Prima del 1976, quando Viking 1 e 2 diventarono il primo veicolo spaziale ad atterrare e operare con successo sulla superficie di Marte, l'immaginazione globale desiderava disperatamente un pianeta rosso che ospitasse la vita. I lander vichinghi furono progettati per testare i microbi, ma la vera speranza, sostenuta anche dagli scienziati planetari più sfiniti, era che la navicella spaziale della NASA avrebbe scoperto una vita complessa su Marte, qualcosa che scorreva veloce o forse un arbusto irregolare. Dopo tutto, Marte è stata la nostra ultima, migliore speranza dopo che gli astronomi (e la navicella spaziale Mariner 2) hanno sconfitto per sempre la nozione di dinosauri che calpestava paludi umide e venusiane. Era Marte o busto; Il mercurio era troppo vicino al sole e, al di là della fascia degli asteroidi, si credeva che si trovasse una terra senza microbi di giganti gassosi e lune ghiacciate.
L'esplorazione del sistema solare da quando Viking ha rappresentato un mondo per mondo afferrare qualcosa - qualsiasi cosa - che potrebbe suggerire la vita come la conosciamo (o la vita come non lo facciamo). Oggi gli oceani della luna di Giove Europa sono quelli che erano le paludi di Venere e i canali di Marte per il ventesimo secolo: forse la migliore opzione per annientare la solitudine umana. La prossima nave ammiraglia dei pianeti esterni della NASA, Europa Clipper, tenterà di determinare l'abitabilità della luna ghiacciata. Qualche futuro lander o nuotatore dovrà trovare la vita se è lì. La zona abitabile del sistema solare ora include, potenzialmente, ogni pianeta del sistema solare. Encelado e Titano, circondando Saturno, sono buoni candidati, così come Tritone attorno a Nettuno. Come l'acqua, la vita potrebbe essere ovunque.
Eppure lo abbiamo trovato solo qui, dove pullula, dove è apparentemente indistruttibile, nonostante molteplici eventi a livello di estinzione. Un asteroide si scontra con la Terra e cancella quasi tutto? I microbi ospitano le crepe causate dall'impattore killer e tutto ricomincia. Sulla base del nostro campione di un solo mondo, una volta che la vita inizia, è molto, molto difficile far andare via. E così continuiamo a cercare.
Un mosaico di Europa, la quarta luna più grande di Giove, fatta di immagini prese dall'astronave Galileo nel 1995 e 1998. Si ritiene che Europa abbia un oceano sotterraneo globale con più acqua della Terra, rendendolo uno dei luoghi più promettenti del sistema solare per gli astrobiologi a cercare la vita. (NASA / JPL-Caltech / SETI Institute) La scintilla della vita dalla mancanza di vita, nota come abiogenesi, è un processo che gli scienziati stanno solo iniziando a capire. Astronomi, biologi, chimici e scienziati planetari lavorano insieme per ricostruire minuziosamente un puzzle che attraversa discipline e oggetti celesti. Ad esempio, i condriti carbonacei - alcune delle rocce più antiche del sistema solare - sono stati recentemente scoperti per ospitare l'acido piruvico, che è essenziale per il metabolismo. Quando i condriti piovvero su questo pianeta come meteoriti, potrebbero aver fecondato una Terra senza vita. Questa teoria non risponde alla domanda onnicomprensiva, "Da dove veniamo?" Ma rappresenta ancora un altro indizio nella ricerca di come tutto ebbe inizio.
L'abiogenesi non richiede nemmeno il DNA - o almeno, non il DNA come esiste in tutte le forme di vita conosciute. Il DNA è composto da quattro basi nucleotidiche, ma all'inizio di quest'anno i genetisti hanno creato un DNA sintetico usando otto basi. (Lo hanno soprannominato DNA hachimoji.) Questo strano codice genetico può formare doppie eliche stabili. Può riprodursi. Può persino mutare. Gli scienziati non hanno creato la vita; hanno tuttavia dimostrato che la nostra concezione della vita è nella migliore delle ipotesi provinciale.
“Simile alla Terra”
Mentre il lavoro nei laboratori aiuterà a definire come la vita potrebbe nascere dalla materia inanimata, i telescopi spaziali come Keplero, che ha terminato le operazioni lo scorso anno, e TESS, lanciato lo scorso anno, stanno trovando nuovi pianeti da studiare. Questi veicoli spaziali cercano esopianeti usando il metodo del transito, rilevando minime diminuzioni nella luce di una stella mentre un pianeta passa tra di essa e noi. Venticinque anni fa, l'esistenza di pianeti in orbita attorno ad altre stelle era ipotetica. Ora gli esopianeti sono reali come quelli che circondano il nostro sole. Keplero da solo ha scoperto almeno 2.662 esopianeti. La maggior parte è inospitale per la vita come la conosciamo, anche se una manciata a volte è caratterizzata come "simile alla Terra".
"Quando diciamo:" Abbiamo trovato il pianeta più simile alla Terra ", le persone a volte indicano che il raggio è giusto, la massa è giusta e deve trovarsi nella zona abitabile", afferma John Wenz, autore di The Lost Planets, la storia dei primi tentativi di caccia agli esopianeti, che sarà pubblicata alla fine dell'anno da MIT Press. “Ma sappiamo che la maggior parte di quegli esopianeti scoperti sono attorno a stelle nane rosse. Il loro ambiente non è destinato ad essere molto simile alla Terra, e ci sono buone probabilità che molti di loro non abbiano atmosfere. "
Non è che la Terra sia il pianeta più speciale di tutto l'universo. Nel nostro sistema solare, Venere si registrerebbe facilmente ai cacciatori di esopianeti alieni come gemello della Terra. Ma i pianeti come la Terra sono più difficili da trovare, sia perché sono più piccoli dei giganti gassosi, sia perché non orbitano attorno alle loro stelle ospiti così come i pianeti attorno alle nane rosse.
"Potrebbe essere che i veri pianeti simili alla Terra siano incredibilmente comuni, ma che non abbiamo le risorse da dedicare alla loro ricerca", afferma Wenz. L'esopianeta di Earth 2.0 più promettente trovato finora è Kepler-452b, che è un po 'più grande della Terra, con un po' più di massa, e ha una piacevole orbita di 385 giorni attorno a una stella simile al sole. Il problema è che potrebbe non esistere, come suggerito da uno studio dell'anno scorso. Potrebbe essere semplicemente un rumore statistico, poiché il suo rilevamento era ai margini delle capacità di Keplero e il veicolo spaziale è morto prima che ulteriori osservazioni potessero essere condotte.
Il concetto di artista di Keplero-186f, un esopianeta delle dimensioni di una Terra a circa 500 anni luce di distanza che orbita nella zona abitabile della sua stella. Il pianeta è meno del dieci percento più grande della Terra e la sua stella ospite è circa la metà delle dimensioni e della massa del sole. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Una volta lanciato nei primi anni del 2020, il James Webb Space Telescope prenderà di mira molti degli esopianeti scoperti da Keplero e TESS. Sarà solo in grado di risolvere i mondi distanti in un pixel o due, ma risponderà a domande urgenti nella scienza esopianeta, come se un pianeta in orbita attorno a una stella nana rossa possa aggrapparsi alla sua atmosfera nonostante i frequenti bagliori ed eruzioni da tali stelle. JWST potrebbe anche presentare prove indirette di oceani alieni.
"Non vedrai i continenti", dice Wenz. "[Ma] potresti guardare qualcosa e vedere un punto blu, o il tipo di sfasamento che potresti immaginare da un ciclo di evaporazione continuo."
La zona di abiogenesi
Il Catalogo degli esopianeti abitabili elenca attualmente 52 mondi al di fuori del nostro sistema solare che potrebbero sostenere la vita, anche se le notizie potrebbero non essere così elettrizzanti. Essere la distanza corretta da una stella affinché le temperature superficiali si librino sopra il gelo e sotto l'ebollizione non è l'unico requisito per la vita, e certamente non è l'unico requisito per iniziare la vita. Secondo Marcos Jusino-Maldonado, un ricercatore dell'Università di Puerto Rico a Mayaguez, la quantità corretta di luce ultravioletta (UV) che colpisce un pianeta dalla sua stella ospite è un modo in cui la vita potrebbe sorgere da molecole organiche in ambienti prebiotici (anche se non l'unico modo).
"Per reazioni che consentano la comparsa dell'abiogenesi, un pianeta deve trovarsi all'interno della zona abitabile perché ha bisogno di acqua di superficie liquida", afferma Jusino-Maldonado. "Secondo la teoria della zuppa primordiale, le molecole e l'acqua salata reagiscono e alla fine originano la vita". Ma si ritiene che quelle reazioni possano scatenare solo in un luogo chiamato zona di abiogenesi. "Questa è l'area critica intorno alla stella in cui le molecole precursori importanti per la vita possono essere prodotte da reazioni fotochimiche".
Le radiazioni UV potrebbero essere state la chiave per innescare reazioni che portano alla formazione di elementi costitutivi della vita sulla Terra, come nucleotidi, aminoacidi, lipidi e infine RNA. La ricerca del 2015 ha suggerito che l'idrogeno cianuro - probabilmente portato sulla Terra quando il carbonio nei meteoriti ha reagito con l'azoto nell'atmosfera - avrebbe potuto essere un ingrediente cruciale in queste reazioni guidate dalla luce UV.
Per testare ulteriormente la teoria, l'anno scorso, come riportato nelle riviste Science Advances and Chemistry Communications, gli scienziati hanno usato lampade UV per irradiare una miscela di idrogeno solforato e ioni acido cianidrico. Le risultanti reazioni fotochimiche sono state quindi confrontate con la stessa miscela di sostanze chimiche in assenza di luce UV e i ricercatori hanno scoperto che le radiazioni UV erano necessarie per le reazioni per produrre i precursori dell'RNA necessari per la vita.
L'RNA (acido ribonucleico) e il DNA (acido desossiribonucleico) sono acidi nucleici che, insieme a carboidrati, lipidi e proteine, sono essenziali per tutte le forme di vita conosciute. (Sponk / Roland1952 tramite Wikicommons sotto CC BY-SA 3.0) Affinché la fotochimica UV produca questi blocchi cellulari, la lunghezza d'onda della luce UV deve essere compresa tra 200 e 280 nanometri. Jusino-Maldonado afferma che nel suo lavoro questo concetto è stato applicato al modello esopianeta abitabile. "Di tutti gli esopianeti abitabili, solo otto di essi si trovano nella zona abitabile e nella zona di abiogenesi."
Sebbene tutti e otto si trovino sia in zone abitabili che in zone di abiogenesi, nessuna è particolarmente favorevole alla vita, afferma Jusino-Maldonado. Ognuno degli otto mondi è o una "super-Terra" o un "mini-Nettuno". I candidati più probabili sono Kepler-452b (se esiste) e forse τ Cet e (se il suo raggio è appropriato). Non sono stati ancora scoperti mondi di dimensioni terrestri sia nelle zone abitabili che in quelle di abiogenesi.
Standard di impostazione
Mentre la ricerca di un mondo alieno davvero abitabile avanza, gli astrobiologi stanno tentando di creare un quadro per classificare, discutere e studiare questi pianeti. I grandi sforzi scientifici per lavorare richiedono standard di definizione e misurazione. L'astrobiologia è un campo di studio giovane, relativamente parlando, e una delle domande urgenti e non banali che deve affrontare è, come si definisce l'abitabilità? Come definisci la vita?
"Lavoro su questo problema da dieci anni", afferma Abel Mendéz, astrobiologo planetario e direttore del Planetary Habitability Laboratory dell'Università di Puerto Rico ad Arecibo. “Sapevo che il problema dell'abitabilità aveva bisogno di lavoro. Tutti avevano a che fare con il modo di definirlo. ”All'inizio di quest'anno, alla cinquantesima conferenza annuale sulla scienza lunare e planetaria a Houston, in Texas, Mendéz ha presentato il suo recente lavoro su un modello globale di abitabilità della superficie applicabile ai pianeti sia nel nostro sistema solare che al di fuori di esso .
Dopo aver analizzato la letteratura, si rese conto che gli astrobiologi non erano i primi a incorrere in problemi di definizione, categorizzazione e uniformità per quanto riguarda l'abitabilità. Quarant'anni fa, gli ecologisti stavano affrontando la stessa sfida. "Tutti stavano definendo l'abitabilità come desideravano in diversi documenti", afferma Mendéz. Negli anni '80, gli ecologi si sono uniti per creare una definizione formale. Hanno definito le medie per misurare l'abitabilità, sviluppando un sistema con un intervallo compreso tra 0 e 1, con 0 inabitabile e 1 altamente abitabile.
Avere una struttura singolare era fondamentale per il progresso dell'ecologia, ed è stata gravemente carente in astrobiologia, dice Mendéz. La costruzione di un modello di abitabilità per interi pianeti è iniziata con l'identificazione di variabili che possono essere misurate oggi. "Una volta sviluppato un sistema formale, è possibile costruire sistemi da quello e creare una libreria di abitabilità per contesti diversi."
Grafico degli esopianeti potenzialmente abitabili. (Abel Mendez / Planetary Habitability Lab / UPR-Arecibo) Innanzitutto, Mendéz ha dovuto affrontare l'unica misura di idoneità dell'habitat di "1" nell'universo noto. "Se stai proponendo un modello di abitabilità, devi far funzionare la Terra", afferma. Il suo laboratorio ha usato il suo modello per confrontare gli habitat di vari biomi, come deserti, oceani, foreste e tundra.
“Se calcoliamo l'abitabilità di una regione — non considerando la vita, ma quanta massa ed energia è disponibile per la vita indipendente — si tratta più di una misurazione ambientale. Correliamo ciò con una misurazione effettiva della produttività biologica in una regione: la nostra verità fondamentale. Questo è il nostro test. ”Quando il suo gruppo ha mappato l'abitabilità ambientale e la produttività biologica, hanno scoperto quelle che Mendéz ha descritto come“ belle correlazioni ”.
Oggi, il modello di Mendéz per l'abitabilità prende in considerazione la capacità dei pianeti rocciosi di sostenere le acque superficiali, l'età e il comportamento delle loro stelle, la dinamica orbitale e le forze di marea che agiscono su questi mondi. Il modello considera la massa e l'energia all'interno di un sistema e la percentuale di tale massa ed energia disponibile per una specie o biosfera. (Quella percentuale è la parte più difficile dell'equazione. Non si potrebbe rivendicare il 100 percento della massa terrestre, per esempio, è disponibile per la vita.)
Limitato allo "strato sottile vicino alla superficie di un corpo planetario", il modello fissa l'abitabilità della superficie della Terra a 1, Marte in anticipo per essere minore o uguale a 0, 034 e Titano per essere minore o uguale a 0, 000139. Il modello è indipendente dal tipo di vita in esame - animali contro piante, per esempio - e mondi come Europa con "biosfere sottosuolo" non sono ancora stati presi in considerazione.
Tali basi sono inestimabili, ma sono ancora limitate nella sua capacità di prevedere l'abitabilità, in parte perché si applica solo alla vita come la conosciamo. Nel 2017, i ricercatori di Cornell hanno pubblicato un documento che rivela prove della molecola di acrilonitrile (vinil cianuro) su Titano, che, ipoteticamente, potrebbe essere la chiave della vita a base di metano in un mondo privo di ossigeno - una vita davvero aliena, a differenza di qualsiasi cosa che abbiamo mai visto conosciuto. Se la vita dovesse prosperare in un mondo così inospitalmente convenzionale come Titano, e dovremmo trovarlo, Mendez scrive in un estratto descrivendo il suo modello, "Un'anticorrelazione tra misure di abitabilità e biosignature può essere interpretata come un processo abiotico o come vita come non facciamo " non lo so. "
In ogni caso, la mancanza finora di mondi esteriormente favorevoli alla vita significa che il genere umano deve continuare a migliorare i suoi osservatori e rivolgere gli occhi verso regni remoti. È una grande galassia, piena di delusioni. Non speriamo più che i marziani scavino corsi d'acqua o dinosauri raggiungendo il muschio sugli alberi venusiani, ma sogniamo ancora di nuotare i calamari attraverso i mari europei e chissà cosa si nasconde nei laghi idrocarburi di Titano. Se anche questi mondi non riescono a fornire risultati, dipende dagli esopianeti e sono appena al di fuori delle nostre capacità di osservazione e molto lontani da casa.
