L'astronomia del futuro:
la bioastronomia

Immagine nell'infrarosso (HST) di Giove dopo l'impatto di alcuni frammenti della cometa nell'emisfero meridionale

Si può affermare che il Congresso di Bioastronomia, organizzato dal CNR e tenutosi a Capri nel Luglio 1996, a cui hanno partecipato i tre premi Nobel, Christian de Duve (Biologia), Manfred Eigen (Chimica) e Charles Townes (Fisica), ha aperto nuove frontiere per l'Astronomia moderna. Infatti la Bioastronomia, in cui convogliano tutte le ricerche interessate all'origine, all'evoluzione e all'espansione della vita nell'Universo, è l'unico campo scientifico multidisciplinare il cui filone di ricerca risulta inesauribile dovendosi confrontare con dei temi che costituiscono gli elementi di un mosaico che forse non verrà mai ultimato. Gli ultimi tre anni sono stati estremamente fruttiferi per la ricerca delle origini in quanto si sono susseguiti eventi celesti e scoperte che hanno portato alla conferma di ipotesi avanzate per molti anni, ma mai confermate.

Nel Luglio del 1994, una cometa, la Shoemaker-Levy, spaccatasi in 21 pezzi per effetto del campo gravitazionale gioviano, è piombata nell'emisfero meridionale di Giove dando luogo ad uno spettacolo astronomico che ha la probabilità di ripetersi forse fra un milione di anni. I 21 nuclei con diametri variabili fra 500 metri e un chilometro sono esplosi nel giro di 7 giorni ad una profondità di circa 30 km nell'atmosfera gioviana, liberando un'energia equivalente a 100 milioni di megatoni di TNT (Hiroshima 15 chilotoni) ovvero una potenza d'urto di 10 000 volte superiore a quella di tutto l'arsenale nucleare terrestre.

Al pianeta Giove, la cui massa è 318 volte quella terrestre e la cui atmosfera è in prevalenza costituita da metano, ammoniaca ed idrocarburi vari, questi impatti non hanno creato dissesti planetari. Ma le tracce lasciate dalle esplosioni ci hanno permesso di stabilire per la prima volta ciò che succederebbe sul nostro pianeta in seguito ad un impatto catastrofico da parte di una cometa o di un asteroide.

La cometa, essendo un agglomerato poroso di ghiacci e di polvere, difficilmente riuscirebbe a "bucare" l'atmosfera terrestre (e ciò lo abbiamo visto su Giove), ma esplodendo in seguito all'attrito con i gas atmosferici libererebbe tanta energia cinetica da surriscaldare tutta l'atmosfera di circa 200 gradi. Ciò porterebbe inevitabilmente all'estinzione di tutte le specie viventi sulla crosta terrestre, mentre sopravviverebbero quelle oceaniche. Ciò è successo molte volte nel passato, anche se non si è ancora certi se l'estinzione verificatasi nel cretaceo terziario, 65 milioni di anni fa, sia stata dovuta a comete o asteroidi.

Il satellite di Giove, Europa, fotografato dalla sonda Voyager. Si notano le frastagliature che hanno permesso di stabilire la presenza di acqua liquida nel sottosuolo

Sembra che le estinzioni dovute a eventi catastrofici sul nostro pianeta siano un fenomeno periodico, con una periodicità intorno ai 26 milioni di anni. Si è cercato di dare una spiegazione a tale fenomeno supponendo che circa 100 miliardi di comete siano in orbita di parcheggio a circa 50 000 unità astronomiche dal Sole nella cosiddetta nube di Oort, un conglomerato sferico di comete che circonda il Sistema Solare fin dalla sua origine, circa 4,6 miliardi di anni fa. Per ragioni sconosciute, quali il passaggio periodico di una stella compagna del Sole o il passaggio del Sistema Solare nel suo moto di rivoluzione intorno al centro della Galassia attraverso una nube interstellare, sciami di comete vengono catapultate all'interno del Sistema Solare stesso, bombardando i pianeti e provocando cataclismi cosmici.

In ogni caso le osservazioni effettuate su Giove hanno permesso di capire non solo gli effetti catastrofici delle comete, ma anche il loro fondamentale contributo bioastronomico. Infatti sembra ormai assodato che senza l'apporto da parte delle comete sul nostro pianeta di acqua e di molecole organiche prebiotiche, la vita non si sarebbe potuta evolvere. Infatti, fra 4,5 e 4 miliardi di anni fa, sciami di comete provenienti prevalentemente dal Sistema Solare esterno in via di assestamento hanno depositato sul nostro pianeta tutta l'acqua necessaria alla formazione degli oceani e tutti i composti del carbonio necessari allo sviluppo di aminoacidi, acidi nucleici, proteine, RNA e quindi alla vita. Il più grande quesito della Bioastronomia (o dell'Esobiologia) rimane quello del passaggio da materia organica inerte a materia organica vivente, cioè autoriproducente. I famosi esperimenti di Urey e Miller negli anni '50 hanno dimostrato che una soluzione liquida di molecole organiche semplici si trasforma in catene di aminoacidi nel giro di pochi secondi se sottoposta a scariche elettriche o ad altre forme di alta energia. I risultati di Giove hanno dimostrato, anche grazie alla scoperta dell'acqua e dell'effetto MASER ad essa associato scoperta da noi effettuata con il radiotelescopio del CNR di Medicina, Bologna (C. Batalli Cosmovici, S. Montebugnoli, A. Orfei) che sia l'acqua sia le molecole organiche non vengono distrutte durante gli impatti cometari, bensì arricchiscono e trasformano la chimica originaria dell'atmosfera planetaria. Infatti precedentemente i modelli teorici prevedevano la completa dissociazione delle molecole a temperature d'attrito di 10 000 ·C. Sembra invece che solo gli strati esterni del nucleo cometario ghiacciato (diametro 1-10 km) vengano completamente evaporati e dissociati. Non bisogna dimenticare che l'acqua dissocia a 3500 ·K e che essa è stata osservata anche nella calda atmosfera solare.

Recentemente la scoperta indiretta di acqua liquida sul satellite di Giove Europa da parte della sonda americana Galileo, e dell'acqua solida nelle zone d'ombra polari della Luna, rafforzano ancora di più l'ipotesi dell'origine cometaria.

L'atmosfera di Titano ripresa dalla sonda Voyager

Poiché oramai siamo certi di essere i soli abitanti del nostro Sistema Solare, le ricerche bioastronomiche che coinvolgono prevalentemente gli astrofisici sono convogliate oggi su tre direttive: 1) la ricerca di eventuali forme prebiotiche o biotiche presenti o estinte su altri pianeti solari tramite l'esplorazione spaziale automatica ed umana, 2) la ricerca di pianeti extrasolari che potrebbero ospitare la vita, 3) la ricerca radioastronomica di forme intelligenti tecnologicamente evolute e, quindi, in grado di comunicare via radio.

Per il primo punto Marte, Europa e Titano sono i pianeti e i satelliti solari più interessanti e per i quali sono in corso o in via di progettazione missioni spaziali automatiche. Marte è il candidato numero uno, non solo per la sua maggiore somiglianza alla Terra, ma anche per via del quesito lasciato aperto dalla scomparsa dell'acqua dalla sua superficie e dal ritrovamento di un piccolo meteorite proveniente da esso e caduto nell'Antartide 13 000 anni fa. L'analisi di questo meteorite, denominato AL84001, ha rilevato forme ovulari e vermiformi della grandezza di pochi milionesimi di millimetro che, a detta degli scienziati della NASA, possono essere derivate da passate attività biologiche sul pianeta rosso. Tale ipotesi è stata fortemente contestata dai britannici che hanno invece tentato di dimostrare trattarsi di cristallizzazioni di idrocarburi policiclici aromatici (PAH) come quelli rinvenuti in molti meteoriti non marziani. La risposta definitiva potrà essere fornita soltanto dalle molteplici missioni verso Marte che caratterizzeranno la ricerca spaziale dei prossimi vent'anni.

L'interesse destato della recente scoperta indiretta dell'acqua su Europa, dedotta delle fotografie geologiche del satellite, ottenute a grande risoluzione dalla sonda Galileo, farà sì che la NASA invii una sonda sul satellite in grado di verificare in situ la consistenza di queste osservazioni. Verso Titano invece è già in viaggio la sonda Cassini che nel 2003/4 farà scendere tramite paracadute un minilaboratorio nell'atmosfera e sulla superficie del pianeta in grado di eseguire una dettagliata analisi chimica e rendere nota la capacità evolutiva del satellite che sembra trovarsi allo stato in cui si trovava la Terra 3-4 miliardi di anni fa. Bisogna qui ricordare che le prime specie viventi (procarioti) fossilizzate trovate in Australia datano 3.6 miliardi di anni.

Per il secondo punto, la scoperta indiretta tramite misure di effetto Doppler radiale di 8-10 pianeti extrasolari rende ottimistica la probabilità della scoperta di centinaia di nuovi pianeti nei prossimi anni. Alcuni di questi potranno poi essere analizzati spettroscopicamente onde rilevare eventuali presenze di Ossigeno, Ozono e Acqua.

Infine, per il terzo punto, quello più "fantascientifico", ormai dal 1959 gli Americani hanno dato il via al progetto SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), che si ripropone l'ascolto tramite i radiotelescopi di eventuali segnali radio intelligenti provenienti da sistemi solari simili al nostro. Tale progetto si avvale oggi delle raffinatissime tecnologie che usano spettrometri dotati di 164 milioni di canali in grado di analizzare tutta la volta celeste ed eliminare il rumore di fondo proveniente da sorgenti artificiali terrestri e da sorgenti naturali cosmiche. Anche il radiotelescopio di Medicina, dotato recentemente di uno spettrometro da 4 milioni di canali, sarà in grado a breve termine di partecipare a questo ambizioso progetto insieme a USA, Australia e Francia.

In Italia vi sono attualmente 26 gruppi di astrofisici, chimici e biochimici, biologi e geologi che aderiscono con le loro competenze e le loro strutture al progetto nazionale di Bioastromonia, non ancora finanziato dal CNR. Si spera in un prossimo futuro e nell'ambito della nuova riforma di avere l'opportunità di entrare a far parte in maniera competitiva della comunità bioastronomica internazionale.