La ricerca di vita nell'universo

Presentazione sul tema: "La ricerca di vita nell'universo"— Transcript della presentazione:

1 La ricerca di vita nell'universo
C. Bartolini, M. Benelli POSSIBILITÀ DI VITA NEL SISTEMA SOLARE 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 1

2 La ricerca di vita nell'universo
Due Domande: QUALI SONO I CORPI PIU’ PROMETTENTI - VENERE - MARTE - EUROPA - TITANO - ENCELADO QUALI FORME DI VITA POTREBBERO OSPITARE: - procarioti - eucarioti - vita intelligente 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 2

3 La ricerca di vita nell'universo
Cusano Huygens Kant Gauss erano convinti che esistessero altri mondi abitati, ma senza averne alcuna prova 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 3

4 La ricerca di vita nell'universo
Planisfero di Marte disegnato da Schiaparelli nel 1878 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 4

5 Nel 1892 Flammarion affermò:
VITA su MARTE Nel 1892 Flammarion affermò: “Che questo pianeta vicino sia effettivamente sede della vita è ciò che testimoniano tutte le osservazioni. Ma ci è ancora impossibile formarci qualche idea sulla forma che questa vita ha potuto rivestire”. (C. Flammarion: La planète Mars et ses conditions d’habitabilité, Parigi 1892)

6 La ricerca di vita nell'universo
Fino al 1909, la maggior parte degli astronomi era convinta che Marte e Venere fossero abitati. Quell’anno Eugenios Antoniadi, osservando Marte con un telescopio più potente di quello di Schiaparelli, smentì l’esistenza di canali su Marte. E Alfred Wallace trovò che Marte doveva aver una temperatura troppo bassa per ospitare la vita. 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 6

7 CONDIZIONI FISICHE DEI PIANETI TERRESTRI
Mercurio Venere Terra Marte Temper. <750 °C °C °C °C Pressione trascurabile 92 atm atm atm. 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo

8 La ricerca di vita nell'universo
ESTREMOFILI La vita prolifera sulla Terra anche in condizioni estreme di temperatura e pressione simili a quelle che troviamo su Marte, Europa e Titano 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo

9 VITA NEI SISTEMI IDROTERMALI
L’energia di cui ha bisogno la vita può anche non provenire dal Sole. Vicino alle dorsali oceaniche ci sono delle sorgenti idrotermali sottomarine attorno a cui proliferano delle comunità viventi, che sfruttano l’energia geotermica. 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 9

10 VENERE A differenza della Luna Venere varia il suo diametro apparente tra 10 e 64 secondi d’arco, per il forte cambiamento di distanza dalla Terra.

11 Immagine del Transito di Venere sul disco solare l’8 giugno 2004.
La luce del Sole illumina la densa atmosfera del pianeta. Schulze-Makuch e Irwin studiando l’acqua delle nubi venusiane trovano caratteristiche che indicano la possibile esistenza di batteri.

12 Crater Victoria ben osservato dal rover Opportunity
MARTE Crater Victoria ben osservato dal rover Opportunity 12 12

13 Il Clima di MARTE in passato
In passato l’acqua scorreva sulla superficie (atmosfera più densa, clima più caldo) Questo fa ritenere che su Marte possa essere sbocciata la vita prima che sulla Terra.

14 Il Clima di Marte Oggi Ora è freddo e secco, la temperatura media è di 215 K all’equatore, con minimi a 150 K e massimi a 280 K La pressione atmosferica è circa 7 mbar

15 Elementi pro acqua su Marte nel passato
strutture simili a letti di fiumi 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 15

16 Presenza recente d’acqua in superficie?
Nelle immagini ad alta risoluzione sono visibili delle gole, scavate lungo scarpate e bordi di cratere, chiamate gullies.

17 Oggi su Marte potrebbe esserci acqua liquida
- acqua nella calotta polare (sonda Phoenix) - piccole ma significative modifiche di alcune pareti interne dei crateri 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 17

18 Ghiaccio d’acqua in un cratere presso il polo nord marziano
Cratere da impatto fotografato il 2 Febbraio 2005 da Mars Express. Diametro cratere 35 km, profondità 2 km da bordo cratere

19 MISSIONE VIKING Carl Sagan con il modulo lander Viking1 Furono progettati 4 esperimenti supponendo che i microrganismi marziani, se esistono e sono simili a quelli terrestri, possano alimentarsi con sostanze organiche presenti nel terreno e produrre diversi tipi di gas con processi metabolici.

20 Esperimento del GCMS (Gas Cromatography Mass Spectrometer)
Missione Viking Esperimento del GCMS (Gas Cromatography Mass Spectrometer) Si è scaldato del terriccio marziano analizzando i gas liberati con uno spettrometro di massa per valutare la quantità di materiali con peso atomico compreso tra 12 e 200 m.a. in particolare del Carbonio, che è risultato meno abbondante del previsto.

21 Esperimento Pyrolitic Release (PR)
Missione Viking Esperimento Pyrolitic Release (PR) Si sono ricercate tracce di microrganismi in base alla loro capacità di assorbire anidride carbonica. Infatti la respirazione o una produzione di metano simile a quella dei batteri terrestri avrebbe prodotto un aumento della radioattività rilevabile tramite l'uso di CO2 e CO marcati con Carbonio radioattivo.

22 Esperimento Gas Exchange (GEX)
Missione Viking Esperimento Gas Exchange (GEX) Al campione di suolo marziano furono aggiunte sostanze nutrienti e furono analizzati i gas liberati. Si trovò un’inattesa quantità di O2 che potrebbe essere stata causata da un eccesso di umidità, e non dalla presenza di microrganismi viventi.

23 Esperimento Labelled Release (LR)
Missione Viking Esperimento Labelled Release (LR) Si vuole verificare la presenza di vita attraverso la ricerca dei prodotti della respirazione di microrganismi tramite la misura della radioattività di un campione di suolo irrorato da una soluzione nutriente contenente C14. Bianciardi, Levin e Miller, rianalizzando i dati di questo esperimento e confrontandoli con quelli osservati su campioni di suolo terrestre sia sterile sia popolato da forme di vita, concludono che su Marte ci possono essere attività biologiche. (Intern. J. of Astronautical & Space Sciences Aprile 2012)

24 Nel 2009 da Syrtis Major e da Arabia Terra sono uscite imponenti quantità di metano.
2 Possibili fonti: VULCANI Oppure ESSERI VIVENTI

25 La ricerca di vita nell'universo
Il meteorite ALH84001 Formatosi su Marte 3.6 miliardi di anni fa, è caduto sulla Terra da anni . In esso si osservano strutture simili ai nanobatteri terrestri, ma di dimensioni minori. Se fosse possibile analizzare del DNA marziano….. 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 25

26 Dal libro “Il pianeta rosso” di F. Rocard
DEDUZIONI DAL DNA PROVENIENTE DA MARTE Dal libro “Il pianeta rosso” di F. Rocard Se il DNA fosse diverso da quello terrestre: => la vita può comparire nell’universo, ovunque ci siano determinate condizioni favorevoli, in forme completamente diverse da quelle che conosciamo sul nostro pianeta. Se il DNA fosse uguale, si potrebbe pensare - o ad un trasporto di vita per mezzo di meteoriti, oppure che la vita in ogni parte dell’universo assuma inesorabilmente la stessa struttura basata sul nostro DNA è possibile che su pianeti attorno ad altre stelle ci siano organismi viventi simili a quelli terrestri.

27 Nel gennaio 1610 attorno al Pianeta GIOVE Galileo ha scoperto…
27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 27

28 Io Europa Ganimede Callisto
...4 satelliti: Io Europa Ganimede Callisto 28 28 28

29 I tre satelliti medicei più interni sono in risonanza multipla tra loro: i periodi orbitali di Io, Europa e Ganimede sono in rapporto di 1:2:4 29 29 29

30 EUROPA 30 30 30

31 La struttura interna Nucleo metallico Mantello di silicati
Strato di ghiaccio e acqua salata spesso forse anche 100 Km 31 31 31

32 Due diversi modelli dell’ interno di Europa:
Nel primo si può notare uno strato convettivo di ghiaccio relativamente caldo sotto un fragile strato freddo. Nel secondo si distingue bene l’oceano allo stato liquido ricoperto da una crosta di ghiaccio. 32

33 E’ possibile la vita su Europa?
Su Europa sono state osservate numerose peculiarità che potrebbero far pensare ad un possibile sviluppo di forme di vita. Secondo alcune teorie, sotto la sua superficie ghiacciata potrebbe trovarsi un oceano allo stato liquido, probabilmente composto da acqua, che potrebbe essere la culla di esseri viventi primordiali. Vediamo quali caratteristiche di Europa lasciano dedurre la presenza di un enorme oceano o di un ambiente adatto ad ospitare forme di vita. 33 33 33

34 La superficie di Europa ha solo poco più di una dozzina di crateri da impatto con un diametro superiore ai 10 Km; tra questi il più grande è Pwill con un diametro di 26 Km. Il basso numero di crateri implica una superficie relativamente giovane: calcoli basati sul flusso di comete e di asteroidi su Giove portano a credere che la superficie di Europa debba avere circa 50 Myr. Il fatto che la superficie del satellite sia rimodellata da intrusioni di ghiaccio fa pensare all’esistenza di un oceano di acqua liquida. 34 34 34

35 La temperatura: La temperatura superficiale di Europa, rilevata grazie al fotopolarimetro-radiometro della sonda Galileo, è più alta di quella prevista teoricamente, perché il suo interno è riscaldato sia dal decadimento degli isotopi radioattivi di lunga vita, sia dall’effetto mareale dovuta alla risonanza multipla con gli altri satelliti. Si è scoperto che anche di notte la temperatura è almeno 5° superiore a quella che ci si aspetterebbe in assenza di un'intensa sorgente endotermica. 35 35 35

36 Il campo magnetico: Dal magnetometro della Galileo si è rilevato che Europa presenta delle anomalie spiegabili con un significativo campo magnetico. Poiché tale campo potrebbe richiedere un asse magnetico fortemente inclinato, si è supposta la presenza di uno strato di liquido elettro-conduttore sotto la superficie ghiacciata, il quale reagirebbe al campo di Giove con un vero e proprio campo magnetico indotto. Ciò sarebbe possibile, se il materiale conduttore fosse simile all’acqua salata dei mari terrestri. 36

37 Prima analogia con la Terra : Vita nei sistemi idrotermali
Se su Europa c’è un oceano, in esso potrebbero esserci delle sorgenti idrotermali sottomarine, attorno a cui proliferano delle comunità viventi, che sfruttano l’energia proveniente dall’interno. 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo 37

38 La vita potrebbe esistere nell’oceano di Europa al di sotto del ghiaccio, in un ambiente simile a quello delle sorgenti idrotermali presenti sulla Terra nelle profondità degli oceani e, forse, nel Lago Vostok, in Antartide. Nell'immagine si vede dove è localizzato il Lago Vostok 38 38

39 Seconda analogia con la Terra: il Lago Vostok
Lago sotterraneo a 3,74 Km di profondità sotto i ghiacci antartici, esteso km2, nei pressi dell’omonima stazione Russa L’acqua del lago rimane liquida grazie al calore endotermico e all’elevata pressione prodotta dal ghiaccio sovrastante, nel quale sono state scoperte diverse forme di vita. 39 39 39

40 Nel ghiaccio del Vostok sono stati trovati:
Alghe unicellulari del tipo Crucigenia tetrapoda a 1525 m di profondità (ghiaccio di anni) Gusci di diatomee a 2375 m di profondità ( anni) Numerosi altri batteri che l’analisi del rRNA ha permesso di catalogare tra gli archebatteri Spore batteriche a 2395 m di profondità ( anni) Se è vero che la vita sulla Terra poté originarsi nelle sorgenti idrotermali, allo stesso modo questa vita avrebbe potuto iniziare presso simili sorgenti su altri corpi del sistema solare.

41 Per provare l'eventuale esistenza di forme di vita nelle acque del Lago Vostok senza il rischio di contaminazioni esterne, il Jet Propulsion Laboratory aveva studiato un progetto che prevedeva l'uso di una sonda (chiamata "cryobot") che avrebbe avuto il compito di penetrare nella calotta ghiacciata in corrispondenza del lago sciogliendone il ghiaccio soprastante. Nei primi mesi del 2012 i Russi hanno però completato la perforazione con il classico carotaggio degli ultimi metri del pozzo. 41 41

42 Conclusioni Un'eventuale scoperta di forme di vita nel lago Vostok potrebbe rafforzare l'ipotesi dell'esistenza di vita extraterreste non solo su Europa, ma anche su Ganimede e Callisto che sembrano essere abitabili, perché probabilmente hanno: acqua liquida, elementi biogenici e fonti di energia capaci di sostenere la vita. Ganimede Callisto 42 42

43 Esplorazioni future Gran parte della nostra conoscenza di Europa proviene dai dati e dalle immagini inviate a Terra dalle missioni Voyager e Galileo. Recentemente sono state avanzate nuove proposte per missioni su Europa con lo scopo di accertare la presenza di un oceano misurando lo spessore del ghiaccio soprastante. Nell’aprile 2012 è stato approvato il progetto JUICE che nel 2029 esplorerà i satelliti ghiacciati di Giove. 43 43 43

44 SATURNO, IL SIGNORE DEGLI ANELLI
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45 La ricerca di vita nell'universo
SATURNO HA 90 SATELLITI, IL PIU’ GRANDE È STATO CHIAMATO TITANO RAGGIO (di 2575 Km) INTERMEDIO FRA MERCURIO E MARTE CROSTA DI GHIACCIO D’ACQUA E SILICATI ATMOSFERA, PRESSIONE PARI A 1.5 QUELLA TERRESTRE -TEMPERATURA SUPERFICIALE DI –180°C 27 marzo 2017 La ricerca di vita nell'universo

46 L’atmosfera di Titano L’atmosfera di Titano si estende per centinaia di chilometri sopra la sua superficie. La sua composizione (N2, CH4, H2) la rende riducente, come quella terrestre 4 Gyr fa. Negli strati inferiori dell’atmosfera è presente uno smog di molecole organiche, che assorbono la luce visibile. l'effetto serra è più debole che sulla terra perchè lo strato di foschia irraggia nell'IR 46 46 46 46

47 Composizione della atmosfera
2. L’atmosfera di Titano (3 ÷ 7) 10-10 CO2 (Diossido di carbonio)‏ 8 10-9 H2O (1 ÷ 10) 10-8 HCCCN (Cianoetino)‏ C2N2 (Cianogeno)‏ CHCCCH (Butadiene)‏ 3 10-8 CH3CCH (Propino)‏ 2 10-7 HCN (Cianuro di idrogeno)‏ (2 ÷ 4) 10-6 C3H8 (Propano)‏ 2 10-6 C2H2 (Etino o Acetilene)‏ 4 10-7 C2H4 (Etene o Etilene)‏ 2 10-5 C2H6 (Etano)‏ 6 10-5 CO (Monossido di carbonio)‏ 2 10-3 H2 3 10-2 CH4 (Metano)‏ 0.97 N2 Abbondanze relative Elementi Composizione della atmosfera Both spacecraft will continue to study ultraviolet sources among the stars, and the fields and particles instruments aboard the Voyagers will continue to search for the boundary between the Sun's influence and interstellar space. The Voyagers are expected to return valuable data for two or three more decades. Communications will be maintained until the Voyagers' nuclear power sources can no longer supply enough electrical energy to power critical subsystems. 47 47 47 47

48 Struttura dell’atmosfera
2. L’atmosfera di Titano Struttura dell’atmosfera Titan's atmosphere extends 10 times further into space than Earth's. 48 48 48 48

49 Confronto fra i laghi di Titano e quelli della Terra.
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50 Presenza di vita. La prova che non vi sia vita macro - o microscopica su Titano deriva dal calcolo del rapporto C12/C13, che per il satellite vale circa 82. Siccome per la Terra il valore è maggiore (circa 95), si può presumere che non vi sia nessun essere vivente – batterico o vegetale -, neppure nelle forma microscopica. 50 50 50 50

51 Presenza di vita Infatti i processi metabolici degli organismi porterebbero a un accumulo del C12 . Inoltre non si sono trovati segni tangibili di vita microscopica, come – ad esempio - resti “fossili” di batteri. 51 51 51 51

52 J. Lunine (Univ. Arizona) propone 3 possibilità di vita su Titano:
- Vita estinta formatasi un tempo nell’acqua superficiale Vita presente nell’eventuale oceano di acqua liquida sotto la crosta di ghiaccio - Vita molto esotica nei laghi di idrocarburi

53 Un altro satellite interessante è ENCELADO
L’emisfero nord si pensa sia stato geologicamente attivo in passato: sono presenti infatti crateri (alcuni modellati), terreni corrugati e pianure fratturate Nella parte meridionale i meccanismi di rinnovamento della superficie sono recenti e pare siano dominati da fratture tettoniche

54 TIGER STRIPES Striature presso il Polo Sud lunghe 130 km e distanti 40 km, da cui fuoriesce vapore acqueo che forma una nube sul Polo Sud.

55 ATMOSFERA I dati ricevuti hanno rivelato l’esistenza di un’atmosfera, osservata durante l’occultazione da parte di Encelado di  Orionis (Bellatrix). L’atmosfera non è uniforme, ma è concentrata soprattutto sul Polo Sud ed è ricca di vapore acqueo e di composti organici. NASA/JPL/University of Colorado/Space Science Institute 55

56 Il magnetometro a bordo della Cassini ha rivelato una flessione del campo magnetico di Saturno causata dall’atmosfera di Encelado. Sono state inoltre osservate oscillazioni del campo magnetico: questo fenomeno avviene quando quest'ultimo interagisce con molecole ionizzate. Rilevazione dell'atmosfera di Enceladus, ESA web site (2005)‏ 56

57 Polo Sud  85°K (con zone di 110°K)‏
TEMPERATURA NASA/JPL/GSFC web site (2005)‏ Dai dati raccolti risulta che il Polo Sud di Encelado è più caldo di quanto ci si aspettasse: Equatore  80°K Polo Sud  85°K (con zone di 110°K)‏ Questo andamento della temperatura non è imputabile al solo irraggiamento solare, ma si pensa sia dovuto a fughe di calore dall’interno. 57

58 Pennacchio di particelle di ghiaccio simile a una fontana espulsa dalla superficie di Encelado

59 che gli studiosi aspettano è la scoperta di acqua liquida.
Avendo mostrato presenza di vapore acqueo e attività di criovulcanesimo, ciò che gli studiosi aspettano è la scoperta di acqua liquida. Enceladus è il terzo corpo, dopo la Terra e Io, a mostrare un’intensa attività interna, ma rimane un mondo geologicamente misterioso, che farà pensare alacremente per gli anni a venire! 59

60 Enceladus vi sia acqua allo stato liquido.
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute La presenza di getti contenenti vapore acqueo e particelle di ghiaccio e la temperatura relativamente alta fanno pensare che nel sottosuolo del polo sud di Enceladus vi sia acqua allo stato liquido. 60

61 CAUSE DEL CRIOVULCANESIMO
Ci sono varie teorie in discussione sul criovulcanesimo: Presenza nel mantello di elementi radioattivi (La sua densità media, pari a 1,6 g/cm^3, implica che il 60 % della massa è costituito da rocce, probabilmente riunite in un nucleo centrale circondato da un mantello di ghiaccio d'acqua spesso qualche decina di Km)‏ Effetti mareali dovuti alla forza di attrazione gravitazionale di Saturno e dei suoi satelliti maggiori Cause sconosciute 61

62 COMPOSIZIONE ATMOSFERICA
91% 3.2 % 1.7% 62

63 Lo spettrometro di massa (INMS) a bordo della sonda Cassini ha rilevato la presenza, nel pennacchio di: vapore acqueo, azoto, anidride carbonica e metano e altri composti del carbonio, come acetilene e acido cianidrico, nonché tracce di etano, propano, benzene, formaldeide e altre sostanze organiche. NASA/JPL/SwRI 63

64 LA VITA SU ENCELADUS Secondo risultati ottenuti da modelli matematici sulle proprietà delle polveri e del vapore d'acqua, sotto la superficie ghiacciata di Enceladus esiste acqua liquida, in equilibrio con il ghiaccio e il vapore. Inoltre ci sono prove abbastanza certe della presenza di sorgenti geotermiche. Con queste basi non è da escludere che la vita abbia potuto svilupparsi 64

65 Sulla Terra sono state scoperte forme di vita, che si sono sviluppate in assenza di ossigeno e di materiale organico, traendo energia da interazioni chimiche fra diversi tipi di minerali, da decadimenti radioattivi nelle rocce o dal calore geotermico. Questi ecosistemi sono esempi di possibili habitat per lo sviluppo della vita che potrebbe essere presente oggi all'interno di Encelado. Acqua calda carica di minerali affiora da una frattura sul fondo oceanico. Sulla Terra la vita fiorisce anche in questi ambienti ostili. 65

66 La teoria del brodo primordiale
Ci sono tre teorie sull'origine della vita terrestre che sembrano applicabili anche su Encelado: La teoria del brodo primordiale Qualche meccanismo di riscaldamento potrebbe aver creato uno strato di soluzione liquida ricca di prodotti chimici organici, permettendo ad Encelado di fornire un brodo adatto allo sviluppo di molecole complesse. La teoria della origine calda sottomarina La vita potrebbe essere cominciata dove erano presenti soluzioni calde chimicamente ricche, simili alle attuali sorgenti termali sottomarine. I punti caldi su Encelado potrebbero essere luoghi adatti per questo tipo di processo. Panspermia Origine extra-terrestre: la vita potrebbe essere stata trasportata da grani di polvere interstellare nel momento della formazione della nebulosa protoplanetaria. L'origine e la biochimica sarebbero perciò le stesse della Terra. 66

67 Conclusioni Per il momento l’unico corpo del sistema solare su cui siamo sicuri che esista la vita è la Terra. Su Marte, Europa, Titano, Enceladus e Venere non è da escludere che esista o sia esistita, ma, molto probabilmente, solo a livello di procarioti. 67 67