L’equazione di Seager, le “firme biologiche” e le nane rosse

Piuttosto che cercare segnali ottici o radio che indichino una cultura extraterrestre, alcuni scienziati si sono chiesti se una civiltà abbastanza avanzata potrebbe aver lasciato prove della propria esistenza sotto forma di enormi progetti ingegneristici, scavi minerari su asteroidi o sventrando interi pianeti per costruire sfere di Dyson. O forse le stelle chiamate “Blue Straggler” sono la prova di una cultura che sta armeggiando con il proprio sole. 

Mi piace pensare che un giorno, grazie alla rapida crescita del nostro database astronomico, potremmo trovare la prova non di culture ancora esistenti, ma di culture da lungo tempo estinte, le cui opere di mega ingegneria potrebbero porsi quale prova enigmatica dell’esistenza di esseri intelligenti periti prima della nascita del nostro Sole. Dopo tutto non sappiamo quanto possano vivere le civiltà tecnologiche e non c’è ragione di pensare che siano immortali.

 Tutto ciò si riflette su questo articolo perché uno degli elementi chiave dell’equazione di Drake è il termine L, il quale indica la durata della vita di una civiltà tecnologica. È un aspetto di cui non abbiamo semplicemente alcuna conoscenza, salvo dire che, fino ad oggi, la nostra cultura si è organizzata per sopravvivere con la tecnologia. A un certo punto le civiltà inevitabilmente distruggono se stesse a causa del cattivo uso dei loro stessi strumenti? È questo il “Grande Filtro” che una cultura deve attraversare per raggiungere la maturità?

Sarà il tema di uno dei prossimi articoli di questo ciclo dedicato al nuovo SETI. Si tratta di un lavoro di Paul Gilster di eccezionale qualità, che speriamo di liberare dalle grinfie delle leggi sul copyright. Nel frattempo, riportiamo nell’articolo seguente le nuove, suggestive proposte avanzate da Sara Seager e Lee Grenfeel per l’utilizzo di procedure e strumenti atti a riconoscere la semplice presenza di vita analizzando l’atmosfera di un pianeta.

Sara Seager
Sara Seager

Una alternativa a Drake

 

Possiamo riflettere su questi argomenti mentre le diverse forme di SETI proseguono il loro corso, ma dovremmo ricordare che la caccia alle tracce biologiche, non necessariamente tecnologiche, è continua. Al MIT, Sara Seager offre un nuovo approccio all’equazione di Drake scegliendo non di cercare la vita intelligente, bensì la presenza della vita stessa

È una decisione brillante perché stiamo entrando in un’epoca in cui saremo in grado di esaminare l’atmosfera di pianeti potenzialmente abitabili orbitanti intorno alle piccole stelle nane di classe M. Non solo è in orbita il telescopio spaziale TESS (Transiting Exoplanets Survey Statellite) ma noi avremo (non prima del 2018 ndt) anche il JWST (James Webb Space Telescope) e, entro l’anno, l’europeo GAIA. Se TESS o GAIA possono trovare pianeti candidati attorno alle stelle, JWST può studiarli per scoprire se le firme biologiche dei gas che segnalano la presenza di vita sono presenti.

 L’equazione di Seager rappresenta un taglio netto rispetto a quella di Drake. La trascrivo direttamente da questa intervista su Astrobiology Magazine, alla quale può far riferimento chi vuole approfondire:

 

 N = N* FQ FHZ FO FL FS dove:

 

N = numero dei pianeti con riconoscibili segni di vita

N* = il numero delle stelle osservate

FQ = la frazione di stelle in stato di quiete

FHZ = la frazione di stelle con pianeti rocciosi nella zona di abitabilità

FO = la frazione di quei pianeti che può essere osservata

FL = la frazione di quei pianeti dove risiede la vita

FS = la frazione di quei pianeti in cui la vita produce una firma riconoscibile in un gas

 

Se la confrontiamo con il famoso approccio di Drake risulta subito evidente ciò che è rimasto fuori. Ecco la formula originale :

N = R* fp ne fl fi fc L   dove

 

N = il numero delle civiltà in grado di comunicare

R* = il tasso di formazione delle stelle adatte (stelle tipo il nostro Sole)

fp = la frazione di quelle stelle che possiede pianeti (esistono prove che i sistemi planetari siano comuni tra le stelle tipo Sole)

ne = il numero dei mondi tipo Terra per ciascun sistema planetario

fl = la frazione di questi pianeti tipo Terra dove la vita si è effettivamente sviluppata.

fi = la frazione dei pianeti dove si è sviluppata anche l’intelligenza.

Fc = la frazione dei pianeti in grado di comunicare utilizzando onde elettromagnetiche

L = la durata delle civiltà in grado di comunicare.

 

Si vede facilmente che l’approccio di Seager mette a fuoco solamente i gas in grado di  concorrere a produrre una firma biologica, che noi siamo in grado di studiare con successo perché l’atmosfera di un pianeta che sta transitando davanti alla sua stella assorbirà una parte della luce stellare. Stiamo dunque cercando fotoni di luce stellare che brillano attraverso l’atmosfera di un pianeta, e stiamo cercando stelle in un tale stato di quiete che la loro attività non riesce a mascherare i dati che abbiamo bisogno di raccogliere dai pianeti in transito.

 

Alcuni aspetti dell’equazione Seager possono essere calcolati: la frazione delle stelle nane di classe M con pianeti nella zona abitabile, basata sulle statistiche della sonda Kepler, è grosso modo pari allo 0,15 per le stelle in stato di quiete. Altri termini sono, come la stessa Seager ammette, soltanto ipotesi, incluse la frazione in cui c’è presenza di vita e la frazione che produce una firma riconoscibile in un gas.

Ci sarebbe molto da dire sulle firme biologiche stesse. Sulla Terra, ossigeno, ozono, metano, e anidride carbonica sono prodotti biologicamente, ma potrebbero crearsi per via naturale anche nell’atmosfera di un pianeta privo di vita. Cosi non è tanto un singolo gas ma una combinazione di più gas che ci può dare il quadro completo. Una firma biologica sarebbe la presenza simultanea di questi gas in quantità tali da indicarci che la vita deve essere una componente di ciò che continua a produrli. L’ultima variabile di Seager – la frazione di quei pianeti in cui la vita produce una firma riconoscibile in un gas – è ingegnosa perché ci porta direttamente alle questioni fondamentali che dovranno essere risolte se vogliamo allargare la caccia alla vita.

 

Dice Seager :

 Ho elaborato con cura l’ultimo termine della mia equazione in modo da potervi aggiungere più informazioni. La vita produce davvero un firma rilevabile? Esistono degli effetti sistematici che impediscono di rilevare gas riconducibili a firme biologiche su qualche pianeta? Forse non li abbiamo trovati per motivi tecnici? In effetti non sappiamo proprio quanti pianeti ospitano una vita che produce gas recanti firme biologiche intercettabili da noi.

 

Niente di tutto questo vuole sminuire l’attuale sforzo di quelli del SETI che invece procedono con le loro ricerche e la formula di Drake saldamente in testa. Ma la nuova equazione di Seager è veramente una aggiunta preziosa nella dotazione dello scopritore di pianeti. Dopo tutto noi non abbiamo idea di se e quando il SETI riuscirà a raccogliere prove dell’esistenza di una civiltà extraterrestre. Ma nella visione di Seager c’è almeno la lontana possibilità che riusciremo a scoprire una firma biologica entro i prossimi dieci anni. Dedurre la presenza di qualche traccia di vita su un mondo distante non sarà come avere la password per consultare l’Enciclopedia Galattica, ma se non altro ci permetterà di affermare che la vita non è confinata solo sul nostro mondo.

 È sorprendente pensare che la prima scoperta di vita extraterrestre possa arrivarci come luce riflessa da un esopianeta lontano piuttosto che da un corpo celeste del Sistema Solare! Eppure pensiamoci: Seager sta parlando della possibilità di avvistare una firma biologica entro dieci anni da oggi. Quanto è probabile che si riesca ad avere così presto prove inconfutabili di vita su Marte, Europa o un qualsiasi altro corpo celeste vicino?

 

 L’interesse di Seager si concentra sulla scoperta di ogni tipo di vita, non solo di culture tecnologiche capaci di comunicare, e il suo lavoro è rivolto in particolare alle stelle nane di classe M, il tipo di stelle sulle quali è più probabile riuscire a svolgere le ricerche necessarie in tempi brevi. I marcatori biologici che stiamo cercando verranno presumibilmente esaminati per la prima volta dal JWST, che analizzerà la luce proveniente da una stella rossa nana nel momento il cui il suo disco viene attraversato da uno dei pianeti del suo sistema. I cambi nell’emissione della luce ci diranno molto su quali tipi di gas si trovano nell’atmosfera del pianeta.

 Al congresso Europeo per le Scienze Planetarie all’University College di Londra anche Lee Grenfell (DLR Institute of Planetary Research, Berlino) ha parlato di marcatori biologici. Ossigeno, ozono, metano, protossido di azoto, quando rilevati simultaneamente, potrebbero corrispondere a segni di vita, e l’interesse di Grenfell sta in come rilevarli. Come Seager, anche lui è interessato alle stelle nane di classe M. La sua squadra ha sviluppato modelli computerizzati per simulare la differente disponibilità di gas biomarcatori e per studiare come potrebbero influenzare la luce stellare che filtra attraverso l’atmosfera del pianeta. La scelta delle stelle nane di classe M è stata ovvia.

 

Dice Grenfell:

 “nelle nostre simulazioni, abbiamo costruito il modello di un esopianeta simile alla Terra e lo abbiamo piazzato in varie orbite intorno alle stelle calcolando come i segnali corrispondenti ai marcatori biologici rispondevano in differenti condizioni. Ci siamo concentrati sulle stelle nane rosse che sono più piccole e più deboli del nostro sole in quanto ci aspettiamo che questi segnali provenienti dai pianeti che orbitano attorno a tali stelle si dimostrino più facili da rilevare”.

 

Grenfell e suoi colleghi hanno chiarito l’effetto della radiazione ultravioletta proveniente dalla stella sui gas che creano la marcatura biologica. Una debole radiazione ultravioletta porta a una riduzione della produzione di ozono, rendendo la sua rilevazione problematica perfino con gli strumenti di nuova generazione come il EELT (European Extremly Large Telescope). Troppi ultravioletti sono pure un problema perché causano un aumento di calore nella media atmosfera che distrugge la traccia biologica. Il rilevamento di ozono in questi modelli si basa su un valore UV intermedio.

 Siamo ai primordi nello studio dei marcatori biologici, ma vale la pena di menzionare che abbiamo già usato la missione EPOXI (l’estensione della missione Deep Impact) per studiare la Terra da una distanza di milioni di chilometri e la sonda Galileo che ha cercato le tracce biologiche del nostro pianeta quando passò vicino alla Terra nel 1990 per sfruttare la fionda gravitazionale e dirigersi verso Giove. (Pale Blue Dot, il libro di Carl Sagan del 1994, offre una splendida descrizione di come sia complicato ricavare tali informazioni, e di cosa ci possano rivelare). Studi come questi sono come “esercizi di riscaldamento” indispensabili in vista delle future ricerche intorno alle stelle lontane.

 Si potrebbe dire che in questi casi e nel lavoro di Grenfell il limite consiste nel modello di esopianeta, che si basa esplicitamente sulla Terra, ma noi cominciamo con la Terra perché ovviamente è il pianeta che conosciamo meglio e il più adatto a essere studiato esaustivamente con questi metodi. Imparare a cercare i marcatori biologici sul nostro pianeta ci aiuterà a sviluppare gli strumenti da applicare ad ambienti più esotici come quello di un sistema planetario intorno a un nana rossa di classe M. Dobbiamo anche distinguere tra segnali che hanno origine biologica e quelli creati da processi naturali.

 Sara Seager pensa che ci sia almeno una piccola possibilità che riusciremo a fare un tale rilevamento entro i prossimi dieci anni usando il JWST, ma anche se si tratta di una lettura ottimistica, gli strumenti in grado di realizzare il rilevamento di marcatori biologici entro alcuni decenni sono ormai quasi pronti. Se questo dovesse succedere, quello che molti di noi presumono – che la vita si formi senza difficoltà nell’universo – comincerà a sembrare più verosimile. La questione ben più vasta di una vita intelligente in grado di costruire una cultura tecnologica richiederà probabilmente molto più tempo, a meno che SETI non sia di colpo in grado di rispondere a entrambe le questioni, con l’improvvisa ricezione di un singolo segnale che mandi in frantumi ogni paradigma.

*Traduzione Roberto Flaibani

Bibliografia

“Astrobiology, Enter the Seager Equation” e ” Finding biomarkers on M-dwarf planets”,  Paul Gilster  Centauri Dreams  11 e 12/09/2013

Commenti: 3 (Discussione conclusa)
  • #1

    N3tSpliT (domenica, 08 dicembre 2013 23:55)

    finalmente un bel articolo

  • #2

    65C02 (mercoledì, 11 dicembre 2013 13:36)

    Cercate di accalappiare per un intervista lo scrittore di questo ebook
    parte1: http://vimeo.com/16807237
    parte2: http://vimeo.com/16808354
    parte3: http://vimeo.com/16805543

    il paradosso di Fermi capito con la statistica. Penso sia il direttore del SETI italia, al limite la formula di Drake (considerando tutti i fattori che concorrono alla nasciata della vita intelligente) assume una distribuzione log-normale!. La prima cultura intelligente potrebbe essere a 200AL e gli indizi del paleocontattone potrebbero indicare proprio questo. Per altro sarebbe interessante chiedergli che cosa ne pensa dell'approccio paleoufologico, dato che il ciclo sotiaco conferma le date di stima del paleocontatto 6000ac<p<4100ac. Ed il discorso sarebbe lungo perche' si potrebbe ragionare di anomalie radio nella nube di Oort, fascia di Kuiper e fascia di asteroidi (qualora siano state detectate dal SETI o meno in questi 50 anni di attivita') e sul fatto che le navi aliene hanno difese attive contro il vento siderale che probabilmente deflettono od assorbono le micronde e quindi i fasci di radar nonche' dei radiotelescopi.
    ;-)

  • #3

    Maurone (mercoledì, 11 dicembre 2013 20:25)

    In italiano si scrive così: "Finalmente un bell'articolo"!