alla vita terrestre: luce solare, energia compatibile con la chimica organica, temperatura di un certo tipo e tutto il resto.
Due scoperte hanno rivoluzionato il modo di pensare la vita terrestre, una nel 1977 e l'altra nel 2010.

1977: ORGANISMI ESTREMOFILI IN FONDO AGLI OCEANI

La posizione di Rose Garden Nel febbraio del 1977 le sonde Viking erano nei pressi di Marte alla ricerca di una forma di vita extra-terrestre, eppure la vera notizia, rivoluzionaria, non venne dalle sonde ma dalla Terra e precisamente dalla dorsale delle Galapagos, una fessura prodotta dal magma in risalita tra le zolle pacifiche di Cocos e Nazca, a 3.000 metri di profondità.
In un ambiente ricco di solfuro di idrogeno (H2S) è stato notato uno sgorgare di acqua da una serie di fessure dei fondali. L'acqua aveva una temperatura tra 5°C e 23°C, in mezzo ad una zona che invece vedeva una temperatura media di 2°C. La notizia che fece epoca non fu questa, ma una comunità di esseri viventi collegata a queste sorgenti idrotermali: esseri invertebrati, mai visti prima, sottoforma di vermi tubolari giganti con pennacchi rossi dalla forte presenza di emoglobina sorretti da un corpo cilindrico bianco. Proprio l'aspetto di questi esseri fece battezzare questo posto Rose Garden (giardino delle rose), evidenziato nell'immagine da un cerchietto rosso.

Rose Garden In quali condizioni si sono sviluppati questi esseri: assenza totale di luce, minima quantità di ossigeno e presenza molto ricca di veleno quale i gas sulfurei. Come era possibile vivere in queste condizioni? La soluzione fu trovata quando ci si rese conto che a questi esseri erano associati dei batteri chemo-autotrofi (abbiamo visto prima cosa significa autotrofo), in grado di sintetizzare i composti di carbonio dei loro tessuti ricavando energia dai gas velenosi delle sorgenti. Essendo zolfo, si trattava di solfo-batteri.
A gennaio 1978 una scoperta simile fu effettuata nella baia di California, ma con temperature da 10 a 15 volte maggiori rispetto a quelle di Rose Garden, intorno a camini scuri, alti fino a 10 metri, che si alzavano a forma di cono dalla superficie. Erano spenti, ma sembravano proprio legati ad una attività idrotermale. Nello stesso luogo, ma un anno più tardi, furono infatti scovati camini in piena attività, con una temperatura dell'acqua in uscita compresa tra 270°C e 380°C!
Ancora nel 1984, stessi scenari si sono presentati a 3.700 metri di profondità nella dorsale Medio-Atlantica, più lenta delle precedenti, e gli studi hanno portato ad una stima sulla durata dell'attività idrotermale: la stima parla di ben 50.000 anni. Tra 1998 e 2001 anche le dorsali dell'Oceano Indiano portarono alle stesse scoperte: fessure con acqua bollente, fauna simile composta da solfo-batteri in simbiosi con vermi tubolari.
Questi camini sono ora ben impressi nella mente di ognuno di noi, e sono chiamati black smokers.

Black Smokers In realtà simili scenari erano già stati previsti negli anni Sessanta, quando si affermò la teoria della tettonica a zolle: a mettere in movimento le zolle terrestri è un sistema di fessurazioni che si estende per circa 60.000 chilometri, quasi immerso al centro dei principali oceani (da qui il nome di dorsali oceaniche). Proprio da queste dorsali la Terra rilascia il suo calore interno, tramite risalita di magma a circa 1200°C che, a contatto con l'acqua fredda, solidifica quasi istantaneamente creando strutture a cuscino. Questo magma crea nuovo suolo oceanico, quindi, in misura di 20 chilometri cubici annui e costringe le zolle a muoversi, a volte avvicinandosi e scontrandosi ed altre volte allontanandosi. Ma quando si allontanano creano spazio alla risalita di altro magma ed alla penetrazione dell'acqua negli strati più interni, dove si arricchisce di minerali, si scalda e sale di nuovo.
Ormai sappiamo che esistono sempre sorgenti idrotermali ogni volta che ci sono dorsali oceaniche in espansione, o più in generale ogni volta che c'è qualche fonte di calore su un fondale sufficientemente fratturato o poroso da permettere la penetrazione dell'acqua sovrastante. E' anche normale, a questo punto, che in prossimità di questi luoghi si ritrovino organismi viventi in simbiosi con batteri autotrofi. Tutto lascia pensare che un tempo questi fenomeni erano ancora più presenti, quando la Pangea iniziò a separarsi in continenti. La fauna dovrebbe essersi sviluppata subito, e se così fosse vorrebbe dire che sarebbe la rappresentazione degli unici esseri viventi sfuggiti alle estinzioni di massa. Testimonianza sono alcuni fossili scoperti a Yaman Kasy, negli Urali, in rocce risalenti  a 450 milioni di anni fa, che mostrano resti fossili di vermi tubicoli mescolati a conchiglie.
In cerca del modo di alimentazione di questi batteri, risultò chiaro dopo qualche studio che l'unica fonte di energia fosse l'ossidazione dell'H2S. Da parte loro, invece, i vermi tubicoli vedono il pennacchio rosso con una funzione di branchia in grado di assorbire ossigeno, anidride carbonica e idrogeno dell'acqua marina. La simbiosi consiste nel fatto che i vermi forniscono ai batteri i composti chimici necessari a farli proliferare, mentre i batteri producono zuccheri ed altre molecole energetiche che nutrono i vermi.
Ora, nella vita che conoscevamo fino ad allora, il solfuro di idrogeno blocca la respirazione perché sostituisce l'emoglobina adibita al trasporto dell'ossigeno e perché avvelena alcuni cromosomi. Questi elementi, invece, dovrebbero essersi evoluti in maniera tale da restare insensibili a questo avvelenamento, mentre la scorta di ossigeno è garantita dal grande addensamento di emoglobina nel pennacchio rosso.
Tutto questo è valido per i fondali oceanici terrestri, ma se la fisica e la chimica sono le stesse in tutto l'universo, DEVE valere anche per altri corpi celesti nei quali è presente acqua liquida a contatto con fonti di calore e gas sulfurei. A questo punto, perché la stessa vita non dovrebbe svilupparsi negli oceani sotterranei di Europa o Ganimede o Encelado?

2010: ORGANISMI BASATI SULL'ARSENICO, PARZIALMENTE

Vita basata sull'arsenico Un'altra forma di vita "extra-terrestre" trovata sulla Terra è datata 2010, novembre. Fino a quel momento l'arsenico era considerato un elemento tossico, per qualunque forma di vita terrestre. I ricercatori NASA hanno invece riscontrato una famiglia di organismi nel lago Mono, in California, in grado di crescere in un ambiente totalmente avvelenato di arsenico. Questi elementi tossici sono parzialmente usati al posto del fosfato per crescere e sopravvivere. L'arsenico, per gli organismi normali, danneggia le vie metaboliche anche se chimicamente si comporta come l'arsenico. Questi organismi sostituiscono parzialmente il fosfato con l'arsenico, al punto da riuscire ad incorporarlo nel proprio DNA. In realtà la notizia con i mesi è rientrata, visto che inizialmente si era sostenuta la totale sostituzione del fosfato con l'arsenico mentre, a dati definitivi, la sostituzione è risultata essere parziale. Tuttavia quantità di arsenico sono comunque presenti come fonte di nutrimento. 

CONCLUSIONI

La conclusione più importante è anche la più ovvia: sulla Terra ci sono forme di vita che mai ci saremmo aspettati e questo allarga in maniera drastica i luoghi che potrebbero ospitare una forma di vita, anche semplice. Questi batteri sono il frutto dell'evoluzione darwiniana, sono la testimonianza che la vita si adatta: in qualunque luogo può svilupparsi, la vita si sviluppa e prende quel che c'è, si adatta a quel che trova, anche laddove ci sembra impossibile. La vita è un concetto illimitato.


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