Qui sulla Terra, la vita ha preso piede molto presto nella storia del nostro pianeta e da allora non solo è sopravvissuta, ma ha prosperato. Sebbene tutti i mondi rocciosi del nostro Sistema Solare possano essere nati con ingredienti grezzi simili, inclusi gli atomi e le molecole precursori che pensiamo siano necessari per la vita, non tutti i mondi possiedono le giuste condizioni e proprietà perché la vita come la conosciamo possa sorgere e sostenersi.
La Terra ha semplicemente una combinazione di caratteristiche favorevoli.
Quindi dove e come dovremmo cercare la vita nel nostro cortile cosmico al di fuori della Terraa? Ci sono numerose buone opzioni, tra cui:
- Marte, il nostro fratello più freddo e più piccolo che sembra avere avuto acqua liquida in passato per più di ~ 1 miliardo di anni, e potrebbe ancora ospitare prove di vita antica o addirittura dormiente,
- Venere, che potrebbe essere stata simile alla Terra prima di soccombere a un effetto serra incontrollabile, e che potrebbe avere forme di vita nelle sue nuvole ad alta quota,
- Europa ed Encelado, lune ghiacciate di Giove e Saturno, con oceani liquidi sotto la superficie e geyser che portano quel materiale liquido attraverso la crosta ghiacciata e alla luce solare diretta,
- Titano, la luna gigante di Saturno con un’atmosfera più densa della Terra e ricca di metano liquido sulla sua superficie,
- Plutone e Tritone, che sono grandi mondi ghiacciati della fascia di Kuiper, entrambi con modelli meteorologici complessi e un oceano liquido sotto la superficie.
Tuttavia, una possibilità spesso trascurata è la luna più grande del nostro Sistema Solare: il terzo satellite galileiano di Giove, Ganimede. Con la recente scoperta di vapore acqueo nella sua atmosfera sottile, potrebbe essere il candidato trascurato ma ovvio per la vita.
Per quanto possiamo dire, ci sono alcune proprietà che sono assolutamente essenziali per la nascita della vita su un pianeta, e altre poche proprietà che la Terra possiede, ma che possono o meno essere essenziali, facoltative o completamente irrilevanti quando si tratta di sostenere e mantenere un mondo vivo. Quelle essenziali – almeno per la vita basata sulla chimica che conosciamo – includono:
- gli elementi essenziali per la vita, come carbonio, ossigeno, azoto, idrogeno e fosforo,
- configurati come elementi costitutivi essenziali come zuccheri, amminoacidi e altre molecole vitali,
- una fonte di energia esterna dall’ambiente con un gradiente energetico, che consente di estrarre lavoro utilizzabile,
- e acqua liquida, che è assolutamente obbligatoria in tutti i processi vitali che avvengono qui sulla Terra.
Tuttavia, come notato sopra nell’elenco dei mondi candidati nel nostro Sistema Solare in cui la vita può esistere, attualmente o in precedenza, questi criteri sono probabilmente necessari, ma non sufficienti, perché la vita sorga e si sostenga. Sulla Terra, possediamo una combinazione di fattori aggiuntivi che sembrano essere amichevoli per il tipo di vita che conosciamo, ma che possono o meno essere requisiti.
La Terra possiede anche:
- un campo magnetico sostanziale che la circonda,
- generato da un nucleo metallico attivo,
- con un profondo oceano di acqua liquida e masse di terra di diversa topografia,
- possiede un’atmosfera sostanziale con una pressione non trascurabile in superficie,
- con temperature giorno/notte che variano notevolmente, ma non di centinaia di gradi,
- con un’interfaccia acqua/roccia liquida sul fondo degli oceani,
- alimentata dalla luce solare esterna e dal calore del nucleo interno, che creano gradienti energetici,
- un satellite relativamente grande, vicino, in grado di creare forze differenziali (di marea) sostanziali ma non catastrofiche sul nostro pianeta.
Fino a quando non avremo un campione sostanziale di mondi in cui la vita è sorta, ha preso piede e si è sostenuta indipendentemente su scale temporali cosmologiche, non abbiamo idea di quali – se ce ne sono – di queste proprietà della Terra siano importanti per il successo della vita su un pianeta, una luna, o altro oggetto.
Ganimede, la luna più grande del sistema solare
Tuttavia, guardando questo elenco e le proprietà degli altri mondi nel nostro Sistema Solare, vale la pena dare un’occhiata a Ganimede: la luna più grande che conosciamo e l’ottavo oggetto più grande che gira intorno al Sole in generale.
Ganimede è la terza delle quattro grandi lune di Giove, con la luna vulcanica Io ed Europa ricca di ghiaccio situati all’interno, e Callisto, ricca di crateri, che orbita al di là di essa. Ganimede è agganciato a Giove, il che significa che punta sempre la stessa “faccia” verso il pianeta gigante gassoso, ma poiché è relativamente vicino a Giove a una distanza orbitale di ~ 1,07 milioni di chilometri, riesce comunque a completare una rivoluzione completa intorno a Giove – e quindi, una rotazione completa di 360° attorno al suo asse, ogni ~7 giorni.
Uno sguardo superficiale a Ganimede potrebbe portarti a credere che sia un mondo come la Luna o Mercurio: un mondo in gran parte senz’aria, spogliato della sua atmosfera e pesantemente craterizzato. Il suo colore blando e grigiastro nelle fotografie lo fa sembrare ancora più simile a quei due mondi, completamente insignificanti e, si potrebbe pensare, completamente inospitali alla vita.
In effetti, ha un’atmosfera molto sottile e una pressione superficiale di circa 1 micropascal, fornita da uno strato di gas (principalmente ossigeno). Ci vorrebbero circa 100 miliardi di atmosfere di Ganimede tutte ammucchiate l’una sull’altra per raggiungere le pressioni che troviamo qui sulla Terra.
Senza un’atmosfera, perché dovremmo considerare Ganimede un mondo interessante da esaminare per la vita?
Certo, Ganimede ha un’atmosfera molto sottile, e con un’atmosfera che fornisce così poca pressione, è impossibile avere acqua liquida sulla sua superficie. Niente acqua liquida, niente vita, caso chiuso, giusto?
Quanto saremmo chiusi di mente se fosse lì che interrompessimo la nostra linea di indagine. Sì, è molto improbabile che si verifichino processi vitali sostanziali sulla superficie di Ganimede. Ma quando osserviamo l’atmosfera in dettaglio – come ha fatto di recente un nuovo studio con i dati d’archivio di Hubble – scopriamo che l’atmosfera di Ganimede ha delle idrofirme: abbondanti quantità di vapore acqueo.
Trovare vapore acqueo e ossigeno su Ganimede ci dice che la superficie ghiacciata di quel mondo interagisce con il clima spaziale che la colpisce, e questo nonostante il forte campo magnetico di Giove. L’ossigeno molecolare viene prodotto quando le particelle cariche impattano ed erodono il ghiaccio sulla superficie, indicando che le particelle del vento solare attraversano l’atmosfera.
Il vapore acqueo, invece, deve formarsi per sublimazione: ci devono essere regioni ghiacciate che si scaldano a sufficienza perché non solo si produca vapore acqueo, ma sia abbastanza caldo da fuoriuscire termicamente nel resto dell’atmosfera. Nonostante i forti effetti magnetici schermanti di Giove e l’aspetto congelato di Ganimede, i pezzi del puzzle mettono insieme una storia allettante.
Quando furono effettuate le prime osservazioni ultraviolette di Ganimede – dallo strumento STIS (spettroscopico) di Hubble nel 1998 – gli astronomi ebbero una piccola sorpresa: c’erano bande di attività aurorale che circondavano la luna, prova che Ganimede non è solo incorporato nel campo magnetico di Giove ma che genera un proprio campo magnetico. La combinazione di questi due campi, quello di Giove e quello di Ganimede, può portare a particelle che si incanalano sulla superficie di Ganimede, data la sua atmosfera sottile, creando l’atmosfera di ossigeno che osserviamo.
Ma come fa Ganimede a mantenere un campo magnetico? Per capirlo, dobbiamo guardare all’interno di Ganimede, ed è lì che la storia si trasforma da “ok, seguiamo gli indizi per vedere dove conducono” in “oh wow, forse siamo stati troppo veloci nel non considerare Ganimede un potenziale mondo abitabile”.
Sì, Ganimede ha un’atmosfera quasi trascurabile. E sì, fa freddo: si va dai 70 K al massimo, sul lato notturno quando è all’ombra di Giove, ai 152 K, le temperature massime diurne osservate dalla sonda Galileo. E ci sono grandi quantità di ghiaccio sulla sua superficie; circa il 50% o più della superficie è ghiacciata, per lo più ghiaccio d’acqua. Altri composti includono ammoniaca, vari solfati e anidride solforosa. Ma le cose si fanno davvero, davvero interessanti, quando si tratta di Ganimede, quando esaminiamo cosa deve succedere al suo interno.
La crosta esterna di Ganimede è in gran parte costituita da ghiaccio, in particolare ghiaccio d’acqua che forma una struttura cristallina esagonale. Sebbene sia rivestito di argille e solchi, con calotte polari, si pensa che quei minerali siano arrivati in gran parte miliardi di anni fa, quando il tasso di crateri da impatto era molto alto. I campi magnetici di Ganimede proteggono le regioni equatoriali, ma consentono ai plasmi solari di colpire i poli, provocando il gelo osservato alle alte latitudini. Negli ultimi 3,5 miliardi di anni circa, tuttavia, l’esterno di Ganimede è rimasto sostanzialmente invariato.
All’interno, però, quella struttura di ghiaccio cristallino si estende verso il basso per parecchio: circa 160 chilometri. Al di sotto di questo, le temperature e le pressioni diventano abbastanza alte che l’acqua non rimane più nella sua fase solida, ma diventa liquida.
In altre parole, c’è in realtà un oceano denso e profondo sotto la superficie sotto il terreno apparentemente arido che ricopre la superficie di Ganimede, che si estende fino a una profondità di circa 800 km, o quasi un terzo del suo centro. Al di sotto c’è sicuramente un altro strato di ghiaccio, e forse più strati di ghiaccio e liquido in varie fasi, fino ad arrivare al mantello roccioso, che potrebbe essere a sua volta a contatto con uno strato di acqua liquida.
L’interfaccia mantello-acqua sul fondo di un oceano convettivo aumenterebbe notevolmente le temperature: circa 40 K superiori a quelle trovate al confine tra ghiaccio e acqua che si trova sopra di esso. Più in basso, sotto il mantello, c’è un nucleo di metallo liquido che circonda un nucleo solido di ferro-nichel, che si pensa abbia un raggio di ~500 km, una temperatura di circa ~1600 K e una densità approssimativamente uguale a quella del pianeta Mercurio (circa tre volte la densità complessiva di Ganimede nel suo insieme). La convezione nel nucleo è la spiegazione generalmente accettata del campo magnetico osservato da Ganimede.
Con queste proprietà interne, Ganimede si trasforma all’improvviso da un mondo arido, simile alla Luna della Terra, a uno con forse le migliori possibilità di vita nel suo oceano profondo sottoterra, all’interfaccia tra lo strato più basso degli oceani liquidi e il caldo , manto roccioso. Proprio come abbiamo un insieme unico di organismi estremofili che prosperano intorno e sono adattati in modo univoco agli ambienti che circondano le bocche idrotermali qui sulla Terra, è eminentemente possibile che qualcosa di molto, molto simile stia accadendo a circa 800 chilometri più in basso, all’interfaccia oceano/mantello , su Ganimede.
Se esaminiamo le nostre liste di controllo di prima, scopriamo che Ganimede spunta quasi tutte le caselle. Dall’elenco essenziale, ha:
- gli elementi essenziali per la vita,
- possiede quasi certamente quegli elementi configurati in biomolecole come amminoacidi e zuccheri,
- con una fonte di energia esterna sotto forma di calore dall’interno della luna (aumentata dalle maree indotte da Giove),
- e con abbondanti quantità di acqua liquida nell’ambiente in cui la vita può prosperare.
Inoltre, tra gli ingredienti che la Terra possiede ma che possono o meno essere essenziali o addirittura favorevoli alla vita, Ganimede mostra:
- cioè ha un sostanziale campo magnetico interno ed esterno,
- generato da un nucleo metallico attivo ed essendo in prossimità di Giove,
- con un oceano sotterraneo di acqua liquida e profonda,
- all’interno della quale la pressione non è trascurabile pur avendo a malapena un’atmosfera,
- con temperature giorno/notte che variano notevolmente ma che dovrebbero rimanere entro poche decine di gradi di qualche valore medio,
- con probabilmente un’interfaccia acqua liquida/mantello roccioso sul fondo dell’oceano,
- alimentato dal calore del nucleo interno, creando gradienti energetici,
- e un enorme pianeta ospite vicino, in grado di creare forze di marea sostanziali ma non catastrofiche (alla sua notevole distanza da Giove).
Con l’eccezione di avere un’atmosfera densa e le condizioni per la superficie, piuttosto che sotto la superficie, l’acqua liquida, e il fatto che la vita deve essere guidata da gradienti energetici interni, piuttosto che esterni (luce solare), tutte queste proprietà sono estremamente promettenti per quantoil potenziale per la vita – almeno, come la conosciamo – è interessato.
Tornando indietro fino alla sua nascita, Ganimede probabilmente si è formato molto rapidamente dal disco circumplanetario attorno a Giove: probabilmente su scale temporali fino a ~ 10.000 anni. Ciò ha permesso a Ganimede di trattenere gran parte del calore originariamente accumulato, portando alla differenziazione tra il nucleo, il mantello e gli strati esterni ghiacciati. Intrappolato sotto uno spesso strato di ghiaccio e influenzato da un sostanziale campo magnetico interno, lo spesso oceano di acqua liquida sotterranea di Ganimede, che dovrebbe interfacciarsi direttamente con il mantello sotto strati alternati di ghiaccio e acqua, potrebbe fornire un ambiente straordinariamente fertile per l’emergenza della vita, che potrebbe poi eventualmente sostenersi indefinitamente.
Eppure, la sonda Juno può fotografare Ganimede solo da lontano; non andrà in orbita attorno ad esso. La missione Europa Clipper esplorerà Europa. Invece, l’unica missione attualmente pianificata per Ganimede è la missione Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) dell’ESA , il cui lancio è previsto per il 2022, per sorvolare Ganimede nel 2029 e iniziare a orbitare su di esso nel 2032. Un potenziale lander, Laplace -P, è stato proposto dall’Istituto di ricerca spaziale russo, ma ha guadagnato poco seguito.
La NASA, nel frattempo, non ha in programma di esplorare ulteriormente Ganimede in profondità, il che è un peccato. Ganimede, per quanto arido possa sembrare, potrebbe effettivamente essere uno dei migliori candidati che abbiamo per ospitare la vita altrove nel nostro Sistema Solare. Fino al giorno in cui manderemo una sonda a scoprire cosa c’è laggiù, tutto ciò che possiamo fare è continuare a chiedercelo.
