FINO A 100 VOLTE LA QUANTITÀ PRESENTE NELL’ATMOSFERA TERRESTRE

Acqua sulle esolune di pianeti vagabondi

Le lune di esopianeti vagabondi, mondi orfani della loro stella madre, potrebbero avere acqua liquida in superficie. A suggerirlo è il risultato di uno studio di modellazione atmosferica condotto da un team internazionale di astrofisici. Con il commento dell'astrofisico Tommaso Grassi, co-autore dello studio pubblicato su International Journal of Astrobiology

     11/06/2021
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Illustrazione artistica di un pianeta vagabondo e la sua esoluna. Crediti: Tommaso Grassi / Lmu

“Se vi è una magia su questo pianeta, è contenuta nell’acqua”, scriveva l’antropologo e storico della scienza statunitense Loren Eiseley nell’introduzione del suo saggio The Flow of the River. Una magia che ha reso possibile alla vita di evolversi e prosperare, e che spiega il perché gli scienziati siano costantemente alla ricerca di acqua su altri corpi solidi nell’universo. Finora, tuttavia, la sua esistenza in altri mondi non è mai stata direttamente dimostrata. Ci sono però indicazioni che diverse lune del Sistema solare potrebbero contenerla in oceani sotterranei, ad esempio Encelado – una luna di Saturno – e tre lune di Giove: Ganimede, Callisto ed Europa. Ma quali sono le prospettive di trovarla, quest’acqua liquida, sulle esolune, cioè su lune di pianeti oltre il Sistema solare?

Un team internazionale di astrofisici ha provato a rispondere a questa domanda utilizzando metodi matematici per modellare l’atmosfera di questi corpi. Ma non di esolune qualsiasi, bensì quelle di satelliti naturali in orbita attorno a pianeti fluttuanti (free-floating planets, in inglese).

Chiamati anche pianeti singolari, pianeti non legati, pianeti vagabondi o pianeti interstellari, i pianeti fluttuanti sono mondi “orfani” della loro stella madre, probabilmente espulsi insieme alla loro luna dal sistema planetario ospite a seguito dell’interazione con un pianeta più massiccio. Si tratta di pianeti interessanti dal punto di vista astronomico principalmente perché numerose evidenze indicano la loro abbondante presenza nell’universo. Stime suggeriscono che la nostra galassia ospiti tanti pianeti vagabondi delle dimensioni di Giove quante sono le stelle presenti, oltre 100 miliardi.

In collaborazione con i colleghi dell’Università di Concepción in Cile, dell’Universitè Côte d’Azur in Francia, della Sophia University e del Tokyo Institute of Technology in Giappone, gli astrofisici Barbara Ercolano e Tommaso Grassi dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco di Baviera – entrambi componenti del team del progetto Origins – From the origins of the Universe to the first building blocks of life (dalle origini dell’Universo ai primi elementi costitutivi della vita) – si sono avvalsi di sofisticati modelli per simulare i processi termici che avvengono nell’atmosfera di una luna delle dimensioni della Terra in orbita attorno a un pianeta orfano delle dimensioni di Giove.

I risultati dello studio, pubblicati sulla rivista International Journal of Astrobiology, suggeriscono che è possibile che queste lune contengano acqua liquida sulla superficie. Quanta? Secondo le stime dei ricercatori sarebbe una quantità circa 10mila volte più piccola del volume totale degli oceani del nostro pianeta, ma 100 volte più grande di quella che si trova nell’atmosfera terrestre, sufficiente comunque per consentire alla vita di evolversi e prosperare, spiegano i ricercatori.

Barbara Ercolano (a sinistra) e Tommaso Grassi (a destra), co-autori della pubblicazione sulla rivista International Journal of Astrobiology

La domanda a questo punto sorge spontanea: quali sono le condizioni che una esoluna dovrebbe possedere affinché vi sia acqua in superficie? «Deve avere condizioni di pressione e temperatura tali che sia liquida nel diagramma di fase dell’acqua» spiega a Media Inaf  Tommaso Grassi. «Nel nostro caso l’esoluna è abbastanza massiva (1 massa terrestre) da poter mantenere un’atmosfera con pressioni 1-10 volte quella terrestre, quindi per avere acqua liquida è sufficiente andare sopra 0°C (circa)» continua il ricercatore. «Per garantire tale temperatura, siccome non abbiamo la radiazione stellare, vengono in aiuto le forze mareali esercitate dal pianeta ospite (della massa di Giove) sulla luna stessa. Questo è possibile in determinate configurazioni dei parametri orbitali (in particolare dell’eccentricità), condizioni supportate da precedenti studi fatti con modelli dinamici. Infine, il calore generato dalle forze mareali è trattenuto dall’effetto serra dovuto alla presenza nell’atmosfera del 90 per cento di CO2, un po’ come succede su Venere (e in maniera minore sulla Terra). Per riassumere, per avere acqua liquida serve un pianeta ospite abbastanza massiccio, un’orbita abbastanza eccentrica, e un’atmosfera relativamente densa e con effetto serra».

Ma se da una lato gli autori invocano le forze di marea esercitate dal pianeta sulla sua luna come fonte di calore, e l’effetto serra per mantenere una grande parte di esso e permettere la presenza di acqua liquida, dall’altro lato resta ancora da chiedersi quale sia la fonte di energia che guiderebbe le reazioni chimiche che producono queste molecole d’acqua. Secondo i ricercatori, i raggi cosmici potrebbero fornire la spinta chimica necessaria, convertendo l’idrogeno molecolare e l’anidride carbonica nell’elisir di lunga vita.

Quanto alla probabilità che in questi corpi ci sia una qualche forma di vita primordiale, Grassi commenta: «Non sappiamo quantificare questa probabilità praticamente per nessun oggetto, tranne che per la Terra (100 per cento). Non è impossibile, ovvero non ci sono zero probabilità. Una delle limitazioni nel nostro caso è la mancanza di luce dalla stella ospite. In realtà però alcune teorie suggeriscono che la vita sulla Terra possa essersi formata vicino alle sorgenti idrotermali nelle profondità oceaniche in assenza di luce» sottolinea il ricercatore. «In linea teorica, le forze mareali potrebbero causare attività geologica sufficiente per tenere attive le sorgenti idrotermali in eventuali laghi di acqua liquida formati sulla superficie del pianeta. Se questo fosse possibile, la sopracitata teoria suggerisce che queste condizioni potrebbero favorire la formazione di protocellulle (i precursori delle cellule procariote). Dall’altro lato però i modelli orbitali ci dicono che le condizioni favorevoli alla vita sulla esoluna hanno un tempo relativamente breve (10 milioni di anni al massimo per via della circolarizzazione dell’orbita), che potrebbe essere un periodo troppo corto per la sviluppo di forme protocellulari. Ma qui», conclude Grassi, «siamo chiaramente nel campo delle speculazioni».

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