Da cosa dipende l’abitabilità di un pianeta? L’esistenza di acqua liquida in superficie – possibile solo se il corpo celeste si trova alla giusta distanza dalla sua stella madre – è una condizione necessaria. Tuttavia, non è sufficiente.
Secondo un nuovo studio condotto da un team di ricercatori dell’Eth di Zurigo, affinché su un pianeta possa svilupparsi la vita servono anche condizioni chimiche ben definite, stabilite fin dalle prime fasi della sua formazione. Condizioni che si verificano raramente e che potrebbero spiegare perché mondi come la Terra non siano così comuni nell’universo.
Una giovane stella circondata da un disco di gas e polveri, dal quale possono formarsi nuovi pianeti. Secondo gli autori dello studio la possibilità che questi mondi abbiano le condizioni chimiche necessarie per lo sviluppo della vita dipende anche dai livelli di ossigeno presenti durante la formazione del nucleo. Crediti: Nasa- Jpl
Il lavoro di ricerca, i cui risultati sono stati pubblicati su Nature Astronomy lo scorso 9 febbraio, mostra che la possibilità per un pianeta di sviluppare una biosfera sarebbe legata ai livelli di ossigeno presenti durante la sua differenziazione, il processo che porta alla separazione tra nucleo, mantello e crosta, dai quali dipenderebbe la biodisponibilità di fosforo e azoto, due elementi fondamentali per la vita.
Il fosforo e l’azoto sono due elementi bioessenziali. Insieme a carbonio, idrogeno, ossigeno e zolfo formano il gruppo dei cosiddetti Chnops, i sei elementi che costituiscono da soli circa il 98 per cento della materia vivente sulla Terra. Il fosforo è indispensabile per la formazione di Dna e Rna, le macromolecole coinvolte nella trasmissione ed espressione delle informazioni genetiche, e per il metabolismo energetico dei sistemi viventi. L’azoto è un componente fondamentale delle proteine, molecole necessarie per la struttura e la funzione cellulare. Come anticipato, lo studio suggerisce che la biodisponibilità dei due elementi su un pianeta è determinata al momento della sua formazione.
Durante le prime fasi della loro evoluzione, i pianeti sono costituiti da materiale fuso. Durante la differenziazione, i metalli più pesanti, come ad esempio il ferro, sprofondano verso il centro formando il nucleo, mentre i metalli più leggeri formano il mantello e la crosta. La presenza di adeguate quantità di ossigeno durante questo processo è cruciale per il destino del fosforo e dell’azoto: se i livelli sono ottimali, fosforo e azoto saranno biodisponibili e utilizzabili. Viceversa, gli elementi saranno sequestrati nel nucleo o dispersi nello spazio, compromettendo la possibilità di sviluppare una biosfera.
Nella ricerca, Craig Walton, scienziato dell’Eth di Zurigo, e colleghi, hanno utilizzato modelli di formazione planetaria basati su dati sperimentali per simulare il frazionamento degli elementi tra nucleo e mantello e valutare così il ruolo dell’ossigeno. Le simulazioni hanno identificato due scenari principali: uno in cui è presente troppo ossigeno (ambiente ossidante) e uno in cui di ossigeno ce n’è troppo poco (ambiente riducente), entrambi sfavorevoli allo sviluppo di una biosfera.
Nel primo caso, spiegano i ricercatori, il fosforo rimane nel mantello – quindi sarebbe disponibile –, mentre l’azoto diventa volatile, sfugge nell’atmosfera e viene progressivamente perso nello spazio. Nel secondo caso, invece, il fosforo si lega al ferro e sprofonda nel nucleo, mentre l’azoto resta intrappolato nei minerali del mantello. In entrambi gli scenari, il pianeta resta privo di uno dei suoi ingredienti fondamentali.
Tra questi due estremi esiste però una finestra molto ristretta di condizioni intermedie: un intervallo di livelli di ossigeno che consente al fosforo e all’azoto di rimanere disponibili in quantità sufficienti nel mantello e nella crosta. “Zona Goldilocks chimica”, così l’hanno definita i ricercatori. Oltre a una zona abitabile “spaziale”, definita dalla distanza dalla stella, esisterebbe dunque anche una zona abitabile chimica, legata alle condizioni redox interne del pianeta al momento della sua nascita. Ed è esattamente in questa zona che si collocherebbe la Terra.
Grafico che mostra come la presenza potenziale di vita su un pianeta sia limitata dalla concentrazione di fosforo e azoto nel mantello. Crediti: Craig Walton et al., Nature Astronomy, 2026
«Durante la formazione del nucleo di un pianeta deve essere presente la quantità giusta di ossigeno affinché fosforo e azoto possano rimanere sulla superficie», osserva Walton. «I nostri modelli mostrano che la Terra si trova proprio all’interno di questo intervallo. Se avessimo avuto solo un po’ più o un po’ meno ossigeno, non ci sarebbe stato abbastanza fosforo o azoto per lo sviluppo della vita».
I modelli mostrano inoltre che pianeti come Marte si trovano al di fuori di questa zona di equilibrio chimico. Nel caso del Pianeta rosso, in particolare, il risultato è un mantello relativamente ricco di fosforo ma povero di azoto, una combinazione che rende molto più difficile l’emergere della vita come la conosciamo.
Anche fuori dal nostro quartiere cosmico le cose non cambiano. L’analisi di altri corpi celesti ha rivelato infatti quanto sia raro l’equilibrio chimico terrestre. In particolare, i cosiddetti mondi “iceani“, ricchi di idrogeno e fortemente riducenti, e i mondi “nocean“, pianeti poveri di idrogeno e altamente ossidati, presenterebbero anch’essi livelli limitanti di fosforo e azoto.
Lo studio suggerisce un cambio di prospettiva nella ricerca di mondi abitabili. Sebbene l’acqua liquida sia un fattore determinante, da sola non basta. Un pianeta può infatti trovarsi nella zona abitabile conservativa della propria stella e avere acqua in superficie, ma risultare comunque chimicamente inadatto alla vita fin dalla sua formazione, sottolineano i ricercatori. Poiché la capacità di sostenere una biosfera dipende indirettamente dai livelli di ossigeno presenti durante la nascita del pianeta, e dato che esiste un legame composizionale tra stella e pianeti – entrambi si formano infatti a partire dallo stesso materiale –, secondo gli scienziati la vera cartina al tornasole dell’abitabilità potrebbe essere la chimica stellare: analizzando la composizione di una stella sarebbe possibile infatti prevedere indirettamente la chimica interna dei suoi pianeti.
I sistemi planetari che differiscono in modo significativo dal nostro per composizione chimica non sono candidati promettenti per la ricerca della vita, concludono i ricercatori. Questo restringe il campo d’indagine e rende la caccia ai mondi abitabili molto più mirata: per aumentare le probabilità di successo, bisognerà concentrarsi su pianeti attorno a stelle che assomiglino al Sole non solo per massa e luminosità, ma anche per composizione chimica.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “The chemical habitability of Earth and rocky planets prescribed by core formation” di Craig R. Walton, Laura K. Rogers, Amy Bonsor, Rob Spaargaren, Oliver Shorttle e Maria Schönbächler