La vita sulla Terra dipende da sei elementi critici:carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo. Questi elementi sono chiamati CHNOPS e, insieme a numerosi micronutrienti in traccia e acqua liquida, sono ciò di cui la vita ha bisogno.
Gli scienziati stanno cercando di individuare esopianeti che potrebbero essere abbastanza caldi da avere acqua liquida sulla loro superficie, il segnale più basilare dell’abitabilità. Ma ora stanno cercando di migliorare il loro gioco trovando CHNOPS nelle atmosfere degli esopianeti.
Siamo solo all’inizio della comprensione di come gli esopianeti potrebbero sostenere la vita. Per aumentare la nostra comprensione, dobbiamo comprendere la disponibilità di CHNOPS nelle atmosfere planetarie.
Un nuovo articolo pubblicato su arXiv il server di prestampa esamina il problema. Si intitola “Limiti di abitabilità dovuti alla disponibilità di nutrienti nelle atmosfere degli esopianeti rocciosi”. L'autore principale è Oliver Herbort del Dipartimento di Astrofisica dell'Università di Vienna e borsista post-dottorato dell'ARIEL. L'articolo è stato accettato dall'International Journal of Astrobiology .
Al nostro attuale livello tecnologico, stiamo appena iniziando a esaminare le atmosfere degli esopianeti. Il JWST è il nostro strumento principale per questo compito ed è bravo a farlo. Ma il JWST è impegnato con altri compiti. Nel 2029, l’ESA lancerà ARIEL, l’indagine Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large. ARIEL si concentrerà esclusivamente sulle atmosfere degli esopianeti.
In previsione della missione del telescopio, Herbort e i suoi co-ricercatori si stanno preparando per i risultati e per cosa significano per l’abitabilità. "La comprensione dettagliata dei pianeti stessi diventa importante per interpretare le osservazioni, soprattutto per l'individuazione delle biofirme", scrivono. In particolare, stanno esaminando l'idea delle biosfere aeree. "Il nostro obiettivo è comprendere la presenza di questi nutrienti all'interno delle atmosfere che mostrano la presenza di condensati di nubi d'acqua, consentendo potenzialmente l'esistenza di biosfere aeree."
Il nostro pianeta gemello Venere ha una superficie in cui non è possibile sopravvivere. Il calore e la pressione estremi rendono la superficie del pianeta inabitabile secondo qualsiasi misura che possiamo determinare. Ma alcuni scienziati hanno proposto che la vita possa esistere nell’atmosfera di Venere, basandosi in gran parte sulla rilevazione della fosfina, un possibile indicatore della vita. Questo è un esempio di come potrebbe apparire una biosfera aerea.
"Questo concetto di biosfere aeree amplia le possibilità di potenziale abitabilità dalla presenza di acqua liquida sulla superficie a tutti i pianeti con nubi di acqua liquida", spiegano gli autori.
Gli autori hanno esaminato l'idea delle biosfere aeree e il modo in cui il rilevamento di CHNOPS gioca su di esse. Hanno introdotto il concetto di livelli di disponibilità dei nutrienti nelle atmosfere degli esopianeti. Nel loro contesto, la presenza di acqua è richiesta indipendentemente dalla disponibilità di altri nutrienti. "Consideravamo inabitabile qualsiasi atmosfera priva di condensa d'acqua", scrivono, facendo un cenno al primato dell'acqua. I ricercatori hanno assegnato diversi livelli di abitabilità in base alla presenza e alla quantità dei nutrienti CHNOPS.
Per esplorare il quadro della disponibilità dei nutrienti, i ricercatori si sono rivolti alle simulazioni. Le atmosfere simulate contenevano diversi livelli di nutrienti e i ricercatori hanno applicato il loro concetto di disponibilità di nutrienti. I loro risultati mirano a comprendere non l’abitabilità ma il potenziale chimico dell’abitabilità. L'atmosfera di un pianeta può essere alterata drasticamente dalla vita e questa ricerca mira a comprendere il potenziale atmosferico per la vita.
"Il nostro approccio non mira direttamente alla comprensione delle biofirme e delle atmosfere dei pianeti abitati, ma alle condizioni in cui può verificarsi la chimica prebiotica", scrivono. Nel loro lavoro, la concentrazione atmosferica minima affinché una sostanza nutritiva sia disponibile è 10 9 o un ppb (parte per miliardo).
"Abbiamo scoperto che per la maggior parte delle atmosfere nei punti (p gas, T gas), dove l'acqua liquida è stabile, le molecole che trasportano il sistema nervoso centrale sono presenti a concentrazioni superiori a 10 9 ," scrivono. Hanno anche scoperto che il carbonio è generalmente presente in ogni atmosfera simulata e che la disponibilità di zolfo aumenta con la temperatura superficiale. Con temperature superficiali più basse, l'azoto (N2 , NH3 ) è presente in quantità crescenti. Ma con temperature superficiali più elevate, l'azoto può esaurirsi.
Il fosforo è una questione diversa. "L'elemento limitante degli elementi CHNOPS è il fosforo, che è per lo più legato alla crosta planetaria", scrivono. Gli autori sottolineano che, in passato, nell'atmosfera terrestre, la scarsità di fosforo limitava la biosfera.
Una biosfera aerea è un’idea interessante. Ma non è l’obiettivo principale degli sforzi degli scienziati per rilevare le atmosfere degli esopianeti. La vita di superficie è il loro Santo Graal. Non dovrebbe sorprendere che si tratti ancora di acqua liquida, tutto sommato. "Similmente al lavoro precedente, i nostri modelli suggeriscono che il fattore limitante per l'abitabilità sulla superficie di un pianeta è la presenza di acqua liquida", scrivono gli autori. Nel loro lavoro, quando era disponibile l'acqua superficiale, il sistema nervoso centrale era disponibile nella bassa atmosfera vicino alla superficie.
Ma l’acqua superficiale svolge diversi ruoli nella chimica atmosferica. Può legarsi ad alcuni nutrienti in alcune circostanze, rendendoli non disponibili e, in altre circostanze, può renderli disponibili.
"Se l'acqua è disponibile in superficie, gli elementi non presenti nella fase gassosa vengono immagazzinati nei condensati della crosta", scrivono gli autori. L’alterazione chimica può quindi renderli disponibili come nutrienti. "Ciò fornisce un percorso per superare la mancanza di fosforo atmosferico e di metalli, che vengono utilizzati negli enzimi che guidano molti processi biologici."
Ciò complica le cose sui mondi coperti dagli oceani. Le molecole prebiotiche potrebbero non essere disponibili se non ci fosse la possibilità per l'acqua e la roccia di interagire con l'atmosfera. "Se effettivamente si potesse dimostrare che la vita può formarsi in un oceano senza terra esposta, questo vincolo diventerebbe più debole e il potenziale per l'abitabilità della superficie diventerebbe principalmente una questione di stabilità dell'acqua", scrivono gli autori.
Alcuni modelli sono sorprendenti a causa dell'acqua liquida atmosferica. "Molti dei modelli mostrano la presenza di una zona di acqua liquida nelle atmosfere, staccata dalla superficie. Queste regioni potrebbero essere di interesse per la formazione della vita in forme di biosfere aeree", scrivono Herbort e i suoi colleghi.
Se c'è una cosa che ricerche come questa mostrano, è che le atmosfere planetarie sono straordinariamente complesse e possono cambiare radicalmente nel tempo, a volte a causa della vita stessa. Questa ricerca ha un certo senso nel cercare di capire tutto. A sottolineare la complessità è il fatto che i ricercatori non hanno incluso la radiazione stellare nel loro lavoro. Includerlo avrebbe reso lo sforzo ingombrante.
La questione dell’abitabilità è complicata, confusa dalla nostra mancanza di risposte a domande fondamentali. La crosta di un pianeta deve essere in contatto con l'acqua e l'atmosfera affinché i nutrienti CHNOPS siano disponibili? La Terra ha una biosfera aerea temporanea. Le biosfere aeree possono essere una parte importante dell'abitabilità degli esopianeti?
Ma al di là di tutte le simulazioni e i modelli, per quanto potenti, ciò di cui gli scienziati hanno più bisogno sono più dati. Quando ARIEL verrà lanciato, gli scienziati avranno molti più dati su cui lavorare. Ricerche come questa aiuteranno gli scienziati a capire cosa trova ARIEL.
Ulteriori informazioni: Oliver Herbort et al, Vincoli di abitabilità dovuti alla disponibilità di nutrienti nelle atmosfere di esopianeti rocciosi, arXiv (2024). arxiv.org/abs/2404.04029
Fornito da Universe Today
