Il CNR all'avanguardia
in Europa nella ricerca
di vita extraterrestre

Fig. 1: Saturno con i suoi satelliti fotografati dalla sonda Voyager della NASA

Gli ultimi 15 anni sono stati estremamente ricchi di nuove scoperte astronomiche sia da Terra che dallo Spazio, in special modo per quello che riguarda la Bioastronomia (vedi Ricerca & Futuro nn. 1 e 8).

Questo nuovo ramo della scienza moderna, per lo più sconosciuto in Italia fino al 1993, fu ufficializzato dall'Unione Astronomica Internazionale (IAU) venti anni fa per raggruppare tutte quelle discipline scientifiche rivolte allo studio dell'origine, dell'evoluzione e dell'espansione della vita nell'Universo. Fin dagli anni '50, quando con un famoso esperimento i chimici americani Harold Urey e Stanley Miller mostrarono come molecole organiche semplici, presenti nell'atmosfera primordiale terrestre, potessero trasformarsi in molecole prebiotiche in presenza di scariche elettriche, nacque la Esobiologia, che però non coinvolgeva le ricerche astrofisiche per mancanza di adeguata strumentazione.

A partire dal 1973, con l'avvento della Cometa Kohoutek, iniziò lo studio delle comete in tutte le regioni dello spettro elettromagnetico sia da Terra che dallo Spazio e ci si rese conto del ruolo fondamentale che le comete assumevano riguardo al problema dell'origine della vita nell'Universo.

Le scoperte fatte in situ dalla sonda spaziale GIOTTO, che nel Marzo del 1986 si avvicinò a soli 600 km dal nucleo della Cometa di Halley, e quelle ancora più fortunate, ottenute grazie all'osservazione di tre comete eccezionali - Shoemaker-Levy nel 1994, Hyakutake nel 1996 e, infine, la cometa del secolo, Hale-Bopp nel 1998 - hanno contribuito notevolmente ad avvalorare l'ipotesi che le comete avessero importato sul nostro Pianeta, come su milioni di pianeti della Galassia, sia il materiale organico sia l'acqua, necessari allo sviluppo della vita.

Fig. 2: il Radiotelescopio di Medicina (BO) con cui vengono eseguite le osservazioni di comete e di eventuali pianeti extrasolari

I tre compiti più ardui della bioastronomia possono essere così sintetizzati:

1) capire qual è il processo vitale che ha portato dalla materia organica inerte a quella vivente,

2) perché questo processo ha avuto luogo solo sul nostro Pianeta nel Sistema Solare,

3) se esso è un processo universale, che si può cioè ripetere un numero illimitato di volte nell'Universo.

Il primo compito, certamente il più arduo, è affidato a biochimici e biologi, ma la soluzione è ancora molto lontana.

Il secondo potrà essere risolto una volta ultimata l'esplorazione automatica e umana del Sistema Solare.

Per il terzo compito si dovrà aspettare la scoperta di vita primordiale ed intelligente in altri sistemi planetari della Galassia, ma la durata di tale attesa non è certamente prevedibile a priori.

Con l'attuale tecnologia astronomica non siamo ancora in grado di "vedere" un pianeta orbitante attorno a stelle che distano decine o centinaia di anni luce da noi, in quanto la luce stellare riflessa da un pianeta è miliardi di volte più debole di quella emessa dalla stella stessa e la risoluzione spaziale del telescopio non ci permette di separare le due emissioni. Pertanto, gli astronomi sono dovuti ricorrere a metodi indiretti che nell'ottobre 1995 hanno portato alla scoperta del primo pianeta extrasolare intorno alla stella "51 Pegasi", grazie al metodo sviluppato dagli astronomi svizzeri Michel Mayor e Didier Queloz.

Fig. 3: concezione artistica dell'avvicinamento di un corpo celeste contenente ghiaccio d'acqua ad un pianeta gigante (Copyright Lynette Cook)

Il metodo si basa sul principio fisico dell'oscillazione stellare dovuta al campo gravitazionale di un corpo massiccio orbitante intorno alla stella. La forza esercitata dal pianeta costringe la stella a descrivere un impercettibile movimento circolare o ovale nello spazio, che altro non è che una replica in miniatura dell'orbita del pianeta.

L'oscillazione stellare che ne risulta è indice della presenza di un pianeta orbitante, anche se esso non può essere osservato direttamente.

L'oscillazione stellare però è molto difficile da rilevare, data la grande distanza della stella da noi. Se un alieno osservasse il nostro Sole da una distanza di 30 anni luce lo vedrebbe muoversi nel cielo con un'impercettibile orbita circolare, avente un raggio di appena un settimo di un milionesimo di grado. Ciò vuol dire che l'orbita descritta dal Sole apparirebbe nel cielo come una moneta da 10 lire ad una distanza di 10.000 km.

La raffinata tecnica usata da Mayor si basa sull'effetto Doppler radiale che ha luogo quando un oggetto si allontana o si avvicina all'osservatore. Quando una stella oscilla in direzione della Terra, la sua luce ci appare spostata verso la regione blu dello spettro elettromagnetico, ovvero verso lunghezze d'onda più corte rispetto alla posizione di quiete. Mentre se l'oscillazione allontana la stella da noi, lo spostamento avviene verso la regione rossa, cioè verso lunghezze d'onda maggiori.

Dallo spostamento Doppler (Blue o Red Shift) si può pertanto determinare la velocità della stella.

Tale velocità è estremamente bassa, nel caso del Sole appena 12,5 m/sec, e per rivelare pianeti extrasolari l'errore nella misura deve essere minore di 10 m/sec (36 km/h).

Gli americani Geoffrey Marcy e Paul Butler della S. Francisco State University, raffinando tale tecnologia fino a portare la precisione a 3 m/sec, sono riusciti fino ad oggi a scoprire una trentina di pianeti giganti extrasolari. Nel caso della scoperta di "51 Pegasi", si osservò che il Doppler Shift della stella variava in modo periodico, prima verso il blu e poi verso il rosso. L'analisi di tale sinusoide portò alla conclusione che un pianeta gigante (di tipo Gioviano) molto vicino alla stella vi orbitava con un periodo di 4,2 giorni ad una velocità di 482.000 km/h, più di 4 volte la velocità di rivoluzione della Terra intorno al Sole. Con questo metodo si può pertanto determinare la distanza del pianeta dalla stella, il suo periodo di rivoluzione, la sua massa e l'eccentricità dell'orbita. Nessuna informazione può invece essere ottenuta riguardo a pianeti più piccoli, di tipo terrestre, orbitanti intorno alla stella, in quanto la loro forza gravitazionale è irrilevante rispetto a quella dei pianeti giganti e non è sufficiente per essere rilevata separatamente.

I pianeti giganti così scoperti non sono però interessanti per la bioastronomia, in quanto le loro condizioni fisiche non permetterebbero lo sviluppo di alcuna forma di vita. Inoltre, la tecnica Doppler non dà alcuna informazione spettroscopica riguardo alla composizione chimica di un'eventuale atmosfera planetaria. In futuro, grazie alla presenza di coppie di telescopi spaziali o lunari in grado di lavorare in modo "interferometrico", sarà possibile ottenere la risoluzione spaziale necessaria per occultare la stella e "vedere" direttamente anche pianeti di tipo terrestre su cui eseguire poi l'analisi spettroscopica.

Nel frattempo a Medicina (Bologna), grazie ad una importante scoperta effettuata nel 1994 durante l'impatto della Cometa Shoemaker-Levy con Giove, abbiamo sviluppato un nuovo metodo che, se coronato da successo, ci permetterà di scoprire l'acqua su pianeti extrasolari e, quindi, la possibilità di uno sviluppo prebiotico o biologico.

Nel luglio 1994 i 21 nuclei della Cometa Shoemaker-Levy sono piombati nell'emisfero meridionale di Giove ad una velocità di 240.000km/h dandoci la possibilità, forse unica per milioni di anni a venire, di studiare le conseguenza di un impatto catastrofico con l'atmosfera di un pianeta (Ricerca & Futuro n. 8).

In quella occasione, usando uno spettrometro multicanale con 132.000 canali, costruito in collaborazione fra l'Area della Ricerca di Roma - Tor Vergata e l'Istituto di Radioastronomia (IRA) di Bologna, accoppiato alla parabola di 32 metri del Radiotelescopio di Medicina, ci è stato possibile scoprire il primo effetto MASER nel Sistema Solare, dovuto all'emissione a 22 GHz della linea dell'acqua. Si è infatti osservata una nube di vapor acqueo di sicura origine cometaria nell'alta ionosfera di Giove, che emetteva, in seguito alle particolari condizioni fisiche createsi, un'intensa linea MASER (corrispondente del LASER nella regione delle microonde) (vedi fig. 4).

Fig. 4: scoperta della linea MASER durante l'impatto del frammento "E"
della cometa Shoemaker - Levy con Giove

L'effetto MASER è ben conosciuto in Astrofisica in quanto intense linee vengono osservate nelle nubi interstellari ove le condizioni fisiche sono ben diverse da quelle delle atmosfere planetarie.

Lo scrivente ha pertanto pensato di usare tale scoperta come mezzo diagnostico per la ricerca di pianeti extrasolari le cui atmosfere vengono (o sono state) bombardate da comete, così come è avvenuto sulla Terra fra 4,5 e 4 miliardi di anni fa. Inoltre, si è calcolato che, indipendentemente dall'interazione cometaria, in particolari condizioni fisiche dell'atmosfera planetaria, sarebbe possibile rilevare la presenza di effetti MASER locali, sia per l'acqua sia per altre molecole che emettono nel radio, come l'ossido di Silicio (SiO), rivelabili con la nostra strumentazione fino ad una distanza di 50 anni luce.

Insieme con Stelio Montebugnoli e Giuseppe Maccaferri dell'IRA del CNR e con Sergej Pogrebenko dello JIVE (Dwingeloo - Olanda) è stato pertanto avviato, con la medesima strumentazione usata per lo studio della Cometa Shoemaker-Levy (oltre che della Hyakutake e della Hale-Bopp), un programma di ricerca della linea a 22 GHz dell'acqua in selezionati oggetti extrasolari. Si sono scelti oggetti stellari ove è già stata scoperta la presenza di pianeti giganti e oggetti, come Epsilon Eridani, intorno ai quali è stata rivelata la presenza di nubi cometarie o di dischi protoplanetari.

Si sta attualmente trattando la partecipazione del Radiotelescopio da 64 metri di Parkes (Australia) per quello che riguarda oggetti osservabili solo nell'emisfero australe. Quando sarà ultimato il radiotelescopio da 64 metri in Sardegna, la nostra ricerca sarà molto avvantaggiata, in quanto potrà essere estesa a oggetti molto più lontani con tempi di osservazione molto più brevi. Attualmente sono necessarie circa 100 ore di integrazione per ogni oggetto.

Contemporaneamente, sotto la responsabilità di Stelio Montebugnoli dell'IRA, è stato avviato anche il progetto SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence), servendosi di uno spettrometro con 24 milioni di canali (SERENDIP), fornito dall'Università di Berkeley (USA).

Al progetto SETI, iniziato da Frank Drake negli USA (1960) con un solo canale spettroscopico, e finanziato unicamente da fondazioni private, partecipano oltre all'Italia, l'Australia e l'Argentina.

Fig. 5: concezione artistica di un pianeta di tipo terrestre contenente acqua e ruotante intorno ad un pianeta gigante di tipo Gioviano (Copyright Lynette Cook)

Il sistema SERENDIP è un sistema che lavora in modo passivo (Piggyback), cioè osserva 24 ore su 24 indipendentemente dai programmi e dalla posizione del radiotelescopio.

I dati vengono accumulati ed analizzati grazie ad un sofisticato software che è in grado di differenziare un segnale "intelligente" proveniente dal cosmo dai milioni di segnali di rumore elettromagnetico provenienti dalla ionosfera terrestre, oltre che dall'intera galassia a 24 milioni di frequenze differenti.

La ricerche d'avanguardia scientifica e tecnologica qui descritte non hanno ottenuto alcun finanziamento finalizzato da parte dell'allora Comitato Nazionale per le Scienze Fisiche del CNR (ora soppresso insieme agli altri 14 Comitati di Consulenza) e si spera ora in una maggiore apertura e sensibilità da parte degli organi decisionali recentemente istituiti, affinché l'Italia possa far parte in maniera più competitiva della sempre più crescente comunità bioastronomica internazionale.