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Vita nello spazio: la zona abitabile

La Terra, il terzo pianeta del sistema solare. Il pianeta blu, l’unico che ospiti la vita organizzata in forme complesse. Almeno, per quel che ne sappiamo oggi. Cosa rende il nostro pianeta così unico ed adatto allo sviluppo di forme viventi? Il concetto di zona abitabile (anche chiamata zona abitabile circumstellare) è stato sviluppato dagli astrobiologi della seconda metà del secolo scorso per studiare come le posizioni reciproche e le proprietà di un pianeta e della sua stella determinano le probabilità di trovare vita aliena in altri sistemi planetari.

Il tema della vita altrove, assieme al sogno di abitare un giorno mondi lontani e incontaminati, affascina da sempre intere generazioni. L’idea di zona abitabile è stata presentata per la prima volta al grande pubblico negli anni ’60, grazie al celebre e prolifico scrittore di fantascienza Isaac Asimov e alla sua serie di libri sulla colonizzazione dello spazio.

Più nello specifico, il termine “zona abitabile” si riferisce alla regione di spazio attorno ad una stella entro la quale è possibile trovare pianeti con acqua allo stato liquido. Il ruolo dell’acqua nello sviluppo della vita sulla Terra si è dimostrato cruciale per i primi processi biologici e le reazioni che portarono allo sviluppo della vita, al punto che è difficile immaginare mondi alieni dove la vita non ha bisogno di questo elemento.

La presenza d’acqua e i confini nella zona abitabile dipendono dalle caratteristiche fisiche della stella al centro del sistema planetario, come ad esempio l’energia che questa produce. Consideriamo come esempio il nostro sistema solare: il sole, una stella comune di medie dimensioni, irradia enormi quantità di energia. La Terra, distante circa 150 milioni di km dal sole (cioè 1 unità astronomica, o UA), riceve questa energia esattamente nella misura adatta a permettere un ambiente confortevole per lo sviluppo della vita.

Pianeti che sono più vicini al sole (Mercurio e Venere) ricevono una quantità molto maggiore di energia sotto forma di radiazione solare e sono perciò troppo caldi e inospitali per gli organismi della biosfera terrestre, che sono in larga parte dipendenti dalla presenza di acqua. Al contrario, un pianeta come Marte è situato troppo lontano da sole per poter mantenere la sua acqua superficiale allo stato liquido.

E’ necessario considerare che lo sviluppo della vita (o vita simil-terrestre, dato che non è possibile sapere con certezza dell’esistenza di tipi diversi di vita nello spazio che non siano basati sul carbonio*) dipende da molti altri fattori che la presenza di acqua. Primo fra tutti, la presenza di un’atmosfera. L’atmosfera esercita una pressione sulla superficie planetaria sufficiente a mantenere l’acqua nel suo stato più prezioso, permettendone anche il (ri)ciclo attraverso evaporazione e precipitazioni.

La proprietà di un pianeta di creare un’atmosfera che protegga la sua superficie ed una eventuale biosfera dall’impatto di meteoriti, escursioni termiche e radiazioni nocive è in larga parte legata alla sua massa. Pianeti di piccola massa non generano, in alcuni casi, un’attrazione gravitazionale sufficiente a trattenere gli strati di un’atmosfera, costituiti da elementi leggeri come l’azoto che sfuggono facilmente alla forza attrattiva esercitata dalla Terra.

Oltre alla massa del pianeta, la composizione chimica della sua atmosfera e la quantità di energia solare che lo raggiunge (o in altre parole la sua distanza dal sole), la forma dell’orbita gioca un ruolo altrettanto importante. Lo status di “pianeta abitabile” non può essere garantito se l’orbita attorno alla stella è particolarmente eccentrica, al punto di causare l’uscita regolare dello stesso dalla zona abitabile (ad esempio nel caso in cui il pianeta raggiunge afelio o perielio, i punti rispettivamente più distanti e più vicini dell’orbita dal sole).

La zona abitabile del nostro sistema solare ha una larghezza di circa 0.5-3 UA. Come illustrato nella figura: nel caso di stelle più massicce e luminose del sole, la zona abitabile si trova a maggiori distanze dalla stella stessa perché una quantità più grande di energia investe i pianeti (la quantità esatta scala col quadrato della distanza). Nel caso di stelle più piccole e deboli, come ad esempio stelle nane, la zona abitabile si trova più in prossimità della stella.

Le stelle seguono anch’esse una propria evoluzione, come i pianeti e la vita sulla Terra, e attraversano fasi di maggiore luminosità, di crescita o di lento spegnimento, soprattutto all’inizio e alla fine della loro esistenza. Durante queste fasi la zona abitabile si sposta di conseguenza. Il nostro sole è attualmente in una fase evolutiva stabile, a circa metà della sua vita.

Dagli anni ’50 ad oggi molti pianeti situati nella zona abitabile di stelle lontane (pianeti extrasolari o esopianeti) sono stati individuati e studiati. Questi pianeti sono generalmente più grandi e massicci della Terra, in quanto più facili da individuare con i nostri strumenti astronomici. Con lo sviluppo di strumenti più accurati e nuove tecniche di ricerca, sempre più pianeti di dimensioni terrestri sono stati scoperti. Recenti studi riportano che, soltanto nella nostra galassia, potrebbero esserci più di 10 miliardi di pianeti delle dimensioni della Terra, orbitanti attorno a stelle simili al sole.

Una classe interessante di esopianeti è rappresentata dai pianeti desertici. Questo tipo di pianeti, dove l’acqua scarseggia, può trovarsi in una zona circumstellare più ampia rispetto ad altri pianeti per due motivi: 1) non presentando ghiacci e neve (superfici bianche) in grande quantità, riflette meno luce e può mantenere temperature più alte anche a maggiori distanze dal sole; 2) grazie alla ridotta evaporazione dell’acqua e quindi a un minore effetto serra, conserva temperature adatte alla vita anche a distanze minori della tipica distanza Terra-sole.

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Rappresentazione artistica di alcuni esopianeti.

Il concetto di zona abitabile è stato però messo in discussione, secondo l’ipotesi che acqua allo stato liquido potrebbe essere presente su altri pianeti grazie a processi esotermici come il riscaldamento mareale o il decadimento radioattivo. L’acqua, inoltre, potrebbe trovarsi in soluzioni assieme ad altri elementi, a diverse condizioni di temperatura e pressione. Questo significa che alcuni mondi adatti allo sviluppo della vita esisterebbero al di fuori delle zone abitabili, laddove non li cerchiamo.

Per maggiori informazioni, visita l’archivio NASA sugli esopianeti: http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/

*Scenari alternativi prevedono vita basata sull’ammoniaca o sul metano.

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