CHE COSA RENDE UN PIANETA ABITABILE

Casi studio: Mercurio, Venere, Terra, Luna, Marte, giganti gassosi, Ganimede, Europa, Io, Callisto, Titano e Plutone

In assenza di atmosfera, meteoriti di ogni dimensione urtano il pianeta

Non esistono su Mercurio processi

in grado di cancellare i crateri

MERCURIO

MERCURIO La temperatura superficiale della parte rivolta verso il Sole è di 252 °C, quella della parte in ombra è di -183 °C.

Non c’è acqua nell’atmosfera né sulla superficie.

Non c’è atmosfera.

La vita sulla superficie o nelle sue vicinanze è impossibile, quindi eventuali organismi dovrebbero vivere sotto il suolo e basarsi su energia chimica.

Mercurio e la Terra hanno la stessa composizione chimica di base, ma Mercurio non possiede i processi necessari per il riciclaggio degli elementi chimici importanti per la vita.

Un cratere da impatto, con al centro la montagna che si è formata come conseguenza dell’impatto, qui ricostruita sulla base delle misure radar della sonda Magellan. VENERE

Lo studio della superficie di Venere da parte della sonda Magellan della NASA nel periodo maggio 1989 - ottobre 1994 ha portato un enorme ampliamento della nostra conoscenza del pianeta.La superficie è così calda da fondere in

diversi punti, formando depressioni e canali di lava.

VENEREVenere ha una spessa atmosfera di anidride carbonica che trattiene efficacemente il calore. La temperatura media della superficie è di 464 °C.

Non c’è acqua sulla superficie. Solo l’atmosfera possiede deboli tracce di vapore acqueo (30 parti su un milione).

L’atmosfera di Venere è 92 volte quella della Terra ed è composta per il 97% di anidride carbonica.

Lo spessore delle nubi impedisce alla maggior parte della radiazione di raggiungere la superficie, quindi ogni eventuale forma di vita dovrebbe dipendere dall’energia chimica. Le nubi di acido solforico costituiscono una possibile sorgente di energia chimica.

In generale, Venere e la Terra hanno la stessa composizione chimica, e Venere ha un’attività vulcanica, che le dà modo di riciclare gli elementi chimici importanti per la vita.

TERRA

Delta del fiume Gange tra Bangladesh e India

Canton Ticino, Nord Italia

Vulcano Sarychev, Isole Curili, Giappone

Arcipelago toscano, Italia

TERRALa temperatura media alla superficie è di 15 °C, la massima è di 51 °C e la minima di -89 °C.

Sulla Terra esiste acqua in tutti e tre gli stati (acqua, ghiaccio e vapore acqueo). Il ciclo dell’acqua trasporta questo elemento in quasi tutti i punti del globo.

L’atmosfera terrestre scherma la superficie dalla radiazione ultravioletta dannosa e da molti meteoriti, isola la Terra e funge da sorgente di elementi nutritivi derivati da carbonio e azoto.

Le piante catturano la luce del Sole e rendono possibile la catena alimentare. Gli alti livelli di ossigeno nell’atmosfera permettono alla vita terrestre di usare sorgenti di energia efficaci basate sul carbonio (ad esempio lo zucchero). Molti microbi si basano sull’energia chimica di composti inorganici come quelli dello zolfo o del ferro.

Ogni cosa di cui gli organismi viventi hanno bisogno per costruire e mantenere i propri corpi è già presente sulla Terra. La Terra possiede processi come la tettonica a zolle e l’attività vulcanica che le permettono il riciclo degli elementi chimici necessari alla vita.

Il Polo Sud della Luna

Per gran parte della sua storia la Luna è stata bombardata da asteroidi e comete, quest’ultime ricche d’acqua. Nel 2008 la NASA ha confermato la presenza di depositi di acqua vicino al Polo Sud lunare.

LUNA

Nel cratere Tycho emergono, nell’alba lunare, montagne alte circa 2 km.

E’ possibile, infatti, che quantità significative di acqua possano rimanere sulla sua superficie, in zone all’ombra o inglobate nella crosta.

LUNANon essendoci un’atmosfera a moderare la temperatura, quest’ultima dipende da quanta radiazione cade sulla superficie. La temperatura superficiale media è di -23 °C, la media diurna è di 107 °C e quella notturna di -153 °C.

Non c’è acqua allo stato liquido sulla Luna. Nel 1998 il Lunar Prospector ha rilevato acqua ghiacciata in entrambi i poli lunari.

Non c’è atmosfera. Senza atmosfera la superficie è soggetta a rapidi e significativi sbalzi di temperatura, difficili da affrontare per un organismo vivente.

La Luna riceve la stessa quantità di radiazione solare ricevuta dalla Terra. Gli elementi chimici resi disponibili dall’attività vulcanica presente sulla Luna in un lontano passato può essere stata una possibile fonte di energia.

La Luna e la Terra hanno la stessa composizione chimica di base, ma la Luna manca di processi di riciclo degli elementi chimici vitali.

Queste strutture del terreno marzianoindicano la presenza di acqua correnteIn un lontano passato.

La Valles Marineris è lunga 4000 km, ha una larghezza di 700 kme una profondità di 11 km: 10 volte più lunga, 7 volte più larga e 7 volte più profonda del Gran Canyon.

MARTE

Mons Olympus, il maggior vulcano del Sistema Solare, alto 25 km e del diametro di 624 km.

MARTEAnche se la temperatura superficiale può raggiungere quella terrestre, per pochi minuti al giorno e alle medie latitudini, in media è di soli -63 °C.

Pur non essendoci acqua in superficie, ci sono strutture del suolo che suggeriscono la presenza di acqua corrente in passato. Sembra che ci siano anche spessi strati di permafrost, cioè terreno intrappolati in strati di ghiaccio. Le calotte polari Nord e Sud contengono acqua ghiacciata.

L’atmosfera marziana è per il 95% anidride carbonica. La pressione atmosferica è così bassa (un millesimo di quella terrestre) che l’acqua superficiale evapora subito. L’atmosfera è troppo sottile per proteggere o isolare efficacemente la superficie del pianeta.

Marte è ai limiti della zona di abitabilità e la luce solare è una possibile sorgente di energia. Gli elementi chimici resi disponibili dalla sua passata attività vulcanica potrebbero essere stati una sorgente di energia chimica.

Marte e la Terra hanno la stessa composizione chimica generale. Marte ha avuto un’attività vulcanica per i primi due o tre miliardi di anni, che gli ha dato la possibilità di riciclare gli elementi chimici necessari alla vita.

GIGANTI GASSOSIGiove

Saturno

NettunoUrano

GIGANTI GASSOSILa temperatura esterna delle nubi è intorno ai -200 °C, mentre all’interno raggiunge decine di migliaia di gradi. Il ribollire dell’atmosfera rende estremamente variabile la temperatura del gas da punto a punto e da un istante all’altro.

I giganti gassosi sono composti quasi interamente di idrogeno ed elio, con piccolissime quantità di acqua.

I giganti gassosi rilasciano essi stessi grandi quantità di energia, che mantiene elevata la loro temperatura interna e causa la circolazione continua del gas atmosferico. Le violente tempeste create da questa circolazione sottoporrebbero eventuali forme di vita a drastici sbalzi di temperatura e pressione.

La radiazione solare è debole ma potrebbe ancora essere un’adeguata sorgente di energia. Ottenere quantità sufficienti di elementi chimici in un ambiente gassoso è molto difficile, e questo rende improbabile la disponibilità di energia chimica.

Un ambiente gassoso è troppo diffuso per poter concentrare elementi nutritivi in modo affidabile e costante. E’ molto improbabile che la vita possa essere nata e sopravvissuta in questo ambiente in continuo cambiamento.

GANIMEDE

Le regioni scure sono più antiche e ricche di crateri mentre quelle più chiare sono più recenti con tante scarpate che si sono formate dai movimenti della crosta ghiacciata sotto la superficie. Queste regioni chiare sono fatte di materiale altamente riflettente, come ad esempio ghiaccio trasudato in superficie dall’interno.

Si pensa vi sia un oceano di acqua salata a circa 200 km di profondità in mezzo a due strati di ghiaccio. Ganimede è il maggiore dei satelliti di Giove.

GANIMEDE (satellite di Giove)

A mezzogiorno, all’equatore, la temperatura media della superficie è di -121 °C.

La superficie di Ganimede e i suoi strati superiori sono una misura omogenea di roccia e acqua ghiacciata. Non ci sono sorgenti note di calore che possano sciogliere il ghiaccio.

Non è praticamente presente un’atmosfera.

La luce del Sole può essere una sorgente adeguata di energia. Non ci sono processi geologici noti che rendano disponibili gli elementi chimici necessari per quegli organismi che si basano su energia chimica.

Ganimede è un corpo solido e probabilmente possiede i materiali necessari alla vita. Tuttavia, sembra non avere nessun processo di riciclaggio degli elementi chimici importanti per la vita.

EUROPAEuropa è ritenuto uno dei luoghi con più alta probabilità di ospitare forme di vita nel Sistema Solare.

Qui infatti vi è la probabilità di un oceano liquido sotto i ghiacci superficiali, con uno scambio di materiale tra lo strato ghiacciato esterno e l’acqua liquida sottostante, che fa aumentare la probabilità di ospitare forme di vita.

Caratteristica interessante di Europa è data dalle sue striature, probabilmente formatesi dall’eruzione di ghiaccio più caldo di quello in superficie, che ha spaccato lo strato esterno e aprendolo, lasciando in questo modo esposti gli strati sottostanti, più caldi.

EUROPA (satellite di Giove)

A mezzogiorno, all’equatore, la temperatura media è di -145 °C.

Europa è ricoperto da una crosta di acqua ghiacciata di spessore variabile fra 1 e 10 km, che probabilmente copre un oceano di acqua profondo 60-100 km.Un oceano così grande conterrebbe più acqua di quella di tutti gli oceani terrestri.

Non è presente atmosfera.

La luce del Sole può essere un’adeguata sorgente di energia. Gli scienziati pensano che il nucleo di Europa sia abbastanza caldo affinché il satellite possieda un’attività vulcanica sotto il suo oceano. Tale attività può rendere disponibili composti ricchi di energia, come quelli dello zolfo. La crosta ghiacciata di Europa è cosparsa di uno spesso strato di composti dello zolfo prodotti in eruzioni vulcaniche.

Europa è un corpo solido e i materiali necessari allo sviluppo di vita sono probabilmente presenti. Una possibile attività vulcanica e un grande oceano forniscono diversi modi per riciclare gli elementi chimici importanti per la vita.

IO

Questa macchia scura è la fase iniziale di una grande eruzione catturata nel 1997.

E’ l’oggetto più attivo del nostro Sistema Solare: sono stati contati ben 400 vulcani attivi.

La lava fa sì che vi siano continui cambiamenti della sua superficie con tonalità di colore differenti: giallo, rosso, bianco, nero, verde, per via dei composti di zolfo della lava. Sono state osservate delle colate laviche lunghe anche 500 km che segnano la superficie di Io. 

IO (satellite di Giove)

A mezzogiorno, all’equatore, la temperatura media è di -150 °C. Nelle regioni di attività vulcanica, la lava che investe la superficie può raggiungere i 1250 °C.

Io è teatro di una notevole attività vulcanica, più di ogni altro corpo del Sistema Solare. Tale attività, insieme con le alte temperature del suo interno, eliminano tutta l’acqua, infatti non c’è traccia di acqua allo stato liquido o ghiacciato su Io.

Non c’è atmosfera, ma Io è circondato da un sottile strato di composti solforici prodotti dall’attività vulcanica.

La luce del Sole può essere una sorgente adeguata di energia. L’attività vulcanica ha ricoperto la superficie di Io di composti come zolfo e diossido di zolfo. Sulla Terra molti microbi usano tali composti come sorgenti di energia.

Io è un corpo solido e i materiali necessari per la vita sono probabilmente presenti. L’attività vulcanica potrebbe servire per il riciclaggio di elementi chimici importanti per la vita.

CALLISTOCallisto è l’oggetto del Sistema Solare più pesantemente craterizzato.

Crateri e anelli sono le uniche strutture che si osservano sulla sua superficie: non vi sono grandi montagne o altre caratteristiche.

Infatti, lo scontro del ghiaccio che ricopre tutta la superficie del satellite, ha cancellato i crateri e le montagne più grandi.

Il Bacino Valhalla è il più grande cratere su Callisto: vi è una regione centrale brillante larga 600 km e una serie di anelli concentrici che raggiungono i 3600 km di diametro.

CALLISTO (satellite di Giove)

A mezzogiorno, all’equatore, la temperatura media è di -108 °C.

Callisto appare come un misto di roccia e ghiaccio. La sua bassa densità suggerisce che vi sia una composizione uguale di materiale roccioso e di ghiaccio d’acqua. Si pensa che a una profondità di 50-200 km vi sia uno strato di acqua liquida salata dello spesso di 10 km.

Callisto ha un’atmosfera molto tenue composta da anidride carbonica che viene continuamente alimentata dalla sublimazione del ghiaccio di anidride carbonica presente sulla sua superficie, altrimenti il satellite perderebbe la sua atmosfera in pochissimi giorni.

La luce del Sole può essere una sorgente di energia adeguata. Se c’è uno strato di acqua salata sotto la superficie, gli organismi potrebbero contare sull’energia chimica.

Come su Europa e Ganimede, si pensa che la vita microbica possa esistere in un oceano salato sotto la superficie di Callisto. Tuttavia, su Callisto le condizioni sembrano essere meno favorevoli.

TITANOTitano è l’unico satellite del Sistema Solare dotato di una densa atmosfera.

Dalle osservazioni della sonda Cassini della NASA si ipotizza che vi siano mari sulla sua superficie, in parte evaporati lasciando delle “saline” simili a quelle sulla Terra (in arancione). Il suolo di ghiaccio d’acqua è indicato in verde.

La prima immagine ricevuta dalla sonda Huygens atterrata sulla superficie di Titano il 14 gennaio 2005.

I mari e i laghi sono concentrati soprattutto nella zona polare nord di Titano, composti di metano quasi puro, uno in particolare raggiunge la profondità di 160 metri.

Le temperature medie su Titano sono dell’ordine di -170°C per cui il metano e l’etano sono liquidi, e non gas come sulla Terra.

Mari e laghi sulla superficie di Titano.

TITANO (satellite di Saturno)La temperatura superficiale media è di -170 °C.

Nonostante una fitta coperta di nebbia, la superficie di Titano è stata osservata dalla sonda Huygens della NASA nel 2005 mostrando un altopiano solcato da un gran numero di fiumi, valli scoscese e canyon profondi fino a 100 metri. La sonda Cassini poi ha rivelato una superficie coperta di laghi e fiumi di metano/etano.

Titano ha una pressione atmosferica che è circa una volta e mezza quella della Terra. E’ composta per il 90-97% da azoto e per il 3-10% da metano. Una composizione molto più simile alla Terra di quanto lo siano quelle di Marte e Venere, composte da diossido di carbonio.

A questa distanza dal Sole, la luce della nostra stella è troppo debole per rappresentare una possibile fonte di energia. Gli organismi viventi devono ripiegare sull’energia chimica.

Le reazioni che avvengono grazie alla luce del Sole possono trasformare il metano in amminoacidi, mattoni fondamentali della Vita. Possono inoltre unirsi in molecole complesse e ricadere al suolo sotto forma di pioggia. Poi potrebbero accumularsi, ricoprendo la superficie con uno spesso strado di idrocarburi. Queste condizioni potrebbero essere simili a quelle presenti nella Terra primordiale.

PLUTONEPlutone, da una distanza di 766 mila km dalla superficie. Il polo nord del pianeta è in cima, le aree scure sono all'equatore. Sulla superficie si notano i segni di impatti e attività superficiali. Potrebbero esserci persino segni di attività tettonica passata o presente.

 La struttura a forma di cuore era nota da decenni ed era stata osservata anche da Terra. New Horizons sta aiutando a capire meglio come si è formata, e quali materiali la costituiscono. 

Queste gigantesche strutture, che si innalzano per diverse migliaia di metri e che si stendono su decine di chilometri di superficie sono molto probabilmente dei vulcani.

PLUTONE La temperatura media superficiale è di -225 °C.

Plutone ha una superficie ricoperta da numerose piccole regioni di ghiaccio d’acqua. La presenza di montagne, alte anche fino a 3,3 km, è un mistero, perché ancora non c’è un modello che spieghi la formazione di montagne su un mondo piccolo come Plutone. Vi è una regione più antica, e con più crateri, e una regione più giovane, senza crateri. Sono stati mappati più di un migliaio di crateri.

Dalle immagini della sonda New Horizons Plutone ha una sottilissima atmosfera di azoto, metano e monossido di carbonio che appare di colore blu.

A questa distanza dal Sole, la luce solare è troppo debole per essere un’adeguata sorgente di energia. Eventuali organismi dovrebbero utilizzare solo energia chimica.

Plutone e la Terra hanno più o meno la stessa composizione chimica, ma su Plutone non esistono processi di riciclo degli elementi chimici importanti per la vita.

CHE COSA RENDE UN PIANETA ABITABILE in breve

Cura e ricerca iconografica:SABRINA MASIERO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI

PADOVA

Fonti:Testo originale di Chris Randall (TERC/NASA) con l'aiuto del gruppo di astrobiologia del TERC/NASA. Sponsorizzato dal gruppo di Astrobiologia della NASA. Questo testo è stato sviluppato sulla base del manuale di Astrobiologia – La vita sulla Terra … e da qualche altra parte? http://archive.oapd.inaf.it/othersites/altrimondi/manuale/schedepianeti.html e tenendo conto delle ultime scoperte sui pianeti del nostro Sistema Solare dalle missioni NASA/ESA.

Immagini:Mercurio: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington. Fonte: Messenger NASA : https://www.nasa.gov/mission_pages/messenger/main/index.html Venere: NASA/JPL/Magellan mission. Fonte: http://www2.jpl.nasa.gov/magellan/Terra: in alto a sinistra:- delta del fiume Gange: NASA/JPL/ STS066-100-027, 1994; in basso a sinistra: Canton Ticino, Nord Italia, Paolo Nespoli ESA/NASA, Fonte Flickr: https://www.flickr.com/photos/magisstra/5363155789/ ; in basso a sinistra vulcano Sarychev, nelle isole Curili, a nord-est del Giappone-NASA/ISS; in basso a destra - arcipelago toscano, NASA/ESA/Samantha Cristoforetti.Luna: Luna (centro), fonte: http://www.spittalschool.org.uk/Pages/Astronomy3.html, le altre immagini sono di NASA/LRO Marte: tutte le immagini sono di NASA/JPL-Caltech/University of ArizonaGiganti gassosi: fonte immagine - https://tallbloke.files.wordpress.com/2013/09/jovians.jpg ; Giove, Saturno, Urano e Nettuno: NASA/JPL-Caltech.Ganimede, Europa, Io, Callisto, Titano e Plutone: NASA/JPL e NASA/JPL/Huygens Cassini/New Horizons