Tre miliardi di anni fa, La Terra era un posto molto diverso. Il sole che splendeva sui suoi oceani e sui suoi continenti non era così luminoso come lo è oggi, e piuttosto che l'atmosfera ricca di ossigeno di cui gli umani hanno bisogno per sopravvivere, il metano ha giocato un ruolo molto più importante nello strato di gas che racchiudeva il nostro giovane pianeta. Nonostante le loro differenze, questa Terra primitiva e quella attuale hanno qualcosa di importante in comune:potrebbero entrambe sostenere la vita.

Per gran parte della sua esistenza, La Terra è stata abitata. Ma se i ricercatori analizzassero da remoto l'atmosfera di quella giovane Terra, potrebbero aver perso le prove per la vita.

"La Terra è stata molte cose diverse, "dice Timothy Lyons, professore presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dei Pianeti dell'Università della California, Lungofiume. "È una storia straordinaria che il nostro pianeta abbia mantenuto l'abitabilità per così tanto tempo".

Lyons è a capo del team "Alternative Earths" dell'Istituto di astrobiologia della NASA, in cui i ricercatori stanno caratterizzando la Terra durante le diverse fasi della sua esistenza di 4,5 miliardi di anni.

"Stiamo guardando al passato della Terra per affinare la nostra capacità di cercare biofirme [le impronte chimiche chimiche della vita] oltre il nostro pianeta e il sistema solare, " dice. "Sono i pianeti extrasolari che ci interessano di più".

Attualmente, ce ne sono più di 4, 000 pianeti extrasolari conosciuti e altre migliaia in attesa di conferma. Gli scienziati stanno sviluppando metodi remoti per vedere se quei pianeti sono potenzialmente abitabili e forse anche abitati. Le firme di qualsiasi vita lontana si troveranno molto probabilmente nei gas appartenenti all'atmosfera di un esopianeta.

La Terra che cambia

Mentre la Terra è l'unico posto nell'Universo noto per ospitare la vita, ci sono molti altri precedenti, versioni alternative del nostro pianeta natale, come è cambiato nel tempo, che ha anche permesso alla vita di sopravvivere e prosperare.

"Per più di quattro miliardi di anni, La Terra ha avuto oceani, e abbiamo avuto vita per la maggior parte di quel tempo, eppure la Terra è cambiata così profondamente nel corso della sua storia, "dice Lione.

Attraverso il programma di ricerca Terre alternative, il team è in grado di "prendere questa conoscenza raccolta dei diversi stati del nostro pianeta abitabile e abitato ed estendere questa comprensione più in alto, letteralmente, all'atmosfera di un pianeta lontano".

Combinando i dati della geologia, chimica, e biologia dei continenti della Terra, oceani, e atmosfere di epoche diverse, il team di Alternative Earths sta modellando come sarebbero state le atmosfere di queste prime Terre basandosi, in parte, sui rapporti con la vita negli oceani sottostanti. Questa capacità di modellare atmosfere antiche ed estendere le lezioni apprese alle atmosfere intorno a pianeti lontani è vitale per la caccia a pianeti potenzialmente abitabili oltre il nostro Sistema Solare.

"La Terra ci ha già insegnato molte lezioni diverse, " dice Lyons. "[La nostra ricerca] non è alla ricerca di un'altra Terra di per sé. Si tratta più di cercare i diversi pezzi di ciò che significa essere un pianeta in grado di sostenere la vita. Una volta che sai cosa fanno questi processi su un pianeta come la Terra, puoi assemblarli in innumerevoli altri scenari planetari che potrebbero o meno essere in grado di fare la stessa cosa."

Nello specifico, il team sta studiando tre diverse terre antiche raccogliendo dati dalle rocce per creare un'immagine della geologia, chimica, e la biologia del pianeta in quei tempi. I capitoli di particolare interesse vanno da 3,2 a 2,4 miliardi di anni fa, quando le prime forme di vita iniziarono a rilasciare ossigeno nell'atmosfera tramite la fotosintesi; da 2,4 a 2,0 miliardi di anni fa, quando si verificò il "Grande Evento di Ossidazione" e l'ossigeno inondò l'atmosfera e gli oceani della Terra; e da 2,0 a 500 milioni di anni fa, quando la vita diventava sempre più complessa, ponendo le basi per gli organismi che si sarebbero evoluti per diventare le creature che abitano la Terra oggi.

"Comprendere l'evoluzione del nostro pianeta, comprese fasi di notevole stabilità nonché episodi di turbolenza, è un primo passo essenziale verso la comprensione della diversità dei pianeti abitabili e della vita che possiamo incontrare nell'Universo, ", afferma il membro del team Stephanie Olson dell'Università di Chicago. Olson è specializzato nell'interazione tra l'oceano e l'atmosfera della Terra primitiva.

Progetti di abitabilità

I ricercatori possono anche modificare i loro modelli planetari per creare un numero infinito di progetti per esopianeti possibilmente abitabili. Per esempio, possono utilizzare modelli in grado di accelerare la rotazione del pianeta, regolare l'inclinazione del suo asse, mettere tutti i continenti in un emisfero (o rimuoverli completamente), o consentire a un lato del pianeta di affrontare continuamente la sua stella. I continenti sono parte integrante dell'abitabilità degli oceani. Attraverso l'erosione delle superfici terrestri, i nutrienti entrano negli oceani per nutrire la vita al loro interno, e le posizioni e le altezze di queste masse continentali alterano il modo in cui questi nutrienti si spostano verso e attraverso gli oceani.

"Questi fattori influenzano anche la comunicazione tra l'oceano e l'atmosfera, e quindi la rilevabilità della vita nell'oceano, "Dice Olson. "Capire come i parametri planetari influenzano l'attività biologica e la connettività oceano-atmosfera può aiutare a identificare i bersagli più promettenti per il rilevamento della vita degli esopianeti che saranno meno vulnerabili ai falsi negativi della biofirma".

La possibilità di falsi negativi, quando in realtà c'è vita su un esopianeta ma le firme di quella vita sfuggono al rilevamento, affascina il team di Terre alternative.

In un documento del 2017 condotto da Chris Reinhard presso Georgia Tech, il team di Alternative Earths ha segnalato il pericolo di falsi negativi nella caccia ai pianeti abitabili. La presenza sia di metano che di ossigeno in un'atmosfera è stata vista come un gold standard nella ricerca della vita lontana. Questi due gas non dovrebbero coesistere in quantità apprezzabili, poiché reagiscono rapidamente tra loro, ma gli organismi viventi possono ricostituirli costantemente nell'atmosfera, permettendo a questo squilibrio di persistere.

Però, se i ricercatori guardassero la Terra primordiale per la maggior parte, se non tutto, della sua storia, potrebbero non essere stati in grado di rilevare sia il metano che l'ossigeno nell'antica atmosfera, nonostante la vita sia presente per gran parte di quel tempo.

"[Rilevare] il metano atmosferico sarebbe stato problematico per la maggior parte degli ultimi ~ 2,5 miliardi di anni della storia della Terra, " Reinhard e colleghi scrivono. Per i mondi rocciosi con gli oceani, come la Terra, questi gas potrebbero essere riciclati negli oceani, piuttosto che essere rilevabile nell'atmosfera. Questa possibilità implica che "i pianeti più favorevoli allo sviluppo e al mantenimento di una biosfera pervasiva, come quelli con continenti alterati e vasti oceani, sarà spesso difficile da caratterizzare utilizzando biofirme atmosferiche convenzionali, " loro scrivono.

Inoltre, anche se sono presenti sia ossigeno che metano, non sono necessariamente prodotti della vita.

L'ossigeno può essere il risultato della fotosintesi, e i microbi producono metano, ma possono anche formarsi attraverso processi fotochimici e geologici. Infatti, l'Istituto di Astrobiologia della NASA ha un team che studia la produzione di metano tramite reazioni geologiche piuttosto che biologiche.

"I prodotti di quelle reazioni potrebbero sostenere la vita su un mondo oceanico, ma i gas stessi possono non avere niente a che fare con la vita, " Dice Lyons. "Non si può valutare cosa significano i gas senza un contesto rigoroso".

"In genere consideriamo l'abitabilità come binaria:un pianeta può supportare la vita o no, ma probabilmente esiste uno spettro di abitabilità, " aggiunge Olson.

Un proxy per l'ossigeno

I ricercatori del team Alternative Earths stanno combinando ciò che sanno dei diversi stati del nostro pianeta e utilizzando i loro dati e le simulazioni al computer associate per generare esempi di quali impronte chimiche, o spettri sintetici, gli scienziati dovrebbero cercare intorno agli esopianeti.

Lyons indica l'ozono e la stagionalità come particolarmente importanti nella ricerca della vita su altri pianeti.

"Siamo grandi fan dell'ozono [O ₃ ] perché può essere rilevato più facilmente con tecniche spettroscopiche rispetto all'ossigeno [molecolare] [O ₂ ]", dice. "Vogliamo cercare l'ozono e la sua variabilità temporale come proxy per O ₂ e la sua stagionalità".

La scoperta di possibili falsi negativi utilizzando i tradizionali metodi di rilevamento della vita ha spinto il team a pensare a nuovi e forse ancora più robusti segni di vita. "Questa è stata la parte più divertente, "dice Lione.

mentre O ₂ potrebbe essere stato difficile da rilevare a distanza dalla giovane Terra, ozono, che forma da O ₂ , potrebbe non essere stato. Questo è solo un esempio dei molti modi in cui la storia della Terra informa la nostra scelta di possibili obiettivi esoplanetari per il rilevamento della vita.

Però, se gli astrobiologi vogliono poter cercare l'ozono sugli esopianeti, devono spingere affinché questi esperimenti vengano inclusi nelle future missioni.

"Stiamo solo iniziando a ricevere dati da altri pianeti, " dice Lyons. "Per acquisire i dati giusti da questi pianeti in futuro, Dobbiamo iniziare a pianificare ora".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Astrobiology Magazine della NASA. Esplora la Terra e oltre su www.astrobio.net.