La vita – ma non come la conosciamo noi

Dopo una serie di fallimenti di missioni, il luglio 1965 vide il primo volo di successo su Marte. La statunitense Mariner 4 divenne la prima navicella a scattare foto da vicino di un altro pianeta, trasmettendo sulla Terra 22 immagini della superficie marziana ricoperta di graffi. Da allora, più di 20 missioni di successo hanno esplorato l’atmosfera e la superficie della pianta rossa.

Grazie alle immagini e ai dati raccolti dai telescopi, sia sulla terra che nello spazio, ora sappiamo che miliardi di anni fa, Marte aveva i tre ingredienti critici per la vita. Aveva un’abbondanza di componenti chimici, acqua liquida sulla sua superficie e una fonte di energia (attività vulcanica) per alimentare le reazioni chimiche che rendono possibile la vita (sulla Terra quella fonte di energia è il sole). Oggi si pensa che la superficie inospitale di Marte sia inadatta alla vita, ma la possibilità che la vita esista in profondità sotto la sua superficie ghiacciata non è stata esclusa. Finora, però, non è stata trovata alcuna prova di vita, antica o meno. Il fatto che Marte sia abitabile, a quanto pare, non significa che abbia effettivamente un habitat.

La ricerca della vita marziana è in corso, con altre tre missioni su Marte previste per il lancio nei prossimi anni. A più lungo termine, un certo numero di agenzie spaziali stanno anche puntando a raccogliere campioni da Marte e riportarli sulla Terra per analisi più approfondite. E la ricerca di segni di vita extraterrestre si sta estendendo alle profondità del nostro sistema solare e oltre.

Europa

Il gigante gassoso Giove, il prossimo pianeta oltre Marte nel sistema solare, è inospitale per la vita in qualsiasi forma attualmente immaginabile. Ma le sue lune ghiacciate – specialmente Europa – hanno un potenziale. Un certo numero di missioni hanno sorvolato Giove e le sue lune in viaggio verso altri luoghi, ma la missione Galileo della Nasa è stata la prima progettata specificamente per orbitare intorno al pianeta e studiare le sue lune. Ha raccolto immagini e dati nel sistema gioviano dal 1995 al 2003, passando Europa 12 volte.

Immagini e dati raccolti da questa sonda suggeriscono che Europa ha una struttura a strati come la Terra: un nucleo ricco di ferro, un mantello roccioso e una crosta di ghiaccio. Le misurazioni del campo magnetico hanno trovato una corrente elettrica all’interno, coerente con un oceano liquido salato sotto la spessa crosta di ghiaccio che circonda l’intero pianeta. Fotografie che mostrano enormi crepe nel ghiaccio, scattate dalla stessa missione, sostengono questa idea.

La superficie di Europa assomiglia al ghiaccio marino terrestre dell’Antartide, spiega François Poulet dell’Istituto di Astrofisica Spaziale dell’Université Paris-Sud in Francia: ‘Indica che il ghiaccio è geologicamente piuttosto giovane e potrebbe essere la prova della sua interazione con un serbatoio di acqua liquida’. Nel dicembre 2012, il telescopio spaziale Hubble ha anche rilevato vapore acqueo sopra il Polo Sud di Europa ed è stato proposto che questo provenisse da pennacchi d’acqua in eruzione. I veicoli spaziali non hanno ancora visto questi pennacchi, tuttavia, quindi se esistono devono essere intermittenti.

Quindi, Europa probabilmente ha acqua. Ma che dire degli altri due componenti necessari per essere abitabile? Ha una fonte di energia termica che proviene dall’attrito di essere tirata verso il campo gravitazionale di Giove in quantità diverse durante le diverse fasi della sua orbita ellittica. C’è anche molta radiazione intorno a Giove per avviare potenzialmente reazioni chimiche (abbastanza forte da distruggere anche molto rapidamente qualsiasi composto organico formato). Ma se abbia gli ingredienti chimici corretti non è ancora noto; la modellazione suggerisce che potrebbe, ma sono necessari dati più concreti.

Nel 2022, sia l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) che la Nasa hanno in programma di lanciare veicoli spaziali che si avvicineranno a Europa. La Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) dell’ESA impiegherà più di sette anni per raggiungere il sistema gioviano. Arriveremo alla fine del 2029 e cominceremo ad operare nel corso del 2030″, dice Poulet, un membro del team che sviluppa lo spettrometro visibile e infrarosso a bordo chiamato Majis (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer). L’obiettivo principale della missione Juice è Ganimede, un’altra delle lune di Giove, ma Europa riceverà due flyby. Majis caratterizzerà la composizione della superficie di questa luna e, insieme allo spettrometro UV di bordo, determinerà la composizione della sottilissima atmosfera di Europa. Altre telecamere e spettrometri aiuteranno anche a costruire la comprensione dell’interno e della crosta di questo mondo ghiacciato.

Per la missione Europa Clipper della Nasa, Europa è la stella dello spettacolo. Mentre la missione apparentemente ovvia sarebbe quella di orbitare intorno a Europa per alcuni anni, qualsiasi veicolo spaziale che lo facesse sarebbe esposto alle radiazioni di Giove che ne accorciano la vita. Invece, Europa Clipper orbiterà intorno a Giove, entrando e uscendo dalla sua fascia di radiazioni. Effettuerà almeno 45 flyby ravvicinati di Europa in tre anni e mezzo. Un misto di telecamere e spettrometri esaminerà la luna e la sua tenue atmosfera. Se i pennacchi d’acqua sopra il Polo Sud esistono, sarà anche in grado di volare attraverso questi e quindi misurare direttamente la composizione chimica dell’oceano della luna. Se l’Europa Clipper verrà lanciato nel 2022, ci sono due possibili tempi di arrivo: il 2025, se verrà utilizzato il nuovo Space Launch System (SLS) della Nasa, attualmente in fase di sviluppo, o il gennaio 2030, se verrà utilizzato un razzo tradizionale.

Encelado

Anche le lune di Saturno, vicino di Giove, sono un obiettivo primario nella ricerca di vita aliena, soprattutto Encelado e Titano. Cassini è arrivata nel sistema di Saturno nel 2001 e ha condotto 23 flyby di Encelado e 127 di Titano prima che la missione terminasse nel settembre 2017.

Il primo flyby di Encelado ha sollevato il dubbio che non fosse il corpo ghiacciato senza aria ipotizzato in precedenza, spiega Linda Spilker, scienziata del progetto Cassini. Così Cassini si è avvicinata, e poi ancora di più. Al terzo flyby abbiamo rilevato nell’infrarosso termico un polo sud caldo e abbiamo visto da vicino le quattro fratture a striscia di tigre”, dice. Le marcature a strisce di tigre vicino al Polo Sud sono 200°C più calde del resto della luna. Come per Europa, si presume che l’attrito causato dalle forze gravitazionali di Saturno faccia sì che Encelado si riscaldi dall’interno verso l’esterno.

Questo terzo flyby ha anche raccolto prove di un pennacchio di materiale che esce dalle strisce. Naturalmente questo ci ha incuriosito ancora di più su Encelado”, dice Spilker. Alcuni dei seguenti 20 flyby hanno volato direttamente attraverso il materiale del pennacchio e hanno campionato i gas e le particelle in esso contenute. È stato allora che abbiamo trovato vapore acqueo, una riserva salina e sostanze organiche.’

Lo spettrometro di massa ionico e neutro a bordo di Cassini ha rilevato molecole organiche nei pennacchi, sia nei gas che nelle particelle al suo interno, fino al limite dello strumento. ‘Hanno potuto rilevare fino a 100 unità di massa atomica. Ci sono gruppi da C2 a C6 e forse oltre’, spiega Spilker.

Abbiamo trovato vapore acqueo, una riserva salina e sostanze organiche provenienti dai getti polari di Encelado

Anche se è stato ‘molto eccitante trovare queste sostanze organiche’, non è ancora possibile dire se siano state formate da esseri viventi o meno, spiega. ‘Lo strumento non ha un modo per fare questa distinzione, abbiamo bisogno di tornare indietro con spettrometri di massa più potenti, andando a una gamma molto più ampia che potrebbe cercare molecole madri a catena larga come gli aminoacidi e gli acidi grassi.’

Altri risultati emozionanti nei dati del pennacchio sono stati l’eccesso di idrogeno e la rilevazione di minuscoli grani di nanosilice, che possono formarsi solo in acqua molto calda. Queste due informazioni insieme hanno indicato l’esistenza di bocche idrotermali sul fondo marino di Encelado”, dice Spilker. Le bocche idrotermali si formano in luoghi dove l’acqua marina incontra il magma. L’acqua scende nelle fessure del nucleo, viene riscaldata e poi esce di nuovo con forza.

Sulla Terra, le bocche idrotermali pullulano di organismi che non si vedono altrove. Questi microbi ottengono la loro energia dai nutrienti nei fluidi ricchi di minerali che risalgono dal nucleo della Terra. Si pensa che siano gli unici organismi sulla Terra che non ottengono la loro energia dal sole. Le bocche idrotermali su Encelado, e altri corpi planetari, sono quindi potenziali siti per la vita.

Encelado, come Europa, si ritiene che abbia un oceano globale sotto la sua superficie ghiacciata. Uno studio di 10 anni di dati Cassini, guardando la vibrazione della luna, ha scoperto che il nucleo e la crosta non sono fissati insieme. Un modo per disaccoppiarli è quello di avere un oceano globale di acqua liquida”, dice Spilker. Ci sono ora stime che questo oceano globale su Encelado potrebbe avere centinaia di milioni o addirittura miliardi di anni – potrebbe anche essere durato dal momento in cui Encelado si è formato”. Questo è eccitante perché significa che c’è stata un’enorme quantità di tempo in un enorme corpo d’acqua per la formazione potenziale della vita, spiega.

I dati raccolti da Cassini mostrano che Encelado ha i tre ingredienti necessari per sostenere la vita, ma nessuna prova che la vita sia effettivamente presente è stata ancora trovata. I telescopi, spiega Spilker, non sono il massimo per esplorare questa luna: “Encelado è molto piccolo, ed è molto vicino a Saturno, rendendo difficile rilevarlo dalla Terra”. E per questo motivo un’ulteriore missione qui è auspicabile, spiega.

Titan

Cassini non è stato il primo veicolo spaziale a visitare le lune di Saturno. La Voyager 1 ha visitato la regione nel 1980. Quando i ricercatori sono tornati a rielaborare alcune di queste vecchie immagini, dopo che Cassini aveva scoperto i pennacchi di Encelado, si sono resi conto che i getti erano stati in realtà catturati dalla telecamera 25 anni prima.

È stato Titano, tuttavia, l’obiettivo principale della missione Voyager della Nasa. Nel 1944, gli astronomi hanno usato i telescopi per scoprire che questa luna aveva una spessa atmosfera contenente metano. I dati raccolti dalla sonda Voyager hanno poi dimostrato che si trattava principalmente di azoto, qualche percentuale di metano e piccole quantità di idrocarburi come etano, propano e acetilene. Avevamo misurazioni dall’Infrared Space Observatory durante la metà degli anni ’90 che ci hanno aiutato a trovare alcune molecole più complesse”, spiega Sarah Hörst, un chimico dell’atmosfera alla Johns Hopkins University di Baltimora, USA. Il benzene era la molecola più pesante che conoscevamo prima di Cassini”, aggiunge.

La chimica si complica molto rapidamente su Titano

“Cassini è arrivata lì e ha iniziato a fare misurazioni dell’atmosfera e invece di trovare cose che avevano una massa di 78 come il benzene, Cassini ha scoperto che ci sono ioni in cima all’atmosfera di Titano che hanno masse di più di 10.000″, dice Hörst. Gli strumenti a bordo di Cassini – e la sua sonda Huygens, atterrata su Titano nel gennaio 2005 – non sono stati in grado di identificare questi ioni, ma solo di confermare la loro esistenza. Queste molecole si formano quando l’azoto e il metano all’esterno dell’atmosfera vengono scomposti dalla luce ultravioletta e dalle radiazioni, e poi si ricombinano in tutti i modi. La chimica diventa molto complicata molto rapidamente su Titano”, spiega Ralph Lorenz, anche lui alla Johns Hopkins University. Hörst è d’accordo: “Una delle cose più grandi che Cassini ci ha detto su Titano è che la chimica è ancora più complicata di quanto pensassimo prima di arrivarci.”

Si pensa anche che Titano abbia un oceano di acqua liquida sotto la sua superficie ghiacciata. La crosta di ghiaccio è probabilmente molto più spessa su Titano che su Europa ed Encelado”, dice Hörst. Di nuovo, come si sospetta per le altre lune con oceani sotto la superficie, la vita potrebbe esistere laggiù. Ma questo non è l’unico ambiente su Titano dove la vita potrebbe potenzialmente formarsi.

Titano ha laghi ai suoi poli. È l’unico posto diverso dalla Terra conosciuto per avere un liquido sulla sua superficie. Ma con una temperatura superficiale di -180°C questi non possono contenere acqua. La missione Cassini ha determinato che sono pieni di etano e metano superfreddi, che sono gas sulla Terra. Su Titano, questi idrocarburi liquidi scolpiscono le valli dei fiumi, formano nuvole e cadono come pioggia. Ma potrebbero anche agire come solvente necessario per sostenere la vita?

“Se ci sono organismi sulla superficie, dovrebbero usare una chimica molto diversa dalla nostra”, spiega Hörst. Potrebbe essere ancora basata su carbonio, azoto, idrogeno e ossigeno. Potrebbe solo essere un diverso insieme di molecole che funzionano meglio a quelle temperature con quel solvente.”

La materia organica cade costantemente dall’atmosfera

‘Non capiamo davvero l’intera gamma di possibilità chimiche in un solvente non polare come il metano liquido’, spiega Lorenz. E’ stato ipotizzato che potrebbe essere possibile formare membrane con l’acrilonitrile. L’idea è che questo tipo di assemblaggio sia chiamato azotosoma, un analogo del liposoma nella chimica biologica convenzionale”. Le estremità delle molecole che amano e odiano il metano potrebbero permettere all’acrilonitrile di organizzarsi in una vescicola sferica in grado di isolare un insieme di sostanze chimiche da un altro.

‘Conosciamo alcune possibilità per le funzioni che la chimica dell’acrilonitrile deve svolgere per diventare alla fine vivente, ma non sappiamo come tutti i passaggi potrebbero essere fatti. Non sappiamo, naturalmente, come tutti i passi potrebbero essere fatti nemmeno in acqua”, dice Lorenz. Quindi sono due ambienti diversi in cui dobbiamo cercare la vita su Titano. Possiamo cercare la vita come la conosciamo ma anche la vita come non la conosciamo, il che complica le cose.’

Hörst e Lorenz fanno parte di una missione in fase di idee che mira a fare proprio questo. Nel dicembre 2017, la Nasa ha annunciato ulteriori finanziamenti per sviluppare la possibilità di inviare un rotorcraft simile a un drone chiamato Dragonfly per esplorare la chimica prebiotica di Titano. Nella primavera del 2019, la Nasa annuncerà se Dragonfly decollerà o meno.

‘Se siamo abbastanza fortunati che Dragonfly sia finanziato, lanceremmo nel 2025 e arriveremmo a Titano nel 2034’, spiega Lorenz. Dragonfly sarebbe un quadcopter in grado di volare per alcune decine di chilometri in un’ora, più lontano di quanto qualsiasi rover planetario abbia mai viaggiato. Le peculiarità dell’ambiente di Titano, con la sua bassa gravità e la sua spessa atmosfera, significa che sarebbe molto facile trasferire il laboratorio utilizzando i rotori. Saremo in grado di decollare ed esplorare obiettivi progressivamente più interessanti”, dice.

Dragonfly conterrebbe una serie di strumenti per osservare la chimica della superficie e dell’atmosfera di Titano. Sarebbe anche in grado di sondare sotto la superficie utilizzando un trapano e uno spettrometro a raggi gamma. La sua capacità è quella di fornire informazioni su cose che non si possono necessariamente vedere se guardassimo solo la superficie”, spiega Hörst. La materia organica cade costantemente dall’atmosfera e può coprire ciò che c’è sotto.”

Prima del 2034, i telescopi continueranno ad essere utilizzati per studiare Titano. L’Atacama Large Millimetre Array, un array di radiotelescopi nel deserto di Atacama in Sud America, è una risorsa davvero incredibile per noi”, dice Hörst. Usano Titano come obiettivo di calibrazione e tutti questi dati sono disponibili al pubblico. Le persone stanno già scoprendo un buon numero di nuove molecole nell’atmosfera di Titano usando quei dati”. Il telescopio permetterà anche di scoprire informazioni su come queste molecole sono distribuite nell’atmosfera di Titano. E poi, una volta che James Webb sarà lanciato, si spera che saremo in grado di ottenere qualche buona scienza su Titano anche da quel telescopio.”

Oltre il nostro sistema solare

Il lancio del James Webb Space Telescope (JWST) è previsto per la prima metà del 2019. Si ‘parcheggerà’ nel punto Lagrange due, una posizione nello spazio profondo dove l’attrazione gravitazionale del sole, della Terra e della luna si annullano a vicenda. Si siederà lì e orbiterà intorno a quel punto nello spazio”, spiega Nikole Lewis, un astronomo dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, negli Stati Uniti, dove il JWST viene sviluppato. È anche il centro operativo scientifico per il telescopio spaziale Hubble.

Oltre a studiare pianeti e lune nel nostro sistema solare, il JWST guarderà oltre il nostro sistema solare e si unirà allo studio di esopianeti che hanno il potenziale per ospitare la vita. Nel febbraio 2017, è stato annunciato che la stella Trappist-1 ha sette pianeti di dimensioni terrestri che le orbitano intorno. A soli 39 anni luce di distanza, questo sistema solare sembra molto simile al nostro. E almeno tre dei pianeti sono nella cosiddetta zona abitabile, il che significa che potrebbero ospitare acqua liquida sulle loro superfici.

I pianeti Trappist-1 sono stati trovati utilizzando il telescopio spaziale Spitzer, il Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (Trappist) in Cile e alcuni altri telescopi basati sulla Terra. E dopo la loro scoperta, un team co-guidato da Lewis ha esaminato alcune delle atmosfere di questi pianeti usando Hubble. JWST aggiungerà molti altri dettagli al quadro che il suo team sta attualmente formando di questi esopianeti e delle loro atmosfere.

JWST è un telescopio a infrarossi con una sensibilità molto maggiore di qualsiasi dei suoi predecessori. Sarà in grado di rilevare le impronte chimiche – se ci sono – dei componenti dell’atmosfera degli esopianeti, tra cui acqua, metano, anidride carbonica, ossigeno e ozono.

Il team di Lewis cercherà anche le prove che ci sia vita su uno o più di questi pianeti, alterando la chimica della sua atmosfera. Ci aspettiamo che alcune specie chimiche siano in equilibrio e che la vita alteri l’equilibrio”, spiega. Saremo in grado di cercare un gran numero di pianeti alla ricerca di questi segni di squilibrio nelle loro atmosfere che indicherebbero la presenza di vita”.

Lewis è chiaramente entusiasta di ciò che il futuro può portare. Sarà un periodo di grande trasformazione in termini di esopianeti e anche di scienza del sistema solare. Andare avanti, cercare di capire le lune nei nostri sistemi solari e poi forse il loro potenziale per sostenere la vita”.