Quando si tratta di ricerca di vita extraterrestre, gli scienziati hanno la tendenza ad essere un po' geocentrici, cioè cercano pianeti che assomiglino al nostro. Questo è comprensibile, visto che la Terra è l'unico pianeta che conosciamo che supporta la vita. Come risultato, coloro che cercano la vita extraterrestre sono alla ricerca di pianeti di natura terrestre (rocciosa), orbitano all'interno delle loro zone abitabili delle stelle, e hanno abbastanza acqua sulle loro superfici.

Nel corso della scoperta di diverse migliaia di esopianeti, gli scienziati hanno scoperto che molti potrebbero in effetti essere "mondi d'acqua" (pianeti in cui fino al 50% della loro massa è acqua). Ciò solleva naturalmente alcune domande, come quanta acqua è troppa, e anche troppa terra potrebbe essere un problema? Per affrontare questi, una coppia di ricercatori dell'Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) ha condotto uno studio per determinare come il rapporto tra l'acqua e le masse terrestri può contribuire alla vita.

Lo studio – "Dipendenza dell'attività biologica dalla frazione delle acque superficiali dei pianeti", che è in fase di revisione per la pubblicazione con The Astronomical Journal– è stato scritto da Manasvi Lingam, un borsista post-dottorato con l'Istituto di teoria e calcolo (ITC) del CfA, e Abraham Loeb – il direttore dell'ITC e la Frank B. Baird Jr. Chair of Science presso l'Università di Harvard.

Iniziare, Lingam e Loeb affrontano la questione del principio antropico, che ha svolto un ruolo importante nell'astronomia e nella ricerca sugli esopianeti. In breve, questo principio afferma che se le condizioni sulla Terra sono adatte ad accogliere la vita, allora deve esistere per creare la vita. Esteso all'intero universo, questo principio sostiene che le leggi della fisica esistono per il bene di dare origine alla vita.

Un altro modo di esaminarlo è considerare come le nostre valutazioni della Terra rientrano nei cosiddetti "effetti di selezione dell'osservazione" - in cui i risultati sono direttamente influenzati dal tipo di metodo coinvolto. In questo caso, gli effetti derivano dal fatto che la nostra ricerca della vita oltre la Terra e il nostro sistema solare richiede l'esistenza di un osservatore opportunamente posizionato.

In effetti, tendiamo a presumere che le condizioni per la vita saranno abbondanti nell'universo perché le conosciamo. Queste condizioni la presenza sia di acqua liquida che di masse terrestri, che erano essenziali per l'emergere della vita come la conosciamo. Come Lingam ha spiegato a Universe Today via e-mail, questo è uno dei modi in cui il principio antropico emerge quando si cercano pianeti potenzialmente abitabili:

"Il fatto che le frazioni di terra e acqua della Terra siano comparabili è indicativo di effetti di selezione antropica, vale a dire, l'emergere di esseri umani (o analoghi osservatori coscienti) potrebbe essere stato facilitato da un'adeguata miscela di terra e acqua."

Però, quando si affrontano le molte super-Terre che sono state scoperte in altri sistemi stellari, analisi statistiche della loro densità media hanno mostrato che la maggior parte ha frazioni elevate di volatili. Un buon esempio di ciò è il sistema TRAPPIST-1, dove la modellizzazione teorica dei suoi sette pianeti delle dimensioni della Terra ha indicato che potrebbero contenere fino al 40-50% di acqua in peso.

Questi "mondi d'acqua" avrebbero quindi oceani molto profondi e nessuna terraferma di cui parlare, che potrebbe avere conseguenze drastiche per l'emergere della vita. Allo stesso tempo, i pianeti che hanno poca o nessuna acqua sulla loro superficie non sono considerati buoni candidati per la vita, visto come l'acqua è essenziale per la vita come la conosciamo.

"Troppa massa continentale è un problema, poiché limita la quantità di acqua superficiale, rendendo così la maggior parte dei continenti molto arida, " ha detto Lingam. "Gli ecosistemi aridi sono tipicamente caratterizzati da bassi tassi di produzione di biomassa sulla Terra. Anziché, se si considera lo scenario opposto (ovvero la maggior parte degli oceani), si incontra un potenziale problema con la disponibilità di fosforo, che è uno degli elementi essenziali per la vita come la conosciamo. Quindi, ciò potrebbe comportare un collo di bottiglia sulla quantità di biomassa".

Per affrontare queste possibilità, Lingam e Leob hanno analizzato come i pianeti con troppa acqua o massa continentale potrebbero influenzare lo sviluppo delle biosfere degli esopianeti. Come ha spiegato Lingam:

"[W] abbiamo sviluppato un modello semplice per stimare quale frazione della terra sarà arida (cioè deserti) e relativamente inabitabile. Per lo scenario con biosfere dominate dall'acqua, la disponibilità di fosforo diventa il fattore limitante. Qui, abbiamo utilizzato un modello sviluppato in uno dei nostri precedenti articoli che tiene conto delle fonti e dei depositi di fosforo. Abbiamo unito questi due casi, ha utilizzato i dati della Terra come punto di riferimento, e così determinato come le proprietà di una generica biosfera dipenderebbero dalla quantità di terra e acqua."

Quello che hanno scoperto è che un attento equilibrio tra le masse continentali e gli oceani (proprio come quello che abbiamo qui sulla Terra) è cruciale per l'emergere di biosfere complesse. Combinato con simulazioni numeriche di altri ricercatori, Lo studio di Lingam e Loeb indica che pianeti come la Terra - con il suo rapporto tra oceani e massa continentale (circa 30:70) - sono probabilmente piuttosto rari. Come ha riassunto Lingam:

"Così, la conclusione di base è che l'equilibrio delle frazioni di terra e acqua non può essere inclinato troppo in un modo o nell'altro. Il nostro lavoro mostra anche che importanti eventi evolutivi, come l'aumento dei livelli di ossigeno e l'emergere di specie tecnologiche, possono essere influenzati dalla frazione terra-acqua, e che il valore ottimale potrebbe essere vicino a quello della Terra."

Per un po 'di tempo, gli astronomi sono alla ricerca di esopianeti in cui prevalgono condizioni simili alla Terra. Questo è noto come l'approccio del "frutto basso", dove cerchiamo di trovare la vita cercando le biofirme che associamo alla vita come la conosciamo. Ma secondo questo ultimo studio, trovare posti del genere potrebbe essere come cercare diamanti grezzi.

Le conclusioni dello studio potrebbero anche avere implicazioni significative quando si tratta di ricerca di intelligenza extraterrestre, indicando che anche questo è abbastanza raro. Per fortuna, Lingam e Loeb ammettono che non si sa abbastanza sugli esopianeti e sui loro rapporti acqua/massa terrestre per dire qualcosa in modo conclusivo.

"Non è possibile, però, prevedere come questo influisca in modo definitivo sul SETI, " Ha detto Lingam. "Questo perché non abbiamo ancora vincoli di osservazione adeguati sulle frazioni terra-acqua degli esopianeti, e ci sono ancora molte incognite nella nostra attuale conoscenza di come le specie tecnologiche (capaci di partecipare a SETI) si sono evolute."

Alla fine, dobbiamo essere pazienti e aspettare che gli astronomi imparino di più sui pianeti extrasolari e sui rispettivi ambienti. Questo sarà possibile nei prossimi anni grazie ai telescopi di nuova generazione. Questi includono telescopi terrestri come l'Extremely Large Telescope (ELT) dell'ESO e telescopi spaziali come il James Webb Space Telescope (JWST), che dovrebbero iniziare le operazioni nel 2024 e nel 2021, rispettivamente.

Con miglioramenti nella tecnologia e migliaia di esopianeti ora disponibili per lo studio, gli astronomi hanno iniziato a passare dal processo di scoperta alla caratterizzazione. Negli anni a venire, ciò che impariamo sulle atmosfere degli esopianeti farà molto per dimostrare o confutare i nostri modelli teorici, speranze e aspettative. Tempo a disposizione, potremmo finalmente essere in grado di determinare quanto sia abbondante la vita nel nostro universo, e quali forme può assumere.