Chi vive oggi sulla Terra potrebbe essere destinato a trovare la risposta a una delle più antiche domande di interesse per l'umanità: siamo soli nell'universo?
Non appena un robot fuoristrada, agganciato al lato sottomarino di un lastrone di ghiaccio su uno dei laghi in Alaska, riceve un segnale dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, un faro lampeggia su di esso. "Ha funzionato!" - esclama l'ingegnere John Leicty, rannicchiato in una tenda sul ghiaccio. Probabilmente, questo evento non può essere definito un grande passo nella tecnologia, ma come primo passo nel percorso di esplorazione di un lontano satellite di un altro pianeta, lo farà.
Più di settemila chilometri a sud in Messico, la geomicrobiologa Penelope Boston vaga nell'acqua fino alle ginocchia attraverso l'oscurità impenetrabile di una grotta. Come altri scienziati del suo gruppo, Boston ha indossato un potente respiratore e ha trascinato una bomboletta d'aria per non essere avvelenata dall'idrogeno solforato e dal monossido di carbonio, che filtrano nelle grotte e il flusso sotterraneo che le lava gli stivali trasporta acido solforico. All'improvviso, un raggio di torcia di Boston illumina una gocciolina allungata di liquido denso e traslucido che trasuda dalla parete porosa di calcare della grotta. "Non è adorabile?" Esclama.
Forse, in un lago artico ghiacciato e in una grotta tropicale piena di fumi tossici, sarà possibile trovare indizi che aiuteranno a rispondere a una delle domande più intrattabili e antiche della Terra: c'è vita su Marte? (Bene, o almeno da qualche parte al di fuori del nostro pianeta?) La vita di altri mondi, sia nel nostro sistema solare o vicino ad altre stelle, potrebbe nascondersi sotto il ghiaccio che copre interi oceani, come su Europa, la luna di Giove, o in grotte piene di gas, di cui probabilmente ce ne sono molte su Marte. Se impari a identificare e identificare le forme di vita che prosperano in condizioni simili sulla Terra, sarà più facile trovare qualcosa di simile al di fuori di essa.
È difficile dire a che punto la ricerca della vita tra le stelle sia passata dalla fantascienza alla scienza, ma uno degli eventi chiave è stato l'incontro degli scienziati nel novembre 1961. È stato organizzato da Frank Drake, un giovane radioastronomo, affascinato dall'idea di trovare onde radio di origine aliena.
"Allora", ricorda Drake, che ora ha 84 anni, "la ricerca di intelligenza extraterrestre [Search for Extraterrestrial Intelligence - SETI] era una specie di tabù". Tuttavia, con il supporto del direttore del suo laboratorio, Frank ha riunito diversi astronomi, chimici, biologi e ingegneri per discutere le questioni che l'astrobiologia - la scienza della vita extraterrestre - sta affrontando oggi.
Drake voleva che i suoi colleghi lo consigliassero su quanto sarebbe stato intelligente dedicare molto tempo al radiotelescopio all'ascolto di trasmissioni radio da alieni e quale modo di trovare la vita extraterrestre potrebbe essere il più promettente. Era anche interessato a quante civiltà può contare la nostra galassia, la Via Lattea, e prima che arrivassero gli ospiti Frank scrisse un'equazione sulla lavagna.
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Questa ormai famosa equazione di Drake determina il numero di civiltà che possiamo rilevare, in base al tasso di formazione delle stelle nella Via Lattea, moltiplicato per la frazione di stelle con pianeti, quindi per il numero medio di pianeti con condizioni adeguate per la vita in un sistema stellare (i pianeti devono avere le dimensioni circa le dimensioni della Terra ed essere nella zona abitabile della sua stella), quindi alla quota dei pianeti in cui potrebbe sorgere la vita, e alla quota di quelli in cui la mente potrebbe apparire, e, infine, alla quota di quelli dove le forme di vita intelligenti sono in grado di raggiungere di un tale livello di sviluppo da inviare segnali radio riconoscibili, e per il tempo medio durante il quale tali civiltà continuano a inviarli o addirittura a esistere.
Se tali società sono inclini a distruggersi in una guerra nucleare solo pochi decenni dopo l'invenzione della radio, allora il loro numero sarà probabilmente molto piccolo in un dato momento.
L'equazione è ottima, tranne che per un'incongruenza. Nessuno aveva nemmeno una vaga idea di a cosa fossero uguali tutte queste frazioni e numeri, tranne la primissima variabile, il tasso di formazione di stelle simili al sole. Tutto il resto era pura supposizione. Naturalmente, se gli scienziati in cerca di vita nello spazio fossero in grado di rilevare un segnale radio extraterrestre, tutte queste ipotesi perderebbero il loro significato. Ma, in assenza di ciò, gli specialisti in tutte le variabili dell'equazione di Drake dovevano trovare i loro valori esatti - per scoprire quanto spesso le stelle di tipo solare hanno pianeti. Bene, o svela il segreto dell'origine della vita sulla Terra …
Trascorse un terzo di secolo prima che anche valori approssimativi potessero essere sostituiti nell'equazione. Nel 1995, Michel Mayor e Didier Kelo dell'Università di Ginevra hanno scoperto il primo pianeta in un altro sistema stellare di classe solare. Questo pianeta - 51 Pegasi b, distante 50 anni luce da noi, è un'enorme sfera gassosa grande circa la metà di Giove; la sua orbita è così vicina alla stella che l'anno dura solo quattro giorni e la temperatura in superficie supera i mille gradi Celsius.
Nessuno pensava nemmeno che la vita potesse sorgere in condizioni così infernali. Ma la scoperta anche di un solo esopianeta è stata già un enorme successo. All'inizio dell'anno successivo, un gruppo guidato da Jeffrey Marcy, poi all'Università di San Francisco e ora a Berkeley, trovò un secondo esopianeta, e poi un terzo, e la diga scoppiò. Oggi gli astronomi conoscono circa duemila esopianeti tra i più diversi, entrambi più grandi di Giove e più piccoli della Terra; altre migliaia (la maggior parte sono state scoperte con il telescopio spaziale Kepler ultrasensibile) attendono che la scoperta sia confermata.
Nessuno dei pianeti lontani è una copia esatta della Terra, ma gli scienziati non hanno dubbi che questo sarà trovato nel prossimo futuro. Sulla base dei dati di diversi pianeti più grandi, gli astronomi hanno calcolato che più di un quinto delle stelle di tipo solare ha pianeti abitabili simili alla Terra. Esiste una probabilità statistica che il più vicino sia a 12 anni luce di distanza - per gli standard cosmici, in una strada vicina.
Questo è incoraggiante. Tuttavia, negli ultimi anni, i cacciatori di mondi abitati si sono resi conto che non è affatto necessario limitare le loro ricerche a stelle simili al Sole. “Quando ero a scuola”, ricorda David Charbonneau, un astronomo di Harvard, “ci è stato detto che la Terra gira intorno alla stella media più ordinaria. Ma non è così . In effetti, dal 70 all'80 percento delle stelle nella Via Lattea sono corpi piccoli, relativamente freddi, deboli e rossastri: nane rosse e brune.
Se un pianeta terrestre ruotasse attorno a un tale nano alla distanza corretta (più vicino alla stella che alla Terra, in modo da non congelarsi), le condizioni per l'emergere e lo sviluppo della vita potrebbero svilupparsi su di esso. Inoltre, un pianeta non deve avere le dimensioni della Terra per essere abitabile. "Se sei interessato a me", dice Dimitar Sasselov, un altro astronomo di Harvard, "allora qualsiasi massa compresa tra una e cinque Terre è l'ideale". Sembra che la varietà di sistemi stellari abitabili sia molto più ricca di quanto Frank Drake ei suoi partecipanti alla conferenza avrebbero potuto supporre nel 1961.
E non è tutto: si scopre che anche la differenza di temperatura e la varietà di ambienti chimici in cui possono prosperare organismi estremofili (letteralmente “amanti delle condizioni estreme”) sono più ampie di quanto si sarebbe potuto immaginare mezzo secolo fa. Negli anni '70, gli oceanografi, tra cui Robert Ballard sponsorizzato dalla National Geographic Society, scoprirono sorgenti super-calde sul fondo dell'oceano - fumatori neri, vicino alle quali ci sono ricche comunità batteriche.
I microbi che si nutrono di idrogeno solforato e altri composti chimici, a loro volta, servono da cibo per organismi più complessi. Inoltre, gli scienziati hanno trovato forme di vita che prosperano nei geyser sulla terra, nei laghi ghiacciati nascosti sotto uno strato di ghiaccio antartico spesso centinaia di metri, in condizioni di elevata acidità, alcalinità o radioattività, nei cristalli di sale e persino nelle microfessure delle rocce profonde nelle viscere della Terra. … "Sul nostro pianeta, questi sono abitanti di nicchie strette", dice Lisa Kaltenegger, che lavora part-time ad Harvard e al Max Planck Astronomical Institute di Heidelberg, in Germania. "Tuttavia, è facile immaginare che su altri pianeti possano prevalere".
L'unico fattore senza il quale, secondo i biologi, la vita come la conosciamo non può esistere, è l'acqua liquida, un potente solvente in grado di fornire sostanze nutritive a tutte le parti del corpo. Per quanto riguarda il nostro sistema solare, dopo la spedizione della stazione interplanetaria Mariner 9 su Marte nel 1971, sappiamo che un tempo i flussi d'acqua scorrevano lungo la superficie del pianeta rosso. Forse esisteva anche vita lì, almeno microrganismi - ed è possibile che alcuni di loro potessero sopravvivere in un mezzo liquido sotto la superficie del pianeta.
Sulla superficie ghiacciata relativamente giovane di Europa, la luna di Giove, sono visibili delle crepe che indicano che l'oceano si sta increspando sotto il ghiaccio. A una distanza di circa 800 milioni di chilometri dal Sole, l'acqua dovrebbe gelare, ma in Europa, sotto l'influenza di Giove e di molti dei suoi altri satelliti, si verificano costantemente fenomeni di marea, a causa dei quali viene rilasciato calore e l'acqua sotto lo strato di ghiaccio rimane liquida. In teoria, la vita può esistere anche lì.
Nel 2005, il veicolo interplanetario della NASA Cassini ha scoperto dei geyser d'acqua sulla superficie di Encelado, un'altra luna di Giove; le ricerche condotte da Cassini nell'aprile di quest'anno hanno confermato la presenza di sorgenti d'acqua sotterranee su questa luna. Tuttavia, gli scienziati non sanno ancora quanta acqua è nascosta dalla calotta glaciale di Encelado, né per quanto tempo l'acqua rimane allo stato liquido per servire da culla della vita. Titano, la più grande luna di Saturno, ha fiumi e laghi e piove. Ma questa non è acqua, ma idrocarburi liquidi come metano ed etano. Forse lì c'è vita, ma è molto difficile immaginare cosa sia.
Marte è molto più simile alla Terra e molto più vicino ad essa di tutti questi lontani satelliti. E da ogni nuovo veicolo di discesa, ci aspettiamo notizie della scoperta della vita lì. E ora il rover Curiosity della NASA sta esplorando il Gale Crater, dove miliardi di anni fa c'era un enorme lago, condizioni in cui, a giudicare dalla composizione chimica dei sedimenti, erano favorevoli all'esistenza dei microbi.
Naturalmente, una grotta in Messico non è Marte, e un lago nel nord dell'Alaska non è l'Europa. Ma è stata la ricerca della vita extraterrestre che ha portato l'astrobiologo della NASA Kevin Hand e membri del suo team, tra cui John Lakety, al Lago Sukok in Alaska. Ed è per questo che Penelope Boston e le sue colleghe si arrampicano ripetutamente nella velenosa grotta di Cueva de Villa Luz nelle vicinanze della città messicana di Tapihulapa.
L'astrobiologo Kevin Hand si prepara a lanciare un robot sotto il ghiaccio del lago Sukok in Alaska.
E lì, e là, gli scienziati stanno testando nuove tecnologie per trovare la vita in condizioni almeno in parte simili a quelle in cui potrebbero trovarsi le sonde spaziali. In particolare, cercano "tracce di vita" - segni geologici o chimici che indicano la sua presenza, ora o nel passato.
Prendi una grotta messicana, per esempio. Gli orbiter hanno ottenuto informazioni sulla presenza di cavità su Marte. E se i microrganismi sopravvissero lì, dopo che il pianeta ha perso la sua atmosfera e l'acqua sulla superficie circa tre miliardi di anni fa? Gli abitanti delle grotte marziane avrebbero dovuto trovare una fonte di energia diversa dalla luce solare, proprio come la goccia di melma che deliziava Boston. Gli scienziati si riferiscono a queste strisce poco attraenti come snotiti per analogia con le stalattiti. [In russo questo termine potrebbe suonare come "arrogante". - Circa. traduttore.] Ce ne sono migliaia nella grotta, da un centimetro a mezzo metro di lunghezza, e sembrano poco attraenti. In realtà, questo è un biofilm, una comunità di microbi che formano una bolla viscosa e viscosa.
"I microrganismi che creano le snotiti sono chemiotrofi", spiega Boston. "Ossidano l'idrogeno solforato, l'unica fonte di energia a loro disposizione, e rilasciano questo muco". Gli snotiti sono solo una delle comunità locali di microrganismi. Boston, ricercatore presso il New Mexico Institute of Mining and Technology e il National Caves and Karst Research Institute, afferma: “Ci sono circa una dozzina di comunità di questo tipo nella grotta. Ognuno ha un aspetto molto particolare. Ciascuno è integrato in un diverso sistema nutrizionale ". Una di queste comunità è particolarmente interessante: non forma gocce o bolle, ma copre le pareti della grotta con motivi di macchie e linee, simili a geroglifici.
Gli astrobiologi hanno chiamato questi modelli biovermi, dalla parola "vermicule" - un ornamento fatto di riccioli. Si scopre che tali modelli "disegnano" non solo i microrganismi che vivono nelle volte delle caverne. "Tracce come queste compaiono in un'ampia varietà di luoghi in cui la nutrizione è scarsa", afferma Keith Schubert, ingegnere e specialista di sistemi di imaging presso la Baylor University che si è recato a Cueva de Villa Luz per installare telecamere per il monitoraggio a lungo termine nella grotta. … - Le radici di erba e alberi creano anche biovermi nelle regioni aride; lo stesso accade quando i terreni del deserto si formano sotto l'influenza di comunità batteriche, così come i licheni ".
Oggi, le tracce di vita che gli astrobiologi cercano sono principalmente i gas, come l'ossigeno, emanati dagli organismi viventi sulla Terra. Tuttavia, le comunità dell'ossigeno possono essere solo una delle tante forme di vita. "Per me", dice Penelope Boston, "i biovermi sono interessanti perché, nonostante la loro diversa scala e natura di manifestazione, questi modelli sono molto simili ovunque".
Boston e Schubert ritengono che l'emergere di biovermi, condizionati da semplici regole di sviluppo e lotta per le risorse, possa servire come indicatore della vita caratteristico dell'intero Universo. Inoltre, i biovermi persistono anche dopo la morte delle stesse comunità microbiche. "Se il rover trova qualcosa di simile nelle volte di una grotta marziana", ha detto Schubert, "è immediatamente chiaro su cosa concentrarsi".
Scienziati e ingegneri tremanti lavorano al Lago Sukok con uno scopo simile. Una delle aree censite del lago si trova accanto ad un accampamento di tre piccole tende, che hanno ribattezzato "NASAville", l'altra - con un'unica tenda - si trova a circa un chilometro di distanza. Poiché le bolle di metano rilasciate sul fondo del lago disturbano l'acqua, su di essa si formano polynya e per spostarsi da un campo all'altro in motoslitta, devi prendere un percorso tortuoso, altrimenti non cadrai a lungo nel ghiaccio.
È stato grazie al metano nel 2009 che gli scienziati hanno attirato per la prima volta l'attenzione su Sukok e su altri laghi vicini in Alaska. Questo gas viene rilasciato dai batteri che formano metano, decomponendo la materia organica, e quindi serve come uno dei segni di vita che gli astrobiologi possono rilevare. Tuttavia, il metano viene rilasciato, ad esempio, durante le eruzioni vulcaniche, formatesi naturalmente nell'atmosfera di pianeti giganti come Giove, così come nell'atmosfera della luna di Saturno Titano. Pertanto, è importante che gli scienziati distinguano il metano da fonti biologiche dal metano da fonti non biologiche. Se l'argomento della ricerca è l'Europa ricoperta di ghiaccio, come quella di Kevin Hand, il lago Sukok è tutt'altro che il posto peggiore per prepararsi.
Hand, titolare del National Geographic Grant for Young Explorers, favorisce l'Europa su Marte per una ragione. “Supponiamo”, dice, “di andare su Marte e trovare organismi viventi sotto la sua superficie, e che abbiano il DNA, come sulla Terra. Ciò potrebbe significare che il DNA è una molecola universale della vita, e questo è molto probabile. Ma potrebbe anche significare che la vita sulla Terra e su Marte ha un'origine comune.
È noto per certo che frammenti di roccia fuoriusciti dalla superficie di Marte dagli impatti di asteroidi hanno raggiunto la Terra e sono caduti sotto forma di meteoriti. Probabilmente, e frammenti di rocce terrestri hanno raggiunto Marte. Se ci fossero microrganismi viventi all'interno di questi vagabondi spaziali che potrebbero sopravvivere al viaggio, darebbero vita alla vita sul pianeta dove sono “atterrati”. "Se si scopre che la vita marziana è basata sul DNA", dice Hand, "sarà difficile per noi determinare se è nata indipendentemente dalla Terra". Qui l'Europa è molto più lontana da noi. Se la vita si trova lì, indicherà la sua origine indipendente, anche con il DNA.
L'Europa ha indubbiamente le condizioni per la vita: molta acqua e potrebbero esserci sorgenti termali sul fondo dell'oceano che potrebbero fornire micronutrienti. Le comete a volte cadono sull'Europa, che contiene materia organica, che contribuisce anche allo sviluppo della vita. Pertanto, l'idea di una spedizione su questa luna di Giove sembra molto attraente.
Sotto la lastra di ghiaccio spaccata di Europa, che vediamo in questa immagine della sonda Galileo, si trova un oceano dove si possono trovare tutte le condizioni necessarie alla vita.
Sfortunatamente, il lancio del veicolo spaziale, che il Consiglio nazionale delle ricerche degli Stati Uniti ha stimato in 4,7 miliardi di dollari, è stato ritenuto, sebbene scientificamente giustificato, troppo costoso. Un team del Jet Propulsion Laboratory, guidato da Robert Pappalardo, è tornato ai progetti e ha sviluppato un nuovo progetto: l'Europa Clipper orbiterà attorno a Giove anziché all'Europa, che userebbe meno carburante e risparmierebbe denaro; allo stesso tempo, si avvicinerà all'Europa 45 volte in modo che gli scienziati possano vedere la sua superficie e determinare la composizione chimica dell'atmosfera e, indirettamente, dell'oceano.
Pappalardo ha detto che il nuovo progetto costerà meno di 2 miliardi di dollari. "Se questa idea sarà approvata", dice, "potremmo lanciarla all'inizio o alla metà del 2020". Il veicolo di lancio Atlas V contribuirà ad arrivare in Europa in sei anni e se il nuovo sistema di lancio, che la NASA sta attualmente sviluppando, sarà coinvolto in soli 2,7 anni.
Al Jet Propulsion Laboratory della NASA, gli scienziati stanno esaminando una sonda simile a quella che presto sarà in grado di penetrare sotto il ghiaccio della luna di Giove Europa.
Probabilmente Clipper non riuscirà a trovare vita su Europa, ma raccoglierà dati per giustificare la prossima spedizione, già un mezzo di discesa, che prenderà campioni di ghiaccio e ne studierà la composizione chimica, come hanno fatto i rover. Inoltre, Clipper identificherà i migliori siti di atterraggio. Il passo successivo dopo il lander - inviare una sonda a Europa per studiare l'oceano - può essere molto più difficile: tutto dipenderà dallo spessore della copertura di ghiaccio. Gli scienziati offrono anche una soluzione alternativa: esplorare il lago, che potrebbe essere vicino alla superficie del ghiaccio. "Quando il nostro sommergibile sarà finalmente nato", dice Hand, "sarà Homo sapiens rispetto all'Australopithecus che stiamo testando in Alaska".
Il dispositivo, che è in fase di test sul lago Sukok, striscia lungo la parte inferiore di un lastrone di ghiaccio di 30 centimetri, accoccolandosi contro di esso, ei suoi sensori misurano i livelli di temperatura, salinità e acidità e altri parametri dell'acqua. Tuttavia, non sta cercando direttamente gli organismi viventi: questo è il compito degli scienziati che lavorano dall'altra parte del lago. Uno è John Priscu dell'Università del Montana, che l'anno scorso ha scoperto batteri viventi nel lago Willians, a 800 metri sotto la calotta glaciale dell'Antartide occidentale. Insieme al geobiologo Alison Murray dell'Institute for Desert Research di Reno, Nevada, Prisu sta cercando di capire come devono essere le condizioni dell'acqua fredda per sostenere la vita, e chi ci vive.
Utile quanto lo studio degli estremofili per comprendere la natura della vita al di fuori del nostro pianeta, fornisce solo indizi terreni per svelare misteri extraterrestri. Tuttavia, presto avremo altri modi per trovare le variabili mancanti dell'equazione di Drake: la NASA ha programmato per il 2017 l'avvio del telescopio - TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, ovvero un satellite per studiare gli esopianeti di passaggio, cioè quelli che passano sullo sfondo del disco della loro stella). TESS non cercherà solo pianeti vicini alle stelle più vicine a noi, ma identificherà anche tracce di gas nella loro atmosfera, indicando la presenza di vita. Sebbene il vecchio Hubble abbia permesso la scoperta di nuvole sulla super-terra - GJ 1214b.
Tuttavia, il fascino per la ricerca di tracce di vita e di estremofili implica che su tutti i pianeti le molecole degli esseri viventi contengono carbonio e l'acqua funge da solvente. Questo è perfettamente accettabile poiché il carbonio e l'acqua sono abbondanti in tutta la nostra galassia. Inoltre, non sappiamo quali segni cercare per la vita senza carbonio. "Se procediamo da tali premesse nella nostra ricerca, potremmo non trovare assolutamente nulla", afferma Dimitar Sasselov. "Devi immaginare almeno alcune delle possibili alternative e capire a cos'altro devi prestare attenzione quando studi l'atmosfera aliena." Immagina, ad esempio, invece del ciclo del carbonio prevalente sulla Terra, il ciclo dello zolfo …
Tra questi progetti semi-fantastici, l'idea con cui l'astrobiologia è iniziata mezzo secolo fa è completamente persa. Frank Drake, sebbene ufficialmente in pensione, continua a cercare segnali extraterrestri, una ricerca che, se avrà successo, oscurerà tutto il resto. Nonostante il fatto che i finanziamenti per SETI siano quasi terminati, Drake è pieno di entusiasmo per un nuovo progetto: cercare lampi di luce emessi da civiltà extraterrestri invece che segnali radio. "Dobbiamo provare tutte le opzioni", dice, "perché non abbiamo idea di cosa e come stiano effettivamente facendo gli alieni".
National Geographic luglio 2014
