«ET, dove sei?»: l’astrobiologia a caccia di altre forme di vita intelligenti e del Pianeta di riserva

«Se ha ragione Greta, dobbiamo cominciare a pensare su quale Pianeta potranno sistemarsi i nostri figli». Quando si parla di crisi climatica, lo si fa anche al bar. E quando si parla del futuro del Pianeta e di altre forme di vita nell’universo, il confine tra finzione e conoscenza scientifica spesso diventa assai labile. Che cosa devono cercare i “cacciatori di pianeti”? Dovranno analizzare gli spettri della luce dei pianeti, righe nere come in un codice a barre, rivelando quali componenti sono in essa presenti. Un “codice a barre” potrebbe indicare la presenza di metano, un altro, di ossigeno; vedere uno spettro le cui righe nere ci indicano la presenza di entrambi potrebbe indicare la presenza della vita. Se però la vita aliena è organizzata attorno a combinazioni di molecole diverse da quelle della vita sulla Terra, potremmo non riconoscere la voce di una vita aliena. Ed allora? Ai preoccupati interlocutori del bar come ai commensali anelanti a incontri del terzo tipo, anche nella notte di San Lorenzo possiamo già dire che non c’è una ‘Terra B’ né per noi né per i nostri nipoti. Diamoci da fare per l’unica che abbiamo!

L’articolo di GIANNI MATTIOLI E MASSIMO SCALIA, fisici matematici *

Quante civiltà possono comunicare con noi nella Via Lattea?
L’equazione di Drake si riferisce alla stima di quante civiltà in grado di radiocomunicare possano essere presenti nella Via Lattea, la nostra galassia: 

N = R*∙fp∙ne∙fl∙fi∙L 

dove:
N = numero di civiltà nella nostra galassia con le quali è possibile comunicare (cioè, che si trovano nel nostro attuale semi-cono di luce, negativo, del tempo); R* = tasso medio di formazione di una nuova stella nella nostra galassia;
fp = frazione di stelle che hanno almeno un pianeta;
ne = numero medio di pianeti potenzialmente in grado di supportare la vita, per stella che ha pianeti;
fl = frazione dei pianeti che al presente sviluppano la vita a un certo stadio;
fi = frazione dei pianeti nei quali la vita procede al presente verso lo sviluppo di una vita intelligente (civiltà);
fc = frazione di civiltà che sviluppano una tecnologia in grado di emettere nello spazio segnali rivelatori della loro esistenza;
L = intervallo di tempo durante il quale tali civiltà emettono nello spazio segnali rilevabili.

«OH, MA SE ha ragione Greta, dobbiamo cominciare a pensare su quale Pianeta potranno sistemarsi i nostri figli». Tra gli effetti collaterali della mobilitazione mondiale per il Global strike e di Fridays for future c’è anche un ritorno d’attualità, perfino al bar, di un tema che era assai più all’ordine del giorno una quarantina d’anni fa: quello dell’esplorazione planetaria per trovare una “Terra B”, inevitabilmente connesso all’altro: «Ci sono forme di vita intelligenti nell’universo?». A quest’ultimo la filmografia fantascientifica americana ha dedicato uno spazio assai ampio, culminato, dopo le guerre dei mondi e le invasioni degli ultracorpi negli anni della Guerra Fredda, nell’ottimismo galattico degli incontri ravvicinati del terzo tipo: «Sì, non siamo soli e gli ‘altri’ ci vogliono bene». Certo in tempi di cattivismo imperante, questa rosea visione cede il passo a quella di una terra devastata e invivibile, dove orde organizzate si contendono mortalmente il potere guidate da capi più o meno divergenti. 

E quando si parla del futuro del Pianeta e di altre forme di vita nell’universo, il confine tra finzione e conoscenza scientifica spesso diventa assai labile e le regioni limitrofe si sovrappongono e si confondono. Frank Herbert non era un ricercatore della Nasa ma, per ambientare la saga di Dune sul pianeta desertico di Arrakis, ricorse all’idea base di “capovolgere il cannocchiale” e studiò per anni, qui sulla Terra, le aree a risorse limitate; aveva a portata di mano le “Dune dell’Oregon”. Era il 1965 e di là dal successo della saga — il primo libro ha ricevuto riconoscimenti universali nell’ambito della Science Fiction, al sesto ci siamo arrivati in non molti — quest’idea, che per cercare forme di vita nell’universo sarebbe utile guardare alle forme di vita sulla Terra, magari là dove più problematica è la loro esistenza, è uno dei punti critici della vicenda scientifica dell’esobiologia, ribattezzata ormai da tempo “astrobiologia”. 

La questione del “brulicare di alieni” nell’universo ebbe un duro altolà da Enrico Fermi che, con la franchezza che talvolta caratterizzava lo scienziato — remember Ettore Maiorana —, avanzò nel 1950 quell’interrogativo, divenuto il “paradosso di Fermi”, che si può formulare così: «se nell’Universo esiste un gran numero di civiltà aliene, perché la loro presenza non si è mai manifestata?». Fermi era noto per la sua capacità di fare stime di ogni tipo — notoria quella che improntò con i suoi studenti su quanti accordatori di piano ci fossero a Chicago — tanto che con Fermi problem si designa il tentativo di fare stime quando con scarsissimi dati a disposizione si tenta di ottenere risultati ragionevoli se non attendibili; e la sua osservazione risultava paradossale solo nell’ipotesi di un numero N molto grande di civiltà aliene presenti nell’universo, ma nel caso in cui N fosse stato piccolo non ci sarebbe stato davvero da stupirsi. Dieci anni dopo, in vista del primo congresso scientifico sull’intelligenza extraterrestre (1961), Frank Drake tentò di dare una risposta al “paradosso di Fermi”, non tanto per fornire una stima precisa di N quanto nello spirito di accendere il dibattito proprio su un Fermi problem; e presentò l’equazione che porta il suo nome ed è oggetto di discussione ancora ai nostri giorni (Amir Alexander, “The Search for Extraterrestrial Intelligence: A Short History – Part 7: The Birth of the Drake Equation”, http://www. planetary.org/html/UPDATES/seti/history/History07.htm)  

La vera utilità dell’equazione consiste nell’essere una sorta di riassunto di tutti i parametri che vanno presi in considerazione per cercare di dare una risposta al problema, ponendo così su basi scientifiche la questione di una vita “altrove”; ma la difficoltà di stimare parametri come fl, fi, fc, L (vedi qui scheda accanto) a causa del loro amplissimo intervallo di variabilità porta a risultati drasticamente diversi, tanto che, anche combinando i dati più recenti, si passa da N ≈ 10-10 (“siamo soli nella galassia”) per i valori più bassi dei parametri dell’equazione, a N ≈ 20.000.000 per i valori più alti. 

Tra le varie critiche avanzate nei confronti dell’equazione, non tanto per la sua formulazione quanto per una sua sostanziale inutilità a dare risposte, c’era quella, più radicale, dell’“aver capovolto il cannocchiale” cercando solo civiltà intelligenti in grado di radio-comunicare, eminentemente “umanoidi”, e non forme di vita più generali non necessariamente impostate sulla chimica del Carbonio. 

Nel frattempo, varie missioni spaziali arricchivano l’elenco dei possibili candidati. La missione del telescopio spaziale Keplero di cercare pianeti simili alla Terra orbitanti attorno a altre stelle della nostra Galassia, iniziata nel 2009, è stata dichiarata conclusa dalla Nasa il 30 ottobre 2018. Imponente la raccolta di dati d’interesse astronomico, anche più generale, nonostante i fermi e le modifiche di programma dovuti all’intensità di “rumore” dello spazio, maggiore di quella prevista, e a vari incidenti agli organi di rotazione del telescopio. Per quanto riguarda la “caccia ai pianeti”, poiché la maggior parte degli esopianeti rilevati da altri progetti erano pianeti giganti, della dimensione di Giove o più grandi, Keplero era stato progettato per cercare pianeti con una massa dalle 30 alle 600 volte inferiore a quella di Giove — la Terra è circa 300 volte più piccola di Giove — presenti o vicini alla “habitable zone”; i “Goldilocks planets”, quelli “giusti” per la vita, come li aveva battezzati Hazel Muir (New Scientist, 25 apr. 2007). Associati alle 530.506 stelle osservate, Keplero ha scoperto 2662 pianeti rocciosi di dimensioni simili a quelle della Terra. 

Neanche 3000 i pianeti che soddisfano soltanto uno dei requisiti ragionevoli per essere possibili ospiti della vita? Le stelle osservate da Keplero sono un piccolissimo numero rispetto ai più di 100 miliardi di stelle stimate nella nostra Via Lattea alle quali corrisponde un numero di pianeti non dissimile, visto che per fp nell’equazione di Drake si assume un valore compreso tra 0,2 e 0,5. E Christopher Conselice, insieme ad altri ricercatori, elabora un modello per il nostro universo che comporta un numero di galassie pari a 2 trilioni, cioè 2000 miliardi di galassie (arXiv, 9 Oct. 2016)! Il numero di stelle presenti in quest’orgia di galassie si stima, alla stregua della stima per la Via Lattea, in 1024, cioè trilioni di trilioni; un ordine di grandezza che vale anche per i pianeti, attesa l’osservazione già fatta per fp. Vien da dire, come titolavano argutamente degli astronomi un loro lavoro: «ET, dove sei?». Ma numeri da capogiro non devono sorprendere o far affrettare alla conclusione perché la Natura li sforna a ogni livello, come può evidenziare il “paragone” tra corpo umano e universo: il nostro corpo, l’universo, è costituito in media da 37 trilioni di cellule, le galassie; le molecole in una cellula sono, in media, più di 1 trilione, stesso ordine di grandezza delle stelle in una galassia; e gli atomi, i pianeti, sono stimati complessivamente in 7∙10. 

E, in effetti, di fronte alla scoperta di migliaia di esopianeti, quelli confermati sperimentalmente, il punto di vista cambia e Sara Seager, un’astrofisica che insegna al Mit e ha prodotto una versione modificata dell’equazione di Drake, dopo aver preso atto della rivoluzione intercorsa riguardo a quel che ci potrebbe essere “fuori da qui”, pone una questione cruciale non collegata solo alla vita intelligente: «Siamo in grado, nel prossimo futuro, di scoprire segni di ogni tipo di vita?» (“The Drake Equation Revisited: Interview with Planet Hunter Sara Seager”, Astrobiology Magazine, 4 Sept 2013). 

Già, ma con quali strumenti e quali problemi? Per la Nasa, il Wide-Field Infrared Survey Telescope (Wfirst), lancio previsto a metà del 2020, potrebbe quasi “spegnere” la luce riflessa di un pianeta lontano in modo da poter rilevare le tracce di ossigeno, vapore acqueo o altra potente indicazione di vita possibile, ma se non si è fortunati — un pianeta così è un po’ come cercare un granello nella sabbia del campo stellare — ci vorrà un telescopio ancora più potente, cioè di maggior risoluzione angolare. Wfirst, il costo del cui ciclo di vita è previsto in 3,2 miliardi di dollari, è stato proposto per la cancellazione dall’Amministrazione Trump, ma il Congresso ha respinto la cancellazione con la motivazione generale che il progetto rientra nelle “priorità scientifiche raccomandate dal processo d’indagine decennale dell’Accademia Nazionale delle Scienze”. Wfirst è diventato oggetto di una collaborazione internazionale tra diverse agenzie spaziali, l’europea Esa inclusa, ma la convinzione che lanciare un gigantesco specchio singolo nello spazio non sia la soluzione più adeguata ha partorito da tempo il progetto del James Webb Space Telescope (Jwst), in omaggio al capo della Nasa James Webb protagonista del programma Apollo (1961-1968): una composizione di moduli speculari da “imballare” strettamente nei vettori di lancio perché si dispieghi nello spazio in un colossale arrangiamento a forma di nido d’ape — lo specchio primario è composto da 18 elementi di forma esagonale — nel “punto di Lagrange L2” a un milione e mezzo di km dalla Terra. Il progetto ha subito vari ritardi e l’ultima data prevista per il lancio del più grande telescopio spaziale mai realizzato — oltre vent’anni d’incubazione e un costo di 10 miliardi di dollari — è stata aggiornata al marzo del 2021 [il lancio effettivo è avvenuto il 25 dicembre 2021 1:20 PM CET, ndr]. 

Jwst osserverà gli eventi più distanti nell’universo, al di fuori della portata di tutti gli altri telescopi spaziali. Il telescopio Hubble ha permesso di costruire, durante le sue 400 rotazioni attorno alla Terra, la più profonda immagine dell’universo mai raccolta nello spettro della luce visibile, il cosiddetto “campo ultra profondo di Hubble” (Hubble Ultra Deep Field) — a Sud-Ovest della costellazione di Orione, nella costellazione della Fornace — e ha fatto guardare indietro nel tempo per 13 miliardi di anni. Jwst, il cui specchio primario ha un diametro quasi triplo di quello di Hubble, permetterà di andare ancora più indietro perché è in grado di osservare gli oggetti ad alto red shift, come le galassie formatesi subito dopo il Big Bang; e fornirà anche le immagini di nuovi esopianeti. 

Che cosa devono cercare i “cacciatori di pianeti”? Dovranno analizzare gli spettri della luce dei pianeti — pensiamo alla luce bianca che viene decomposta dal prisma nello spettro di colori dal rosso al violetto — perché l’assenza di componenti dallo spettro, righe nere come in un codice a barre, indica un assorbimento da parte dei gas dell’atmosfera “aliena”, ove esista, rivelando quali componenti sono in essa presenti. Un “codice a barre” potrebbe indicare la presenza di metano, un altro, di ossigeno; vedere uno spettro le cui righe nere ci indicano la presenza di entrambi potrebbe essere un argomento forte per la presenza della vita. Oppure potremmo leggere un codice a barre che mostra la combustione di idrocarburi; e, anche senza ascoltare le loro radio-comunicazioni, la tecnologia degli alieni ci sarebbe nota per il suo inquinamento! Se però la vita aliena è organizzata attorno a combinazioni di molecole diverse da quelle della vita sulla Terra, potremmo non riconoscere in quel miscuglio di gas la voce che grida la presenza di una vita aliena. 

Quasi spaventata da questa possibilità, Sara Seager, stanca di “capovolgere il cannocchiale”, ha deciso di costruire un elenco di combinazioni chimiche che potrebbero segnalare la presenza di forme di vita diverse da quella umana e, con i suoi colleghi di biochimica, ha trascorso un paio di anni a dare in pasto al computer perché li combinasse, come fossero le lettere dell’alfabeto, i sei elementi principali associati alla vita sulla Terra: carbonio, azoto, idrogeno, ossigeno, fosforo e zolfo. Già, ma quali di queste combinazioni sono le “parole” della vita? Stabilire a quali combinazioni possano corrispondere ricette biologicamente utili è un lavoro in corso. 

Alla fine di questa carrellata anche il lettore distratto si sarà reso conto che la ricerca sulla quale si sta investendo di più in termini di risorse finanziarie, strumentali e umane è assai più centrata sulla costruzione dell’immagine dell’universo, sulla sua formazione e sulle prove sperimentali fondate sulla teoria del Big Bang che non sulla caccia ai pianeti per rintracciarne possibili forme di vita o una loro “abitabilità”. Le costosissime ipotesi di “colonizzazione” all’interno del sistema solare, eminentemente centrate su Marte, hanno davanti a sé vari decenni e il crollo dei costi che storicamente caratterizza l’affermarsi delle successive versioni di una tecnologia alle soglie della fattibilità economica, non è nemmeno pensabile. Viaggi spaziali per ricconi nell’atmosfera terrestre è quel che riserva il futuro più o meno prossimo. Quanto a quelli fuori del sistema solare saranno per lungo tempo fuori portata; basterà ricordare che Proxima Centauri, la stella più vicina alla Terra dopo il Sole, si trova a 4,27 anni luce di distanza e la possibilità di raggiungere quel sistema rimanda a “Star Trek”. 

Allontanandoci dalle sabbie mobili di Dune, ai preoccupati interlocutori del bar come ai commensali anelanti a incontri del terzo tipo, possiamo tranquillamente dire che non c’è una ‘Terra B’ né per noi né per i nostri nipoti. Diamoci da fare e con molta lena per l’unica che abbiamo! 

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Gianni Mattioli ha insegnato Fisica delle particelle ad alta energia all’Università La Sapienza di Roma. Nel 1978 è stato tra i fondatori del Comitato per il controllo delle scelte energetiche e del successivo Movimento antinucleare italiano. Nel 1981 fondò la rivista “Quale Energia”, di cui è stato direttore per sei anni. Parlamentare delle Liste Verdi e della Federazione dei Verdi per quattro legislature dal 1987 al 2001, ha ricoperto importanti ruoli di governo: ministro delle Politiche comunitarie nel Governo Amato (2000-2001) e sottosegretario di Stato al ministero dei Lavori Pubblici nel Governo Prodi (1996-1998)

(*) Questo articolo è stato pubblicato la prima volta sul numero aprile-maggio di “Quale Energia” del 2019, che qui ringraziamo.