Zona abitabile circumstellare per un pianeta terrestre orbitante una stella di tipo solare. La scala di colori indica il livello di abitabilità, definito come la frazione media della superficie del pianeta che rientra in un opportuno intervallo di temperature. In questo esempio l’intervallo di temperatura è mirato a massimizzare la produzione di biomarcatori atmosferici e l’abitabilità è espressa in funzione dell’insolazione (espressa come S/So, ovvero il rapporto fra l’intensità della luce stellare e quella della luce solare) e della colonna atmosferica. Fonte: Silva at al., 2017
Nella sua accezione più comune la zona di abitabilità è una fascia di distanze circumstellari all’interno della quale un pianeta potrebbe ospitare forme di vita. La ben nota difficoltà di definire la vita rende difficile quantificare l’estensione della zona abitabile. Per aggirare tale difficoltà si adottano solitamente i limiti termodinamici che permettono l’esistenza di acqua in fase liquida. La presenza di acqua liquida è in uno dei requisiti essenziali per la vita, così come la presenza di fonti di energia, di materiale organico e di una protezione da radiazioni ionizzanti. Va precisato che la definizione di zona abitabile si riferisce solitamente alla capacità di ospitare vita sulla superficie del pianeta. La vita potrebbe esistere anche al di fuori della zona abitabile qualora fosse soddisfatto il criterio di acqua liquida al di sotto della superficie planetaria.
L’idea di zona abitabile risale alla metà degli anni ’60 dello scorso secolo, mentre le prime stime quantitative, pubblicate da James Kasting e collaboratori, risalgono alla fine degli anni ’80. I primi lavori, precedenti alla scoperta dei pianeti extrasolari, miravano a studiare l’evoluzione dell’abitabilità di Venere, Terra e Marte. Attualmente i limiti della zona abitabile per stelle di diverso tipo spettrale offrono una guida preziosa per selezionare i migliori candidati ad ospitare vita tra migliaia di pianeti extrasolari.
Nonostante la semplicità del criterio di acqua liquida, il calcolo dei limiti di abitabilità è molto complesso in quanto richiede l’utilizzo di modelli climatici. I progressi nello studio quantitativo della zona abitabile, assieme ai risultati delle surveys osservative di pianeti extrasolari, rappresentano uno dei migliori strumenti a nostra disposizione per rispondere a una delle domande fondamentali che riguardano l’esistenza stessa del genere umano, ovverosia se siamo soli nell’universo.
Studi in corso e domande aperte
I limiti della zona di abitabilità sono tuttora in fase di studio. La definizione del limite interno, quello più vicino alla stella, richiede una modellizzazione climatica in condizioni estreme di alta temperatura e alta concentrazione di vapor acqueo. La definizione del limite esterno richiede invece modelli climatici con una concentrazione estrema di gas serra, come ad esempio l’anidride carbonica. Solo recentemente si stanno cominciando a utilizzare modelli climatici 3D per definire in maniera più rigorosa i limiti estremi della zona abitabile, tenendo anche conto dell’effetto delle nubi in condizioni non terrestri.
Il valore minimo di pressione atmosferica superficiale che permette l’esistenza di una zona abitabile basata sul criterio di acqua liquida è circa 10 mbar
Parallelamente allo sviluppo di modelli climatici, si stanno anche esplorando criteri di abitabilità alternativi al criterio di acqua liquida. Una possibilità è quella di introdurre criteri basati sulla dipendenza dalla temperatura dei fenomeni biologici (vedi figura in alto). Un’altra opzione è quella di verificare la possibilità di una biochimica basata su di un solvente alternativo all’acqua liquida. Questa possibilità è stata stimolata dalla scoperta di laghi di idrocarburi liquidi sulla superficie di Titano, il principale satellite di Saturno. Se fosse possibile una biochimica basata sul metano liquido, si potrebbe definire una zona abitabile molto più lontana dalla stella. Alcuni studi suggeriscono che membrane cellulari potrebbero formarsi in metano liquido, ma la possibilità di una biochimica interamente basata sul metano è lontana dall’essere dimostrata.
Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica
I limiti della zona abitabile sono solitamente calcolati in funzione del tipo spettrale della stella. Tuttavia, è importante esplorare come variano tali limiti in funzione di altri fattori planetari. A tal scopo, presso l’Inaf – Osservatorio astronomico di Trieste si stanno studiando gli effetti di pressione atmosferica, gravità superficiale, periodo di rotazione, inclinazione dell’asse e frazione di continenti e oceani. Un archivio dei risultati è disponibile all’indirizzo wwwuser.oats.inaf.it/exobio/climates.
L’autore: Giovanni Vladilo è astronomo associato Inaf all’Osservatorio astronomico di Trieste.
Su Media Inaf potrai trovare, mano a mano che verranno pubblicate, tutte le schede della rubrica dedicata a Voci e domande dell’astrofisica, scritte dalle ricercatrici e dai ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica.