Oceani sottomarini nei satelliti di tipo lunare (es. Europa, Encelado) e ricerca di biosignature
Un nuovo approccio all'abitabilità
Per decenni i planetologi hanno cercato condizioni adatte alla vita principalmente su superfici solide di tipo terrestre, ritenendo che ciò avvenga nella cosiddetta "zona abitabile", dove può esistere acqua liquida. Tuttavia, scoperte recenti indicano che nei satelliti ghiacciati possono esserci oceani interni sostenuti da fonti di calore mareale o radioattivo, con acqua liquida sotto spessi strati di ghiaccio – non raggiunta dalla radiazione solare. Questo amplia la nostra comprensione di dove la vita può prosperare: da ambienti vicini al Sole (Terra) fino a quelli lontani, freddi, ma con energia e condizioni di stabilità adeguate, nelle regioni dei giganti gassosi.
Tra tutti gli esempi, Europa (satellite di Giove) e Encelado (satellite di Saturno) si distinguono particolarmente: entrambi presentano prove affidabili di oceani salati subglaciali, possibile fornitura di energia chimica o idrotermale e potenziali risorse nutritive. Studiando questi, così come Titano o Ganimede, si vede che l'abitabilità può esistere in varie forme e non necessariamente solo negli strati superficiali tradizionalmente intesi. Di seguito esaminiamo come sono stati scoperti tali ambienti, quali condizioni possono sostenere la vita e come le missioni future intendono cercare biosignature.
2. Europa: un oceano sotto la superficie di ghiaccio
2.1 Indizi geologici da "Voyager" e "Galileo"
Europa, leggermente più piccola del satellite terrestre Luna, ha una superficie luminosa coperta di ghiaccio d'acqua, solcata da strutture lineari scure (fratture, creste, aree caotiche). Le prime indicazioni sono state rilevate nelle foto del "Voyager" (1979), dati più dettagliati del "Galileo" (anni '90) hanno mostrato una superficie giovane e geologicamente attiva con pochi crateri. Ciò suggerisce che il calore interno o le forze mareali rinnovino continuamente la crosta, e sotto lo strato di ghiaccio potrebbe esistere un oceano che sostiene ghiaccio sia liscio che "caotico".
2.2 Calore mareale e oceano sotto il ghiaccio
Europa si muove in risonanza di Laplace con Io e Ganimede, quindi gli effetti mareali la deformano ad ogni orbita. Questo attrito genera calore che impedisce all'oceano di congelarsi. I modelli stimano:
- Spessore dello strato di ghiaccio: da pochi a ~20 km, solitamente indicato intorno a ~10–15 km.
- Profondità dell'acqua liquida: 60–150 km, quindi Europa potrebbe contenere più acqua di tutti gli oceani terrestri messi insieme.
- Salinità: si ritiene che l'oceano sia salato, contenente cloruri (NaCl) o solfati di magnesio, come indicato dall'analisi spettrale e dai calcoli geochimici.
Il calore mareale protegge l'oceano dal congelamento, mentre la copertura di ghiaccio isola e aiuta a mantenere uno strato liquido sottostante.
2.3 Possibilità di esistenza della vita
Per la vita come la conosciamo, sono fondamentali acqua liquida, una fonte di energia e gli elementi chimici principali. Su Europa:
- Energia: calore mareale e forse sorgenti idrotermali sul fondo, se il mantello roccioso è attivo.
- Chimica: gli ossidanti formati dalla radiazione nel ghiaccio superficiale possono penetrare nell'oceano attraverso le fratture e sostenere reazioni di ossido-riduzione. Possono esserci anche sali e composti organici.
- Biosignature: la loro possibile ricerca include la ricerca di molecole organiche nei materiali espulsi dalla superficie o anche tracce chimiche nell'oceano (ad esempio, squilibri indicativi di reazioni vitali).
2.4 Missioni e studi futuri
La missione NASA „Europa Clipper“ (prevista per il lancio a metà 2020) effettuerà diversi sorvoli, studiando lo spessore del ghiaccio, la composizione chimica e cercando possibili geyser o anomalie nella composizione superficiale. Un lander proposto potrebbe prelevare materiale dalla superficie. Se le crepe nel ghiaccio o i geyser portano materiale dall'oceano in superficie, tale analisi potrebbe rivelare tracce di forme di vita microbica o composti organici complessi.
3. Encelado: la Luna dei geyser intorno a Saturno
3.1 Scoperte di „Cassini“
Encelado, un piccolo satellite di Saturno (~500 km di diametro), è stata una sorpresa quando la sonda „Cassini“ (dal 2005) ha rilevato geyser di vapore acqueo, particelle di ghiaccio e materia organica provenienti dal polo sud (le cosiddette "strisce della tigre"). Ciò indica che sotto uno strato sottile di ghiaccio c'è acqua liquida.
3.2 Caratteristiche dell'oceano
I dati dello spettrometro di massa di "Cassini" hanno rivelato:
- Acqua salata nelle particelle dei geyser, con NaCl e altri sali.
- Composti organici, inclusi idrocarburi complessi, che rafforzano la possibilità di una precoce evoluzione chimica.
- Anomalie termiche: calore mareale concentrato al polo sud, che sostiene almeno un oceano subglaciale regionale.
I dati indicano che Encelado potrebbe avere un oceano globale coperto da 5–35 km di ghiaccio, anche se lo spessore varia in diverse aree. Ci sono indizi che l'acqua interagisca con un nucleo roccioso, forse generando fonti di energia idrotermale.
3.3 Potenziale di abitabilità
Encelado ha un grande potenziale di abitabilità:
- Energia: calore mareale più possibili sorgenti idrotermali.
- Acqua: oceano salino confermato.
- Chimica: presenza di composti organici nei geyser, varie sali.
- Accessibilità: i geyser attivi espellono acqua nello spazio, quindi le sonde possono raccogliere campioni direttamente senza dover perforare il ghiaccio.
Le missioni proposte potrebbero includere un orbiter o un lander per analizzare dettagliatamente le particelle dei geyser – alla ricerca di composti organici complessi o isotopi che possano indicare processi biochimici.
4. Altri satelliti ghiacciati e corpi con possibili oceani subglaciali
4.1 Ganimede
Ganimede, il più grande satellite di Giove, potrebbe avere una struttura interna stratificata con uno strato acquoso. I dati di "Galileo" sul campo magnetico indicano uno strato conduttore (probabilmente acqua salata) sotto la superficie. Si pensa che questo oceano sia intrappolato tra diversi strati di ghiaccio. Sebbene Ganimede sia più lontano da Giove, il riscaldamento mareale è minore, ma la radioattività e il calore residuo potrebbero mantenere uno strato liquido parziale.
4.2 Titano
Il più grande satellite di Saturno, Titano, ha un'atmosfera densa di azoto, laghi di metano/etano in superficie e forse un oceano subglaciale di acqua/ammoniaca. I dati di "Cassini" mostrano anomalie gravitazionali compatibili con uno strato liquido in profondità. Sebbene i liquidi in superficie siano principalmente idrocarburi, l'oceano interno di Titano (se confermato) sarebbe probabilmente a base d'acqua, potenzialmente un altro ambiente abitabile.
4.3 Tritone, Plutone e altri
Tritone (satellite di Nettuno, probabilmente "rapito" dalla Fascia di Kuiper) potrebbe aver mantenuto un oceano subglaciale grazie al riscaldamento mareale indotto dalla cattura. Plutone (esplorato da "New Horizons") potrebbe anch'esso avere un interno parzialmente liquido. Molti oggetti transnettuniani (TNO) potrebbero avere oceani temporanei o congelati, anche se è difficile confermarlo direttamente. Quindi, l'acqua potrebbe non trovarsi solo vicino all'orbita di Marte: in regioni più lontane potrebbero esistere strati acquosi e potenziali incubatori di vita.
5. Ricerca di biosignature
5.1 Esempi di indicatori di vita
Segnali potenziali di vita negli oceani sotto il ghiaccio possono essere:
- Sbilanciamento chimico: Ad esempio, concentrazioni di ossidanti e riducenti incompatibili tra loro, difficilmente spiegabili con processi non biologici.
- Composti organici complessi: Amminoacidi, lipidi o composti polimerici espulsi nei geyser o nel ghiaccio superficiale.
- Rapporti isotopici: Composizione degli isotopi di carbonio o zolfo che si discosta dai modelli di frazionamento abiotico.
Poiché questi oceani si trovano sotto diversi o addirittura decine di chilometri di ghiaccio, è difficile ottenere direttamente campioni. Tuttavia, i geyser di Encelado o forse le eruzioni di Europa permettono di studiare il contenuto dell'oceano direttamente nello spazio. Strumenti futuri potrebbero rilevare anche piccole quantità di organici, strutture cellulari o firme isotopiche.
5.2 Missioni di indagine diretta e idee di perforazione
Progetti pianificati, come il "Europa Lander" o il "Enceladus Lander", propongono di perforare almeno alcuni centimetri o metri nel ghiaccio fresco o raccogliere materiale espulso dai geyser con strumenti avanzati (ad esempio, gascromatografia-spettrometria di massa, imaging a livello microscopico). Nonostante le sfide tecnologiche (rischio di contaminazione, ambiente radioattivo, fonte energetica limitata), tali missioni potrebbero confermare o smentire in modo decisivo l'esistenza di vita microbica.
6. Il ruolo generale dei mondi oceanici sotto il ghiaccio
6.1 Evoluzione del concetto di “zona abitabile”
Di solito la zona abitabile indica la regione attorno a una stella dove sulla superficie di pianeti rocciosi può formarsi acqua liquida. Tuttavia, con la scoperta di oceani interni alimentati da calore mareale o radioattivo, vediamo che l'abitabilità non dipende necessariamente direttamente dal calore stellare. Perciò i satelliti dei giganti gassosi – anche lontani dalla “zona abitabile classica” – possono avere condizioni vitali essenziali. Quindi, l'abitabilità dei satelliti in orbita nelle regioni esterne dei sistemi esoplanetari è anch'essa una possibilità reale.
6.2 Astrobiologia e origine della vita
Lo studio di questi mondi oceanici illumina percorsi evolutivi alternativi. Se la vita può emergere o persistere sotto il ghiaccio, senza la luce del Sole, allora la sua diffusione nell'Universo potrebbe essere molto più ampia. Negli abissi oceanici terrestri vicino alle sorgenti idrotermali si intravede spesso la possibilità che qui si siano formati i primi organismi viventi; condizioni analoghe nei fondali marini di Europa o Encelado potrebbero creare gradienti chimici favorevoli alla vita.
"6.3 Importanza delle ricerche future"
"Se si riuscisse a trovare evidenti biosignature su un satellite ghiacciato, sarebbe una svolta scientifica enorme, indicando una "seconda genesi della vita" nel nostro Sistema Solare. Ciò cambierebbe la nostra visione della diffusione della vita nello spazio, stimolando ricerche più mirate di esolune in sistemi stellari lontani. Missioni come la NASA "Europa Clipper", orbiter proposti per Encelado o tecnologie avanzate di perforazione sono tappe essenziali per questa svolta astrobiologica."
7. Conclusione
"Oceani subglaciali su satelliti ghiacciati, come Europa e Encelado, sono tra i più promettenti ambienti abitabili oltre la Terra. Il calore mareale, i processi geologici e possibili sistemi idrotermali indicano che anche lontano dal calore solare questi oceani nascosti potrebbero ospitare ecosistemi microbici. Altri corpi – Ganimede, Titano, forse Tritone o Plutone – potrebbero avere strati simili, ciascuno con chimica e geologia proprie."
"La ricerca di biosignature in questi luoghi si basa sull'analisi dell'eiezione (materiale espulso) o, in futuro, sul prelievo di campioni in profondità. Qualsiasi scoperta di vita (o almeno di un sistema chimico avanzato) qui causerebbe una rivoluzione scientifica, rivelando una "seconda" origine della vita nel nostro stesso Sistema Solare. Ciò amplierebbe la comprensione di quanto la vita possa essere diffusa nell'Universo e quali condizioni possa richiedere. Continuando le ricerche, il concetto che la "abitabilità" sia possibile solo nel tradizionale contesto superficiale nella zona abitabile della stella si sta costantemente ampliando, confermando che l'Universo può nascondere habitat per la vita nei luoghi più inaspettati e remoti."
Collegamenti e letture successive
- Kivelson, M. G., et al. (2000). “Misurazioni del magnetometro Galileo: un caso più forte per un oceano sotterraneo su Europa.” Science, 289, 1340–1343.
- Porco, C. C., et al. (2006). “Cassini osserva il polo sud attivo di Encelado.” Science, 311, 1393–1401.
- Spohn, T., & Schubert, G. (2003). “Oceani nei satelliti ghiacciati galileiani di Giove?” Icarus, 161, 456–467.
- Parkinson, C. D., et al. (2007). “Encelado: osservazioni di Cassini e implicazioni per la ricerca della vita.” Astrobiology, 7, 252–274.
- Hand, K. P., & Chyba, C. F. (2007). “Vincoli empirici sulla salinità dell'oceano di Europa e implicazioni per uno strato di ghiaccio sottile.” Icarus, 189, 424–438.