Tutti noi ricordiamo la storia dell’asilo “Riccioli d’oro e i tre orsi”. Ci divertiamo a raccontare ai nostri figli e nipoti di come il porridge di papà orso fosse troppo caldo, quello di mamma orsa troppo freddo, ma il porridge del piccolo orso era giusto. Non è sorprendente, quindi, che quando gli scienziati hanno iniziato a pensare al fatto che gli oceani della Terra dovevano rimanere liquidi per miliardi di anni affinché la vita potesse sopravvivere – la temperatura del pianeta non doveva essere né troppo calda né troppo fredda, ma giusta – lo hanno battezzato il primo “pianeta Goldilocks”: Come tutte le stelle del suo tipo, il nostro Sole è diventato gradualmente più luminoso nel corso dei 4,5 miliardi di anni dalla sua formazione. Quando gli oceani si sono formati sulla Terra, circa 4 miliardi di anni fa, il Sole era circa il 30% più fioco di adesso, quindi il pianeta doveva trattenere molta più energia solare in entrata per evitare il congelamento degli oceani. Con il passare del tempo e il Sole ha riversato più energia sulla Terra, anche la composizione dell’atmosfera del pianeta è cambiata, influenzando la temperatura attraverso l’effetto serra. Eppure, nonostante tutto questo, sembra che gli oceani siano rimasti appena qualche grado sopra il congelamento per tutta la storia della Terra. Né troppo freddo, né troppo caldo.

Per fare solo un esempio di cambiamento atmosferico, sappiamo che 3,5 miliardi di anni fa gli oceani della Terra ospitavano colonie fiorenti di cianobatteri, molto simili a ciò che chiamiamo schiuma verde dello stagno. A quel tempo, non c’era praticamente ossigeno libero nell’atmosfera, ma i batteri rilasciavano ossigeno come prodotto di scarto della fotosintesi (come fanno le piante ancora oggi). All’inizio, questo ossigeno veniva rimosso da reazioni chimiche, come l’arrugginimento del ferro nelle rocce superficiali, ma circa 2,5 miliardi di anni fa, la sua abbondanza cominciò ad aumentare in quello che alcuni scienziati chiamano il Grande Evento di Ossidazione. Presumibilmente, molti abitanti originari del pianeta che non potevano tollerare l’ossigeno si estinsero, annegati nei loro stessi prodotti di scarto. Altri, tuttavia, si adattarono e furono in grado di usare l’ossigeno per guidare il ciclo di respirazione che mantiene in vita te e ogni altro animale sul pianeta oggi.

Nel 1978, l’astrofisico Michael Hart, allora alla Trinity University in Texas, pubblicò un modello al computer che descriveva la storia dell’atmosfera della Terra. In questo modello, il debole calore del primo Sole era aiutato da un effetto serra prodotto da ammoniaca e metano nell’atmosfera (entrambi, come la più familiare anidride carbonica, CO2, sono gas serra). Man mano che il Sole diventava più luminoso, l’ossigeno prodotto dagli organismi viventi distruggeva questi composti, diminuendo l’effetto serra e compensando così l’aumento della radiazione del Sole. Alla fine, la nostra attuale atmosfera, con un effetto serra guidato da anidride carbonica e vapore acqueo, è emersa. In sostanza, la Terra camminava su una lama di coltello tra il diventare una serra in fuga da un lato e il congelamento solido dall’altro.

La parte più importante del calcolo di Hart dal nostro punto di vista, tuttavia, è venuta dall’esame di ciò che sarebbe successo se la Terra fosse stata ad una distanza dal Sole diversa da quella in cui si trova attualmente. Secondo il suo modello, se la Terra fosse stata l’uno per cento più lontana o il cinque per cento più vicina al Sole, il delicato equilibrio che ha permesso agli oceani di rimanere in forma liquida sarebbe stato perso. Così, considerazioni sull’evoluzione dell’atmosfera del nostro pianeta hanno portato all’idea che ci sia una fascia intorno a una stella in cui gli oceani di superficie possono rimanere liquidi per miliardi di anni. Questa fascia è chiamata zona abitabile circumstellare (CHZ) ed è diventata una delle idee centrali che guidano i pensieri degli scienziati sulla vita negli esopianeti.

Zone di abitabilità circolare e abitabilità

La prima cosa che possiamo dire sulle CHZ è che ogni stella ne avrà una. Ci sarà sempre una fascia intorno alla stella, in altre parole, dove il bilancio energetico potrebbe mantenere la temperatura di una superficie planetaria tra i punti di congelamento e di ebollizione dell’acqua. Per le stelle piccole e fioche, la fascia è stretta e vicina. Molti degli esopianeti conosciuti nella CHZ della loro stella, per esempio, sono più vicini a quella stella di quanto Mercurio sia al Sole. Allo stesso modo, la CHZ delle stelle grandi e luminose è più ampia e si trova più lontano. Inoltre, come notato sopra, la produzione di energia di una stella aumenta nel tempo, quindi la zona abitabile si sposta effettivamente verso l’esterno man mano che la stella invecchia. Il punto importante, comunque, è che poiché ogni stella ha una CHZ da qualche parte, ci aspettiamo che, solo per caso, alcuni pianeti si siano formati in quelle zone.

Dopo aver fatto questo punto, però, dobbiamo aggiungere che negli ultimi dieci o due anni, gli scienziati hanno capito che la CHZ deve essere considerata molto più attentamente di quanto un semplice calcolo dell’equilibrio di temperatura permetta. Come sottolinea l’astrofisica del MIT Sara Seager, un pianeta nella zona abitabile non ha alcuna garanzia di essere effettivamente abitabile. Ci sono, infatti, molti fattori che possono influenzare la possibilità di vita su mondi in una CHZ.

Con il progredire dell’esplorazione degli esopianeti, trovare un pianeta di tipo terrestre in una CHZ è diventato una specie di Santo Graal nella comunità astronomica. Ma oggi ci siamo resi conto che l’abitabilità di un pianeta non dipende solo dalla posizione della sua orbita. Per esempio, i ricercatori hanno esaminato mondi che non si trovavano nella CHZ delle loro stelle, non avevano oceani superficiali di acqua liquida, eppure erano possibili case per la vita e persino civiltà avanzate. Considerazioni come queste hanno portato gli scienziati ad avere una visione molto più ampia delle condizioni necessarie per la comparsa della vita.

Il tipo di stella coinvolta

Il tipo di stella attorno alla quale ruota un pianeta può avere conseguenze importanti per lo sviluppo della vita, anche per i pianeti in una CHZ. Le stelle piccole e fioche, per esempio, che sono chiamate nane rosse e costituiscono la maggior parte delle stelle della Via Lattea, attraversano spesso periodi di estrema attività. I brillamenti stellari e le espulsioni di massicce quantità di particelle cariche renderebbero la vita sulla superficie di qualsiasi pianeta molto difficile, sia che il pianeta si trovi nella CHZ o meno. In tali sistemi, è probabile che la vita dovrebbe rimanere sul fondo dell’oceano o sottoterra per sopravvivere. In tali situazioni, la CHZ diventa semplicemente irrilevante.

Gli scienziati stanno cominciando ad abbandonare l’idea che la vita debba evolversi e persistere sulla superficie dei pianeti. Molti argomenti attuali, per esempio, concludono che qualsiasi organismo vivente su Marte sarà trovato sotto la superficie. Inoltre, se la vita esiste in oceani subsuperficiali nel sistema solare esterno, come negli oceani di Europa ed Encelado, sarà, per definizione, sotto la superficie. Anche sulla Terra, sembra che ci possa essere una biomassa maggiore sotto la superficie planetaria che su di essa. Quindi, l’intenso ambiente di radiazioni associato alle piccole stelle non deve necessariamente precludere lo sviluppo della vita, anche se tale vita sarebbe probabilmente impossibile da rilevare direttamente con la nostra tecnologia attuale.

Le stelle più massicce, d’altra parte, forniscono un ambiente di radiazioni più benevolo, ma possono avere una vita relativamente breve. In alcuni casi, possono vivere fino a 30 milioni di anni. È improbabile che qualcosa, tranne la semplice vita microbica, possa evolversi su un pianeta in un periodo di tempo così breve. Inoltre, tali stelle terminano la loro vita in una massiccia esplosione chiamata supernova, che sicuramente distruggerebbe qualsiasi pianeta vicino. Quindi, anche se la vita riuscisse a svilupparsi nella CHZ di una stella di questo tipo, ogni traccia verrebbe spazzata via alla morte della stella.

È a causa di questi vincoli che i cacciatori di esopianeti hanno concentrato la loro attenzione sui pianeti nella CHZ di stelle di medie dimensioni come il Sole.

L’evoluzione dell’atmosfera

La seconda fonte di complessità nella discussione sull’abitabilità nasce dal fatto che le atmosfere planetarie non sono sistemi stabili e immutabili, ma si evolvono nel tempo. Il Grande Evento di Ossidazione della Terra è solo un esempio di questo tipo di processo.

Per pianeti piccoli come Marte, la fuga gravitazionale dell’atmosfera gioca un ruolo importante. Ecco come funziona: Le molecole che compongono l’atmosfera di un pianeta sono sempre in movimento, e più alta è la temperatura, più velocemente si muovono. Indipendentemente dalla temperatura, tuttavia, ci saranno sempre alcune molecole che si muovono più velocemente della media e altre che si muovono più lentamente. Se le molecole più veloci acquistano abbastanza velocità e si muovono in una direzione perpendicolare alla superficie del pianeta, possono vincere l’attrazione gravitazionale del pianeta e fuggire nello spazio.

Più grande è il pianeta, più forte è la sua forza gravitazionale e più facile è trattenere l’atmosfera. Sulla Terra, per esempio, una molecola dovrebbe muoversi a circa sette miglia al secondo (11 km/sec) per fuggire. È importante notare che è più difficile spingere le molecole pesanti ad alta velocità che quelle leggere. Questo significa che le molecole più leggere hanno più probabilità di quelle pesanti di essere perse a causa della fuga gravitazionale. La Terra, per esempio, ha perso una grande quantità del suo idrogeno ed elio originali – i membri più leggeri della sua atmosfera – mentre Marte ha perso gas ancora più pesanti come l’ossigeno e l’azoto.

Un meccanismo di perdita correlato chiamato fotodissociazione è particolarmente importante per le molecole di acqua. Se c’è acqua sulla superficie di un pianeta, ci sarà del vapore acqueo nell’atmosfera. La radiazione ultravioletta proveniente dalla stella del pianeta romperà le molecole d’acqua che si trovano nella parte superiore dell’atmosfera. L’idrogeno risultante, essendo leggero, sarà perso attraverso la fuga gravitazionale, e l’ossigeno si combinerà con gli atomi sulla superficie per creare vari minerali ossidati. Crediamo, per esempio, che questo sia il modo in cui Marte ha perso l’oceano che aveva all’inizio della sua storia, e che il colore rosso del pianeta sia il risultato dell’ossidazione (arrugginimento) del ferro nelle sue rocce superficiali.

Un altro importante tipo di cambiamento riguarda l’anidride carbonica, un importante gas serra (insieme al vapore acqueo) nell’atmosfera della Terra. Ogni volta che un vulcano si spegne sulla Terra, l’anidride carbonica viene rilasciata dalle profondità del mantello e pompata nell’atmosfera. In un processo complesso conosciuto come il ciclo profondo del carbonio, l’anidride carbonica viene portata nell’oceano e incorporata in materiali come il calcare, dopo di che può essere, tra le altre cose, riportata all’interno della Terra. Quindi, i processi geologici generali di un pianeta possono influenzare la quantità di anidride carbonica nella sua atmosfera, e questo, a sua volta, influenzerà la sua temperatura. Crediamo che qualsiasi oceano superficiale che esisteva su Venere all’inizio della sua storia sarebbe evaporato a causa dell’alta temperatura del pianeta, un risultato della sua vicinanza al Sole. Così, Venere non aveva modo di rimuovere l’anidride carbonica dalla sua atmosfera e, mancando un profondo ciclo del carbonio, il pianeta ha subito un accumulo di quel gas in quello che è noto come un effetto serra fuori controllo.

Questi esempi mostrano che i cambiamenti nell’atmosfera di un esopianeta – cambiamenti, dobbiamo sottolineare, che non possiamo osservare con l’attuale strumentazione telescopica – possono avere effetti profondi sulla sua abitabilità. Per fare solo un esempio, un pianeta che si trovasse nella CHZ della sua stella, ma che avesse pochissima acqua, potrebbe subire un effetto serra incontrollato e finire come Venere. Da lontano, sarebbe molto difficile sapere se questo sia successo o meno.

Intelligenza e Tecnologia

Il fatto che abbiamo una comprensione abbastanza buona di come e quando la vita si è sviluppata su un mondo Goldilocks (Terra) toglie un po’ di congetture dalle discussioni sullo sviluppo della vita su questo tipo di pianeti. Anche se la chimica della vita aliena non deve necessariamente basarsi sullo stesso sistema che opera nella vita sulla Terra, non è troppo azzardato supporre che le forme di vita su altri mondi “Goldilocks” dipendano similmente dalle complesse informazioni contenute in grandi molecole basate sul carbonio. Il carbonio può formare catene e anelli di atomi forti e stabili che sono ideali per essere usati come biomolecole portatrici di informazioni.

Inoltre, non dobbiamo assumere la galassia standard della fantascienza popolata da ominidi bipedi che parlano inglese per capire come la selezione naturale potrebbe operare su altri mondi Goldilocks. Possiamo guardare allo sviluppo dell’intelligenza e della tecnologia sulla Terra e trarre possibili analogie con simili pianeti Goldilocks nella galassia.

Il punto chiave della selezione naturale a cui dobbiamo prestare attenzione è questo: non è un processo che seleziona la gentilezza o il valore morale. Una vecchia barzelletta chiarisce questo punto:

Due escursionisti in montagna incontrano un orso bruno evidentemente affamato

. Uno degli escursionisti inizia a liberarsi del suo zaino.

L’altro dice: “Cosa stai facendo? Non puoi correre più veloce

di quell’orso.”

“Non devo correre più veloce dell’orso – devo solo correre

più veloce di te.”

Non fa differenza se il corridore più lento è un uomo gentile che aiuta le vecchie signore dall’altra parte della strada. Alla selezione naturale non interessa. L’unica cosa che conta è che il suo compagno sia più veloce. Quelli sono i geni che arriveranno alla generazione successiva.

Forme di vita sui mondi Goldilocks

Quindi cosa ci dice questo sui tipi di forme di vita che si svilupperanno sui mondi Goldilocks? Temiamo che la risposta non sia molto incoraggiante, perché il risultato più probabile è che probabilmente non saranno più gentili e gentili dell’Homo sapiens. Guardando la storia della nostra specie e la scomparsa di oltre 20 specie di ominidi che sono state scoperte nei registri fossili, non possiamo avere un atteggiamento speranzoso verso la possibilità di incontrare una specie tecnologica avanzata che sia più pacifica di noi. Chiunque troviamo là fuori molto probabilmente non sarà più morale o meno bellicoso di noi. Spaventoso!

Guardala in questo modo: Se comprimiamo la storia dell’universo in un solo anno, la Terra e il nostro sistema solare si sono formati intorno al Labor Day, e lo sviluppo della scienza occupa non più degli ultimi secondi. È estremamente improbabile che nessun altro essere avrebbe sviluppato la scienza nell’intero “anno” prima dell’apparizione dell’Homo sapiens. Le leggi della fisica e della chimica non sono oscure o nascoste – qualsiasi civiltà moderatamente intelligente può scoprirle. Almeno alcune di quelle civiltà “Goldilocks” avrebbero dovuto farlo. Qualche Isaac Newton extraterrestre da qualche parte deve aver dato il via al movimento verso una civiltà tecnologica avanzata. Il fatto più inquietante è che non possiamo trovare alcuna prova di una tale civiltà. Anche se non esiste una propulsione a curvatura più veloce della luce e non facciamo grandi progressi nella tecnologia, i calcoli suggeriscono che in 30 milioni di anni – meno di un giorno del nostro anno universale – la razza umana potrebbe diffondersi in tutta la galassia. Se noi possiamo farlo, allora potrebbe farlo qualsiasi altra civiltà avanzata come noi.

Dove sono queste altre civiltà? Questa domanda è un’espressione di quello che viene chiamato il paradosso di Fermi (dal nome di Enrico Fermi (1901-1954), uno dei principali fisici del XX secolo). Qualcuno una volta gli ha menzionato dei calcoli che suggeriscono che ci sono milioni di civiltà avanzate nella galassia. Fermi pensò per un momento e poi chiese: “Dove sono tutti?”. Perché, in altre parole, non sono già qui? Perché sperimentiamo quello che gli scienziati chiamano “il Grande Silenzio” per quanto riguarda gli extraterrestri?

Scienziati e scrittori di fantascienza, essendo le anime fantasiose che sono, hanno prodotto molte possibili spiegazioni. Ecco alcune delle più popolari:

• L’ipotesi dello zoo: Gli extraterrestri hanno dichiarato che la Terra è qualcosa come un’area naturale protetta.
• L’ipotesi di Star Trek: Gli extraterrestri hanno adottato una Prima Direttiva che impedisce loro di interferire con civiltà in via di sviluppo come la nostra.
• L’ipotesi del paradiso: Gli extraterrestri sono grassi e felici in un ambiente ideale e non hanno alcun interesse nell’esplorazione.
• L’ipotesi della sostituzione: La vita organica è stata sostituita da macchine intelligenti (un futuro spesso immaginato per la razza umana), e le macchine non hanno alcun interesse a contattare la vita organica.

Il problema, tuttavia, è che mentre possiamo immaginare ognuno di questi scenari che si svolgono in alcune civiltà extraterrestri, è davvero difficile considerare uno qualsiasi di essi come il risultato inevitabile dello sviluppo della vita.

Ci devono essere molti milioni di pianeti di dimensioni terrestri nelle CHZ delle loro stelle, una congettura supportata dal fatto che ne abbiamo già trovati un paio di dozzine nel nostro piccolo campione di poche migliaia di esopianeti. Che tutti loro adottino qualcosa come la Prima Direttiva di Star Trek, per esempio, è estremamente improbabile. Temiamo che la risposta più logica alla domanda sul perché non siamo a conoscenza dell’esistenza di civiltà extraterrestri avanzate sia che queste civiltà non ci sono. Per quanto possiamo vedere, l’unica spiegazione che dipende dalle leggi della natura è quella che dipende dal funzionamento della selezione naturale.

Questo ci porta ad una possibilità molto oscura sul destino della vita sui mondi Goldilocks. Data la tendenza della selezione naturale a produrre specie aggressive – specie come l’Homo sapiens – è possibile che l’intera storia dell’universo sia stata occupata dal processo di evoluzione che ha prodotto forme di vita intelligenti su un pianeta Goldilocks dopo l’altro, solo per quelle forme di vita che si sono eliminate una volta scoperta la scienza. In altre parole, ci può essere stato un gran numero di civiltà che hanno raggiunto il nostro livello là fuori, ma si sono tutte distrutte prima di poter colonizzare le stelle vicine. Questo scenario apocalittico è una spiegazione comune per il paradosso di Fermi.

È un pensiero agghiacciante.