Scrutare tra le nuvole per cercare la vita

Non sappiamo quasi nulla degli altri 6 miliardi circa di pianeti simili alla Terra nella galassia. Quando si tratta di piccoli corpi rocciosi che potrebbero ospitare la vita, i telescopi attuali hanno un potere di risoluzione che serve soltanto a contarne il numero. 

Ma il James Webb Space Telescope (JWST) della NASA da 10 miliardi di dollari, che verrà lanciato a dicembre 2021 dopo decenni di pianificazione e costruzione, consentirà agli astronomi di scrutare i cieli dei pianeti rocciosi e di “trasformare questi pianeti in luoghi”.

La caratteristica che distingue il telescopio JWST è un parasole delle dimensioni di un campo da tennis che proteggerà i suoi strumenti e gli specchi placcati in oro dal calore del Sole e della Terra. Ombreggiato in questo modo, il telescopio sarà in grado di rilevare deboli radiazioni infrarosse, come la luce proveniente dagli esopianeti. 

Gli scienziati pensano che la vita non possa esistere su pianeti senza atmosfera, quindi studiare le atmosfere attorno ai pianeti rocciosi è un passo fondamentale per rispondere alla domanda “Siamo soli?” domanda.

Migliaia di pianeti scoperti

Negli ultimi due decenni sono stati avvistati alcune migliaia di esopianeti. Cosa abbiamo imparato su di loro finora?

La cosa sorprendente è stata quanta diversità c’è. Abbiamo l’idea dal nostro Sistema solare che ci sono i pianeti interni, terrestri, e poi ci sono i giganti gassosi esterni. La maggior parte degli altri sistemi solari non possiede però queste caratteristiche. 

Ci sono un sacco di pianeti che orbitano molto vicino alle stelle che li ospitano, pianeti così caldi che la superficie del lato diurno si scioglie come la lava. Abbiamo persino visto pianeti orbitare attorno a due stelle, come Tatooine in Star Wars.

Finora, la maggior parte di ciò che sappiamo su questi pianeti lo deduciamo dalla loro massa, raggio e periodo orbitale. Ma il prossimo livello di dettaglio – come, qual è il tempo? Di cosa è fatta l’atmosfera? Un pianeta è potenzialmente abitabile? – tutto questo sta appena cominciando adesso a essere conosciuto.

Come il nuovo telescopio osserverà i pianeti

JWST è il telescopio spaziale più ambizioso mai costruito: sarà 10.000 volte migliore del telescopio spaziale Hubble. 

Il suo specchio è 10 volte più grande di quello posseduto dal telescopio spaziale Hubble, quindi con più potere di raccolta della luce che consente di osservare cose che sono più deboli; si tratta di un fattore 10 in più di copertura della lunghezza d’onda, ben oltre l’infrarosso, dove Hubble si ferma. 

Avere la copertura della lunghezza d’onda infrarossa ci consentirà di spingerci verso pianeti molto più freddi e quindi potenzialmente più abitabili di quanto siamo stati in grado di studiare prima, e ci aiuterà a vedere attraverso le nuvole su questi pianeti.

Cosa sappiamo finora dei cieli degli esopianeti?

La maggior parte delle osservazioni finora sono state effettuate per pianeti caldi delle dimensioni di Giove. Il vero punto di svolta saranno le osservazioni JWST di pianeti rocciosi. 

C’è un’enorme abbondanza di questi piccoli pianeti, ma è un grosso punto interrogativo se le loro atmosfere possono sopravvivere. La maggior parte delle stelle della Via Lattea non sono infatti come il Sole; sono relativamente luminose in ultravioletto per il primo miliardo di anni della loro vita, quindi potrebbero facilmente far evaporare l’acqua eventualmente presente in un loro pianeta. L’unico modo per saperlo con certezza è andare a cercarli.

Sette pianeti simili alla Terra

JWST è progettato per capire se un’atmosfera è presente su un pianeta attorno al sistema TRAPPIST-1, un sistema stellare distante 40 anni luce che è famoso per avere sette pianeti più o meno delle dimensioni della Terra. 

Non possiamo separare spazialmente il pianeta e la stella; sono troppo vicini tra loro. Vediamo solo la somma totale della luminosità della stella e del pianeta. 

Ma si osserva il pianeta quando passa dietro la stella, quando la luce che brilla dal pianeta è bloccata. Misurando la variazione della luminosità totale, possiamo capire quanto è luminoso il pianeta, che ci dice la sua temperatura.

La temperatura è molto sensibile alla presenza o meno di un’atmosfera. La presenza di un’atmosfera densa è utile per trasportare il calore dal lato caldo e illuminato del pianeta al lato buio della notte. Senza atmosfera tutta questa luce stellare colpisce solo un emisfero.

Come è fatta l’atmosfera?

Se apprendiamo che è presente un’atmosfera, il passo successivo sarebbe capire di cosa è fatta. Con JWST, finché le atmosfere non sono troppo torbide, possiamo osservarne gli spettri. Osservando la luce stellare che passa direttamente attraverso l’atmosfera potremo dire se contiene acqua, metano o anidride carbonica. Ma non saremo in grado di rilevare le biofirme, che sono proprietà osservabili di un pianeta che possono essere spiegate solo dalla presenza della vita.

La biofirma indica una chimica fuori equilibrio. Per esempio, sulla Terra abbiamo sia ossigeno che metano nell’atmosfera. Normalmente, se metti insieme questi due gas in laboratorio, reagirebbero tra loro e formerebbero anidride carbonica e acqua. Quindi il fatto che li vediamo entrambi contemporaneamente significa che devono essere costantemente prodotti da qualcosa, e quel qualcosa sulla Terra è vita.

Non è noto alcun pianeta in cui JWST avrà la sensibilità necessaria per rilevare biofirme come questa. L’ossigeno è davvero difficile da rilevare, perché le caratteristiche sono piccole rispetto ad altre molecole. Per i pianeti osservabili che si trovano nella zona abitabile delle loro stelle, anche se c’è molto più ossigeno di quello presente sulla Terra, avremmo comunque bisogno di dozzine di transiti del pianeta davanti alla stella per rilevarlo. 

Come possiamo determinare se esiste vita aliena sugli esopianeti?

Per rispondere a una domanda così complicata abbiamo bisogno di un grande campione di pianeti con cui lavorare. Sono in discussione una serie di missioni spaziali di nuova generazione progettate per scattare direttamente un’immagine di pianeti simili alla Terra, un obiettivo comunque molto, molto difficile.

Molto probabilmente c’è vita là fuori, da qualche parte. Sappiamo già che la Terra non è così speciale, che ci sono un sacco di altri pianeti che hanno la stessa temperatura e dimensione. E sappiamo anche che l’acqua è davvero molto comune. 

Ovunque sulla Terra, dove c’è l’acqua, troviamo anche la vita. Sappiamo anche che la vita si è sviluppata molto rapidamente sulla Terra, non molto tempo dopo che l’oceano ha smesso di bollire e c’era acqua allo stato liquido: è qui che si trova la prima prova fossile di vita. 

*Fonte: quantamagazine.org