Categorie: Sistemi extrasolari
Tags: vita extraterrestre zona abitabile
Scritto da: Vincenzo Zappalà
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Un sole tiepido per due miliardi di anni… e poi? **
Sapete tutti che per ogni stella è possibile calcolare la cosiddetta “zona abitabile”, ossia quella fascia posta a una distanza dall’astro tale che le condizioni permettano di sostenere una vita biologica simile alla nostra. Detto in parole povere, è la zona in cui l’acqua si manterrebbe allo stato liquido. Tuttavia, il calcolo è molto più complicato e deve tener conto delle abbondanze di molti composti chimici e del tipo di atmosfera e della copertura nuvolosa. In qualche modo c’entrano anche la ormai celeberrima anidride carbonica e l’effetto serra, ma in un modo molto più serio e scientifico di quanto non venga riportato dai media in relazione al global warming. Non per niente la famosa dipendenza temperatura-CO2 è naufragata completamente e chi l’aveva assicurata non sa più a cosa aggrapparsi. Ne parleremo certamente, dato che siamo vicini a una svolta storica riguardo alla litania del riscaldamento globale.
Tuttavia, la zona abitabile, pur se calcolata con grande precisione, ha un ulteriore problema da fronteggiare: la variabilità della stella. Ammettendo pure che sia di buona famiglia, ossia stia sulla sequenza principale senza strane manifestazioni impreviste, la stella ha uno stile di vita non perfettamente costante. Durante la fase “tranquilla”, che lei spende dall’entrata nella sequenza principale fino alla sua uscita, subisce un leggero ma continuo aumento di luminosità. Ne consegue che anche la zona abitabile si “muove” rispetto alla stella e un pianeta che era nato al suo interno potrebbe tranquillamente uscirne fuori o viceversa. Ovviamente, il movimento della zona abitabile avviene nella direzione che punta verso l’esterno del sistema stellare, dato che l’astro riscalda sempre di più.
Diventa, allora, estremamente importante calcolare questo movimento per i vari tipi di stella e il tempo in cui un certo pianeta rimane all’interno della zona abitabile. Si usano vari modelli per descrivere la variazione della zona abitabile, ma i risultati sono piuttosto ben definiti.
Riassumendo, conosciuta la stella si calcola la sua zona abitabile e la sua variazione rispetto al tempo. Per ogni pianeta al suo interno si può ricavare la “speranza di vita”, ossia il tempo in cui sarà in condizioni di sostenere una vita come la nostra.
Ovviamente, il primo pianeta a cui applicare questo modello dinamico è la Terra, dato che abbiamo un interesse molto particolare riguardo alla sua “speranza di vita”. Chiamiamo più tecnicamente questa speranza di vita col nome di “durata della ZA (zona abitabile)”. Per il nostro pianeta risulta compresa (a secondo del modello usato) tra i 6.3 e i 7.8 miliardi di anni. Poi la Terra vedrebbe i suoi oceani evaporare e probabilmente solo primitive forme di vita potrebbero sopravvivere. A questo riguardo vale la pena fare una piccola constatazione: all’inizio della vita terrestre dominavano gli organismi più semplici e lo stesso succederà quando sarà prossima alla fine. La vita complessa e sofisticata occupa, perciò, una piccolo periodo di tempo. E’ come se si costruisse lentamente una montagna con tanti piccole pietre e poi si disfacesse altrettanto lentamente. La montagna alla sua massima altezza durerebbe ben poco.
Torniamo ai nostri calcoli. Con i numeri a disposizione possiamo fare una semplice differenza. Il Sole è nato circa 4.5 miliardi di anni fa e la Terra era all’interno della ZA. Ne segue che per conoscere il tempo che ci resta da vivere basta fare 6.3 (o 7.8) meno 4.5. Otteniamo un periodo compreso tra 1.8 e 3.3 miliardi di anni. Marte è molto più “fortunato”, dato che resterà all’interno della zona abitabile fino all’uscita definitiva del Sole dalla Sequenza Principale (oggi è leggermente al di fuori della ZA). Converrà trasferirsi su di lui? No, direi proprio di no, dato che le condizioni attuali sono ben diverse da quelle che vorremmo avere e certamente non miglioreranno di molto. Troppo piccolo e per troppo tempo è stato fuori dalla ZA. Meglio cercare altrove.
Disegniamo, allora la Fig. 1, dove sulle ascisse vi è la distanza dalla stella e in ordinata la sua massa. Le linee quasi verticali rappresentano i confini della zona abitabile per tre diversi modelli. In essa sono stati inseriti i tre pianeti del Sistema Solare e i sette esopianeti, finora confermati come di tipo terrestre all’interno delle ZA. Questa figura si riferisce al momento in cui la stella entra nella sequenza principale.
La Fig. 2 si riferisce agli stessi pianeti, ma al momento dell’uscita delle stelle dalla sequenza principale. I pianeti non si muovono, ovviamente, ma lo fanno le linee che delimitano la ZA.
Attenzione: non fatevi ingannare dal confronto delle due figure. Sembrerebbe che lo spostamento maggiore sia relativo alle stelle più piccole. Ciò è geometricamente vero, ma dobbiamo pensare che il tempo necessario per passare dalla Fig. 1 alla Fig. 2 è anch’esso funzione della massa stellare. Per le stelle piccole supera le decine di miliardi di anni, per le più grandi è decisamente minore. Infatti, come già detto, le due figure non si riferiscono a tempi assoluti, ma ai momenti di entrata e uscita dalla sequenza principale che non sono certo costanti per stelle di massa diversa.
Facendo i calcoli. Si trova che Kepler 22b ha un tempo di vita nella ZA abbastanza ristretto: da 4.3 a 6.1 miliardi di anni. Forse troppo breve per essere stata in grado o essere in grado di costruirsi una vita veramente complessa. Molto meglio vanno le cose per HD 40307g, una super-terra che ha una speranza di vita compresa tra 8.6 e 14.2 miliardi di anni. Ancora migliori sono le condizioni di Gliese 581d che rimarrà nella sua ZA per almeno 42.4 miliardi di anni. Nella Fig. 3 sono riportati, invece, i 27 candidati scoperti da Kepler (ma ancora non pienamente confermati) al momento dell’entrata della loro stella nella sequenza principale. Essi hanno tempi di vita compresi tra 0.5 e 18.8 miliardi di anni.
Come già detto, più la stessa è piccola e più la sua vita è lunga e quindi anche la durata di vita permessa ai suoi pianeti. Insomma, la nostra Rosetta (per i nuovi arrivati, intendo una nana rossa) dà maggiori garanzie, per certi versi, allo sviluppo di una vita oltremodo lunga e complessa.
Siamo sicuri, però, che molti altri pianeti terrestri faranno il loro ingresso e ci permetteranno di scegliere il posto migliore dove migrare (sempre che si ottenga, un giorno, la tecnologia adatta). A questo punto fatemi fare un’altra piccola considerazione. Uno dei problemi più grandi dell’uomo odierno è proprio la migrazione. Un obbligo per molti e un fastidio per gli altri. Cosa diremo quando tutta l’umanità dovrà trasferirsi? E che cosa diranno e faranno coloro che ci vedranno arrivare con le nostre “barche” spaziali? Ci ricacceranno nel mare cosmico o ci accoglieranno? Speriamo solo che non la pensino come l’attuale umanità…
Tutti questi discorsi sono, però, solo speculativi sia da un punto di vista ottimistico che pessimistico. Può darsi che altri mondi ben diversi dalla Terra possano costruirsi un tipo di vita differente, anche se altrettanto complessa, e in tempi decisamente minori. I mattoni della vita sembrano uguali in tutto l’Universo conosciuto, ma le possibilità di combinarsi in modo costruttivo sono probabilmente molto numerose. Può anche darsi, però, che la vita sulla Terra venga spazzata via da eventi che con il Sole non hanno niente a che vedere: una supernova vicina, un GRB con la mira estremamente giusta o, più semplicemente, un asteroide o una cometa di qualche chilometro di diametro. Siamo pronti a tutto questo? Decisamente no e se si pensa solo a distruggere e ad attaccare il nostro vicino di casa, e non a costruire e a difendersi tutti assieme, non lo saremo mai. E i dinosauri sorrideranno sarcastici.
L’articolo originale è scaricabile QUI e non è nemmeno troppo difficile da seguire.
23 commenti
Beh, giusto per dare un po' di speranza alla nostra specie.....Chi ci dice che tra tutti quegli anni noi avremo ancora bisogno di un sole o di un pianeta (non per mancargli di rispetto eh!) per sopravvivere?
Alla fine si tratta solo di trovare il modo di interagire in modo piú efficente con cio che ci circonda e di capire cosa intendiamo per vita
In ogni caso, nella mia ignoranza, penso che la vita biologica come la conosciamo possa tranquillamente essere considerata una delle tante fasi intermedie nella continua evoluzione delle cose. (mi viene in mente l'ultimo racconto che ci hai fatto leggere, ad esempio)
Ok, scusate la disgressione fantascientifica.....ma non ho resistito!!
Ora torno a cercare di evolvermi....che l'orologio non si ferma! tic tac tic tac.....
Gran bell'articolo: semplice ed efficace.
Grazie
Interessante, quindi le stelle durante la loro permanenza nella sequenza principale aumentano di luminosità (e quindi temperatura).... è proprio vero, ogni giorno con Enzo si impara sempre di più
Sembra proprio che le nane rosse siano le candidate ideali per la ricerca di pianeti nella zona riccioli d'oro, lo diceva Rosetta che le stelle come lei sono le più tranquille e longeve....non come quella scalmanata di Celeste!
sempre interessanti e affascinati questi articoli...ma in tutto il percorso della vita della stella,dall'espansione verso gigante rossa,fino al rimpicciolimento che creerà la nana bianca, le orbite dei pianeti che le girano attorno rimarranno sempre tali e alla stessa distanza?non che questo ci salverà la "casa",ma mi pareva di aver capito che si potrebbe formare una specie di effetto a "elastico" che li allontanerebbe durante l'espansione e li riavvicinerebbe alla fine...può essere?
@Jacopo,
grande!!!
@davide,
sicuramente vi sarà uno spostamento (tutto da prevedere a seconda dei casi) se non altro perchè la stella perderà massa e quindi dovrà cambiare il momento angolare dell'intero sistema. Un bello spunto per un articolo! Mamma mia, non credo di stare dietro a tutte le vostre idee....
Bellissimo articolo enzo sulla definizione di zona abitabile di un pianeta.
alle domande speculative fatte: Io sarei felice di esplorare la Via lattea se i mezzi ce lo permettessero, credo inoltre che data la nostra indole aggressiva saremmo in grado o con le buone o con le cattive di farci spazio x sopravvivere su una nuova terra.
inoltre magari fossimo in grado di sopravvivere come specie altri 1,8 miliardi di anni ma i pericoli interni ed esterni alla terra sono molti.
Una domanda enzo ma come pianeta e meglio una terra con la stessa massa ecc ecc oppure una super terra e se e la seconda di quanta massa deve essere x farci sopravvivere egregiamente?
Ciao ed un saluto a tutti!
sai, Corvo, noi siamo stati "costruiti" per la nostra Terra, anzi dalla nostra Terra, con la sua massa e il suo clima. Probabilmente gli abitanti di una superterra o di una mini terra si troverebbero malissimo da noi. E vale anche il viceversa. Temo che per noi non sia assolutamente facile abituarsi a condizioni di gravità, di peso e di atmosfera anche solo leggermente diverse. Ci vorrebbe molto tempo e forse non faremmo in tempo.
Come si diceva una volta: ognuno è bello a casa sua!!!
grazie Enzo per il bellissimo articolo, non avevo mai riflettuto sul fatto che durante la fase "tranquilla" la stella aumentasse comunque un poco di luminosità.
caro enzo
spostando l'orbita terrestre.
dato che sono stato un lettore di topolino, in un suo numero vi era la storia in cui si narrava che la terra era in pericoloso perchè per metà era piombata in buco nero. il genio di archimede inventò un razzo cosi potente da trainare la terra in salvo. potremmo usare quello per salvarci
tornando alla realtà. tu dici che marte non potrebbe sopportarci ma se la tecnologia aiutasse a trasformarlo a nostro vantaggio. in fondo ci rimane parecchio tempo e penso che la tecnologia si evolverà a tal punto che saremo capaci di cose che neanchè immaginiamo.
penso che comunque l'uomo sarà in grado di costruirsi strutture nello spazio in grado di supportarlo alla sua sopravvivenza.
caro peppe,
sono d'accordo con te sulle capcità tecnologiche dell'uomo futuro, ma "modificare" un pianeta proprio non mi convince. Ti rendi conto delle forze immense che bisognerebbe contrastare? O intendi vivere dentro una campana di vetro? No, che vita sarebbe... Se la Naatura non è riuscita, con le sue capacità ben maggiori della nostra, a far nascere la vita su Marte non ci riusciremo di certo noi (a livello complesso, ovviamente).
Un piccolo pianeta, appena entrato nella HZ, senza atmosfera non ci accetterebbe mai. Questa è la mia idea, pensando a quanto sia difficile ottenere risultati che per la Natura sembrano facili. Ma non per noi... Sai, in fondo, è solo questione di conservazione dell'energia e per noi sarebbe un'impresa impossibile, come quella di Archimede Pitagorico...
Quando il Sole terminerá il combustibile entrerá nella fase gigante rossa e per effetto della "rottura" del suo equilibrio dinamico che lo tiene insieme, ovvero reazioni termonucleari vs gravitá, il suo nocciolo si contrarrá per effetto della gravitá, fino a creare i presupposti per una riaccensione con un diverso tipo di combustibile, l'elio, lasciando liberi gli strati esterni di espandersi. Quindi il legame gravitazionale con i suoi pianeti sará piû debole lasciandoli allontanare un po': é così, vero?
Bisogna vedere se sará piú svelta la Terra ad allontanrsi o piú veloci gli strati esterni della nostra vecchia stella in espansione.
Non sará comunque un bel momento per chi ci sará.
Interessantissimo articolo come anche il diagramma.
Se non interpreto male quest'ultimo inizialmente venere era appena dentro la zona abitabile e man mano ne è uscito a causa dell'aumento della temperatura del sole?
In tal caso in passato doveva avere condizioni molto migliori di quelle attuali, anche se probabilmente questo periodo "fortunato" fu veramente troppo breve per permettere qualsiasi forma di vita....
Qualcuno ha teorizzato come potessero essere le codizioni climatiche e atomosferiche di venere quando il sole è entrato in sequenza?
Complimenti come al solito!
@ Roberto,
non tutto è così ovvio. nel breve periodo in cui il Sole tenderà a contrarsi il suo momento angolare non cambierà e quindi anche i pianeti dovranno fare lo stesso. Direi che un vero e proprio avvicinamento si avrà con la perdita di massa, prima solo piccole variazioni in un contesto globale.
@ Alexander
si sa che per almeno due miliardi di anni, Venere e Terra hanno avuto una vita praticamente identica. Il vero problema è stata la pardita del vapor d'acqua e poi di tutta l'acqua. Ciò ha anche cambiato la tettonica a zolle che non si è mai innescata malgrado l'attività vulcanica fosse intensa. Piccole variazioni, all'inizio, che hanno portato a un'enorme differenza. Probabilmente, i primi tentativi di vita ci possono anche essere stati, ma la perdita dell'acqua e la temperatura in continua salita hanno fermato l'evoluzione. E' una mia interpretazione e non prenderla come oro colato. Cercare la vita fossile su Venere è però mooooolto difficile e ben poco è rimasto come allora. Parliamone in silenzio... non vorrei che la NASA ci sentisse e pianificasse qualche Curiosity anche per stare 37 secondi su Venere...
Grandissimo articolo Enzo. Il nodo di tutto resta il fatto che se la stragrande maggioranza della popolazione mondiale la pensasse come noi che facciamo questi commenti leggendo i tuoi articoli, ben presto ci metteremmo SERIAMENTE a studiare il modo per difendersi dalle ben più urgenti ed imponderabili catastrofi che ci hai descritto: asteroidi (forse i più facili da contrastare), supernove ecc., e da questo a studiare come iniziare a cercare una nuova casa non correrebbe molto, ma noi siamo noi...al momento almeno.
Il vero problema è stata la pardita del vapor d’acqua e poi di tutta l’acqua. Ciò ha anche cambiato la tettonica a zolle che non si è mai innescata malgrado l’attività vulcanica fosse intensa.
Caro Enzo, mi piacerebbe se volessi approfondire questo argomento che mi affascina molto. Magari in un articolo dedicato se ti va. Grazie in anticipo qualsiasi decisione tu prenda
cara Svelo... e perchè no? La vita di Venere è alquanto interessante e, in parte, anche ... NEBULOSA
Allora resto in trepidante attesa del tuo articolo su Venere e sul perché l'evaporazione dell'acqua abbia bloccato la tettonica a zolle nonostante la vivace attività vulcanica...
Mi viene in mente una domanda Enzo, ma come mai, guardando alcuni documentari sul tema non si cita mai la possibilità che il nostro Sole espandendosi a Gigante Rossa possa , diciamo, deorbitare la nostra Terra e gli altri come è logico che possa accadere con tutti i limiti temporali del caso? Si parla sempre che verrà inglobata subito e certamente.
@Mario,
penso che sia dovuto al fatto che la velocità di trasformazione orbitale sia minore di quella fisiologica del Sole. Bisognerebbe andare più a fondo, sicuramente. Mamma mia, troppe idee... non ce la farò mai!
@Svelo,
beh... non sono proprio azioni dirette ma indirette. Comunque Venere è in coda!
Lo studio dei pianeti mi ha sempre particolarmente affascinato....quindi attendo con piacere l'approfondimento su Venere! E poi abbiamo il nostro planetologo dedicato no?
Enzo, abbiamo parlato di Venere, Terra e Marte, ma cosa accadrà ai nostri bellissimi super giganti gassosi una volta che il sole comincerà ad uscire dalla sequenza principale?
direi che sranno abbastanza tranquilli, a distanza di sicurezza. Al limite, saranno i loro satelliti a diventare più attraenti (anche se non per molto tempo, dato che il Sole sarà molto "ballerino").
caro enzo e tutti
ho appena visto questo documentario, forse fantascienza non lo so
si parla della possibilità di portare la terra a inseguire la zona abitabile che si sposterà inevitabilmente causa mutamento dell'attività del sole..in particolare al minuto 30
ecco il link
http://www.youtube.com/watch?v=aAutI_2rDEU