Questo mese segnerà un nuovo capitolo nella ricerca della vita extraterrestre, quando il telescopio spaziale più potente mai costruito inizierà a spiare pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Gli astronomi sperano che il telescopio spaziale James Webb riveli se alcuni di questi pianeti hanno atmosfere che potrebbero supportare la vita.
Determinare l’atmosfera in un altro sistema solare sarebbe abbastanza interessante. Ma c’è una possibilità – seppur piccola – che una di queste atmosfere offra quella che è conosciuta come una biofirma: un riferimento alla vita stessa.
“Penso che saremo in grado di trovare pianeti che riteniamo interessanti, sai, buone prospettive di vita”, ha detto Megan Mansfield, un’astronoma dell’Università dell’Arizona. “Ma non saremo necessariamente in grado di identificare la vita subito”.
Finora, la Terra rimane l’unico pianeta nell’universo in cui è nota l’esistenza della vita. Gli scienziati hanno inviato sonde su Marte per quasi 60 anni e devono ancora trovare Marte. Ma è ipotizzabile che la vita si nasconda sotto la superficie del pianeta rosso o sia in attesa di essere scoperta sulla luna di Giove o Saturno. Alcuni studiosi hanno espresso la loro speranza in questo VenereNonostante l’atmosfera torrida di nubi di anidride solforosa, potrebbe essere la casa dei figli di Venere.
Anche se la Terra risulta essere l’unico pianeta del nostro sistema solare che ospita la vita, molti altri sistemi solari nell’universo ospitano i cosiddetti esopianeti.
Nel 1995, gli astronomi svizzeri hanno scoperto il primo esopianeta in orbita attorno a una stella simile al sole. Conosciuto come 51 Pegasi b, l’esopianeta risulta essere una casa poco promettente per la vita: un gigante gassoso gonfio più grande di Giove e caldo di 1800 gradi Fahrenheit.
Negli anni che seguirono, gli scienziati scoprirono Più di 5.000 altri esopianeti. Alcuni sono molto simili alla Terra – all’incirca della stessa dimensione, fatti di roccia invece che di gas e orbitano nella “Zona Riccioli d’Oro” attorno alla loro stella, non troppo vicini alla cottura ma non abbastanza lontani da congelarsi.
Sfortunatamente, le dimensioni relativamente ridotte di questi esopianeti li hanno resi estremamente difficili da studiare, fino ad ora. Il James Webb Space Telescope, lanciato lo scorso Natale, cambierà le cose, agendo come una lente d’ingrandimento per consentire agli astronomi di guardare più da vicino questi mondi.
Dal suo lancio da Kourou, nella Guyana francese, il telescopio ha ho viaggiato A un milione di miglia dalla Terra, entra nella sua orbita attorno al Sole. Lì, uno scudo protegge il suo specchio di 21 piedi da qualsiasi calore o luce proveniente dal sole o dal suolo. In questa profonda oscurità, il telescopio è in grado di rilevare deboli raggi di luce distanti, compresi quelli che potrebbero rivelare nuovi dettagli su pianeti lontani.
Il dottor Mansfield ha affermato che il telescopio spaziale “è il primo grande osservatorio spaziale a tenere conto dello studio delle atmosfere degli esopianeti nella sua progettazione”.
Gli ingegneri della NASA hanno iniziato a fotografare una serie di oggetti con il telescopio Webb a metà giugno e rilasceranno le loro prime immagini al pubblico il 12 luglio.
Gli esopianeti saranno in quel primo lotto di immagini, ha detto Eric Smith, il capo scienziato del programma. Poiché il telescopio trascorrerà un tempo relativamente breve ad osservare gli esopianeti, il dottor Smith ha considerato quelle prime immagini uno sguardo “rapido e sporco” alla potenza del telescopio.
Questi rapidi sguardi seguiranno una serie di osservazioni molto più lunghe, a partire da luglio, fornendo un quadro più chiaro degli esopianeti.
Un certo numero di squadre di astronomi hanno in programma di dare un’occhiata sette pianeti in orbita attorno a una stella chiamata Trappist-1. Osservazioni precedenti hanno indicato che tre dei pianeti occupano la zona abitabile.
“È un luogo ideale per cercare tracce di vita al di fuori del sistema solare”, ha affermato Olivia Lim, una studentessa laureata presso l’Università di Montreal che osserverà i pianeti Trappist-1 a partire dal 4 luglio.
Poiché Trappist-1 è una piccola stella fredda, la sua zona abitabile è più vicina di quanto non lo sia nel nostro sistema solare. Di conseguenza, i suoi pianeti potenzialmente abitabili orbitano a distanza ravvicinata, impiegando solo pochi giorni per orbitare attorno alla stella. Ogni volta che i pianeti passano davanti a Trappist-1, gli scienziati saranno in grado di rispondere a una domanda fondamentale ma cruciale: qualcuno di loro ha un’atmosfera?
“Se non avesse l’aria, non sarebbe abitabile, anche se si trovasse in un’area abitabile”, ha detto Nicole Lewis, un’astronoma della Cornell University.
Il dottor Lewis e altri astronomi non sarebbero sorpresi di non trovare atmosfere che circondano i pianeti Trappist-1. Anche se i pianeti avevano sviluppato atmosfere quando si sono formati, la stella potrebbe averli spazzati via molto tempo fa usando raggi ultravioletti e raggi X.
“È possibile che possano strappare via tutta l’atmosfera di un pianeta prima ancora che abbia la possibilità di iniziare a creare la vita”, ha detto il dottor Mansfield. “Questa è la prima domanda a cui stiamo cercando di rispondere qui: se questi pianeti potrebbero avere un’atmosfera abbastanza a lungo da essere in grado di sviluppare la vita”.
Un pianeta che passa davanti a Trappist-1 creerà una piccola ombra, ma l’ombra sarà troppo piccola per essere rilevata da un telescopio spaziale. Invece, il telescopio rileverà un leggero oscuramento della luce della stella.
“È come guardare un’eclissi solare con gli occhi chiusi”, ha detto Jacob Lustig-Jeiger, un astronomo che ha frequentato una borsa di studio post-dottorato presso il Johns Hopkins Laboratory of Applied Physics. “Potresti avere la sensazione che la luce si sia attenuata.”
Un pianeta con un’atmosfera oscurerebbe la stella dietro di essa in modo diverso rispetto a un pianeta nudo. Parte della luce della stella passerà direttamente attraverso l’atmosfera, ma i gas assorbiranno la luce a determinate lunghezze d’onda. Se gli astronomi osservassero la luce delle stelle solo a quelle lunghezze d’onda, il pianeta oscurerebbe ancora di più Trappist-1.
Il telescopio invierà queste osservazioni Trappist-1 sulla Terra. E poi ricevi un’e-mail del tipo: “Ehi, i tuoi dati sono disponibili”, ha detto il dottor Mansfield.
Ma la luce di Trappist-1 sarà così debole che ci vorrà del tempo per dargli un senso. “Il tuo occhio è abituato a gestire milioni di fotoni al secondo”, ha detto il dottor Smith. “Ma questi telescopi raccolgono solo pochi fotoni al secondo.”
Prima che il dottor Mansfield o i suoi colleghi astronomi possano analizzare gli esopianeti che passano davanti a Trappist-1, dovranno prima distinguerli dalle minuscole fluttuazioni prodotte dal meccanismo speciale del telescopio.
“Gran parte del lavoro che faccio in realtà è assicurarmi di correggere attentamente qualsiasi cosa strana stia facendo il telescopio, in modo da poter vedere quei segnali molto piccoli”, ha detto il dottor Mansfield.
Al termine di questi sforzi, la dottoressa Mansfield ei suoi colleghi potrebbero scoprire un’atmosfera attorno a Trappist-1. Ma questo risultato da solo non rivelerà la natura dell’atmosfera. Potrebbe essere ricco di azoto e ossigeno, come lo è sulla Terra, o simile alla zuppa tossica di anidride carbonica e acido solforico su Venere. Oppure potrebbe essere una combinazione che gli scienziati non hanno mai visto prima.
“Non abbiamo idea di cosa siano fatte queste atmosfere”, ha affermato Alexander Rathke, astronomo dell’Università tecnica della Danimarca. “Abbiamo idee, simulazioni e tutta quella roba, ma in realtà non ne abbiamo idea. Dobbiamo andare a cercare”.
Il James Webb Space Telescope, a volte chiamato JWST, potrebbe rivelarsi abbastanza potente da determinare i componenti specifici delle atmosfere degli esopianeti perché ogni tipo di particella assorbe una diversa gamma di lunghezze d’onda della luce.
Ma queste scoperte dipenderanno dal tempo sui pianeti esterni. Una coltre luminosa e riflettente di nuvole potrebbe impedire a qualsiasi luce stellare di entrare nell’atmosfera di un esopianeta, distruggendo qualsiasi tentativo di trovare l’aria nello spazio.
“È davvero difficile distinguere tra un’atmosfera con le nuvole e senza un’atmosfera”, ha detto il dottor Rathcke.
Se il tempo è favorevole, gli astronomi sono particolarmente ansiosi di scoprire se gli esopianeti hanno acqua nelle loro atmosfere. Almeno sulla Terra, l’acqua è un prerequisito per la biologia. “Pensiamo che sarebbe probabilmente un buon punto di partenza per la ricerca della vita”, ha detto il dottor Mansfield.
Ma un’atmosfera acquosa non significa necessariamente che un esopianeta ospiti la vita. Per essere sicuri che un pianeta sia vivo, gli scienziati dovranno scoprire un biomarcatore, una molecola o un gruppo di diverse molecole che sono tipicamente formate da organismi viventi.
Gli scienziati stanno ancora discutendo su cosa sia una firma biologica affidabile. L’atmosfera terrestre è unica nel nostro sistema solare in quanto contiene molto ossigeno, in gran parte il prodotto di piante e alghe. Ma l’ossigeno può anche essere prodotto senza l’aiuto della vita, quando le molecole d’acqua nell’aria si dividono. Allo stesso modo, il metano può essere rilasciato dai microbi viventi ma anche dai vulcani.
È possibile che ci sia un certo equilibrio di gas in grado di fornire una chiara impronta vitale, che non può essere mantenuta senza l’aiuto della vita.
“Abbiamo bisogno di scenari molto favorevoli per trovare queste impronte digitali vitali”, ha affermato il dottor Rathcke. “Non sto dicendo che non sia possibile. Penso solo che sia inverosimile. Dobbiamo essere molto fortunati”.
Trovare un tale equilibrio richiederebbe al telescopio Webb di osservare un pianeta che passa spesso davanti a Trappist-1, ha affermato Joshua Krissansen-Totton, uno scienziato planetario dell’Università della California, a Santa Cruz.
“Se qualcuno si facesse avanti nei prossimi cinque anni e dicesse: ‘Sì, abbiamo trovato vita con JWST’, sarei molto scettico su tale affermazione”, ha affermato il dottor Krissansen-Totton.
È possibile che il telescopio spaziale James Webb semplicemente non sia in grado di trovare dati biometrici. Questa missione potrebbe dover attendere la prossima generazione di telescopi spaziali, più di un decennio dopo. Studierebbe questi esopianeti nello stesso modo in cui le persone guardano Marte o Venere nel cielo notturno: osservando il riflesso della luce stellare su di essi sullo sfondo nero dello spazio, piuttosto che mentre passano davanti a una stella.
“Per lo più, faremo funzionare le fondamenta molto importanti per i futuri telescopi”, ha previsto il dottor Rathcke. “Sarei molto sorpreso se JWST introducesse il rilevamento biometrico delle impronte digitali, ma spero di essere corretto. Voglio dire, è fondamentalmente per questo che sto facendo questo lavoro”.
