Universe

Civiltà aliene, quante ce ne sono nello spazio?

La Via Lattea è piena di mondi potenzialmente abitabili: circa la metà di tutte le stelle simili al sole ha satelliti simili alla Terra che potrebbero ospitare civiltà aliene.

Buone notizie per i cacciatori di alieni: oltre 300 milioni di mondi con condizioni simili a quelle terrestri sono sparpagliati in tutta la galassia della Via Lattea. Una nuova analisi conclude che circa la metà delle stelle simili al sole nella galassia hanno satelliti in zone abitabili, in cui l’acqua liquida potrebbe raccogliersi o scorrere sulla superficie dei pianeti.

“Questo è il risultato scientifico che tutti aspettavamo” afferma Natalie Batalha, astronoma presso l’Università della California a Santa Cruz, che ha lavorato al nuovo studio.

Il rilevamento, che è stato accettato per la pubblicazione sull’Astronomical Journal, individua un numero cruciale nell’equazione di Drake. Ideata da mio padre, Frank Drake, nel 1961, l’equazione stabilisce un quadro di riferimento per calcolare il numero di civiltà rilevabili nella Via Lattea. Ora, le prime variabili della formula – inclusa la velocità di formazione di una stella simile al sole, la parte di stelle simili al sole che hanno pianeti e il numero di mondi abitabili per sistema stellare – sono note.

Rappresentazione artistica di Kepler-186f

Rappresentazione artistica di Kepler-186f, il primo pianeta convalidato di dimensioni simili a quelle della Terra che orbita intorno a una lontana stella nella zona abitabile, ovvero la regione intorno ad una stella dove è teoricamente possibile per un pianeta mantenere acqua liquida sulla sua superficie. FOTOGRAFIA DI NASA AMES/JPL-CALTECH/T. PYLE

Il numero di stelle simili al sole con mondi simili alla Terra “avrebbe potuto essere uno su mille, o uno su un milione, nessuno lo sapeva”, afferma Seth Shostak, astronomo presso l’Istituto SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence, Ricerca di Intelligenza Extraterrestre) che non ha preso parte allo studio.

Gli astronomi hanno stimato il numero di tali pianeti utilizzando i dati del veicolo e telescopio spaziale della NASA Kepler, nello spazio a caccia di pianeti. Per nove anni Kepler ha osservato le stelle rilevando le brevi variazioni di luminosità date dal passaggio di pianeti orbitanti che oscurano una parte della luce della loro stella. Alla fine della sua missione, nel 2018, Kepler aveva identificato circa 2.800 esopianeti, molti dei quali molto diversi dai mondi che orbitano intorno al nostro sole.

Ma il principale obiettivo di Kepler era determinare quanto fossero comuni i pianeti simili alla Terra. Il calcolo ha richiesto l’aiuto del veicolo spaziale Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea, che monitora le stelle della galassia. Con le osservazioni di Gaia alla mano, gli scienziati sono stati finalmente in grado di determinare che la Via Lattea è popolata da centinaia di milioni di pianeti simili alla Terra che orbitano intorno a stelle simili al sole, e che il più vicino si trova probabilmente a 20 anni luce dal sistema solare.

Avvicinamento verso il contatto

L’equazione di Drake usa sette variabili per stimare il numero di civiltà rilevabili nella Via Lattea. Considera fattori come la parte di stelle simili al sole con sistemi planetari e il numero di pianeti abitabili in ognuno di quei sistemi. Da lì, considera la frequenza con cui la vita evolve in mondi che presentano le giuste condizioni, e la frequenza con cui quelle forme di vita sviluppano tecnologie rilevabili. Nella sua forma originale, l’equazione presuppone l’evoluzione di alieni tecnologicamente avanzati su pianeti che orbitano intorno a stelle simili al sole.

“Quando gli astronomi parlano di trovare questi pianeti, parlano dell’equazione di Drake, giusto?” specifica Jason Wright, astronomo presso l’Università Statale della Pennsylvania che studia mondi potenzialmente abitabili, ma non ha partecipato allo studio. “Abbiamo tutti quella in mente, quando facciamo questi calcoli”.

È stato necessario oltre mezzo secolo perché gli scienziati riuscissero a identificare quanti pianeti potrebbero potenzialmente ospitare la vita. Nel 1961 gli astronomi non conoscevano mondi orbitanti intorno a una stella che non fosse il sole, e nonostante le teorie di formazione planetaria suggerissero che gli esopianeti dovessero essere comuni, non c’erano prove di osservazione che lo confermassero. Ma nell’ultimo decennio è stato chiarito che i pianeti sono molto comuni, e superano il numero delle stelle nella Via Lattea. In media, quasi ogni stella ha almeno un mondo che le orbita intorno.

Questa scoperta è stata “un importante passo in avanti” afferma Wright. “È quella che ci ha confermato che ci sono molti luoghi in cui potrebbe essere nata la vita come la conosciamo”. Ma il fattore successivo nell’equazione di Drake, ovvero il numero di mondi abitabili per sistema planetario, è stato più complesso da calcolare, afferma Batalha.

Mondi come il nostro

Kepler individua mondi lontani rilevando cali nella luminosità delle stelle dati dal passaggio dei pianeti che quindi ne oscurano brevemente l’emissione luminosa. Sulla base di quanta luce viene oscurata, e con che frequenza, gli scienziati possono calcolare le dimensioni del pianeta e il tempo che impiega per tracciare la sua orbita intorno alla sua stella. Usando questo approccio, Kepler ha individuato migliaia di esopianeti di tutte le dimensioni e orbite. Ma quello che gli scienziati cercano veramente sono i pianeti come la Terra: temperati, rocciosi e che orbitano intorno a stelle simili al sole.

Le prime stime avevano indicato che un probabile 20% delle stelle simili al sole avesse nella sua orbita un mondo corrispondente a questi criteri. Ora sappiamo che quel numero è vicino al 50%, se non superiore.

“Sono di più di quanto pensassimo. Generalmente al pubblico dicevo uno su quattro, uno su cinque, questo risultato ci ha piacevolmente sorpreso” dice Batalha. “Una stella su due, di quelle simili al sole, potrebbe potenzialmente avere un pianeta abitabile”.

Calcolare la frequenza di questi pianeti ha presentato difficoltà impreviste: le stelle osservate da Kepler erano più attive di quello che gli scienziati avevano previsto, e producevano segnali che potevano imitare o confondere le “firme” di pianeti in transito. Inoltre il veicolo spaziale stesso ha richiesto periodicamente manovre complesse che hanno complicato le osservazioni, in particolare dopo il guasto di alcune parti che aiutavano a mantenere il suo puntamento stabile.

Per raggiungere le loro conclusioni, Batalha e i suoi colleghi hanno incrociato i dati di Kepler e Gaia, che sta tracciando e caratterizzando un miliardo di stelle vicine. Hanno identificato i pianeti osservati da Kepler con un raggio da 0,5 a 1,5 volte quello della Terra che potrebbero essere rocciosi invece che gassosi. Poi da Gaia hanno ottenuto le temperature e le dimensioni delle stelle intorno alle quali ruotano questi pianeti.

Invece di basare la potenziale abitabilità di un pianeta solo sulla sua distanza da una stella, il team ha calcolato quanta energia raggiunge ognuno di questi mondi. Da lì, il team ha selezionato i mondi le cui temperature consentirebbero all’acqua di permanere in superficie.

Una volta ottenuta una dimensione “campione” di mondi rocciosi e temperati noti che orbitano intorno a stelle simili al sole, sono riusciti a stimare quanti ne esistano in tutta la galassia. Hanno rilevato che tra il 37% e il 60% delle stelle simili al sole della Via Lattea dovrebbero avere un mondo temperato simile alla Terra; e usando un calcolo più possibilistico dell’energia necessaria a un mondo per essere temperato, hanno rilevato che potrebbero essere addirittura dal 58% all’88% delle stelle simili al sole quelle che hanno un mondo di questo tipo.

Ovviamente sono molti i fattori che determinano se un mondo nella zona abitabile sia effettivamente adatto a ospitare la vita. Le caratteristiche planetarie come campi magnetici, atmosfere, contenuto d’acqua e tettonica delle placche tutte giocano un ruolo, e sono difficili da osservare in piccoli mondi lontani.

Ciononostante “questo lavoro fornisce un contributo fondamentale nell’individuare esattamente quanti potrebbero essere i luoghi che ospitano la vita”, afferma Wright. “E calcolando la distanza più probabile dal più vicino di tali pianeti, è emerso che è lì a due passi [in termini astronomici]”. Il mondo più vicino a noi di quel tipo si trova probabilmente a una distanza non superiore ai 20 anni luce, e quattro dovrebbero trovarsi entro i 33 anni luce.

Dall’abitabilità alla civiltà

Ora che gli astronomi hanno un’idea di quanti mondi simili a quello terrestre siano sparsi nella galassia, possono continuare a lavorare sulle variabili dell’equazione di Drake. Molti dei fattori rimanenti saranno difficili da identificare, incluse le domande cruciali sulla frequenza con cui gli extraterrestri sviluppano tecnologie che possiamo rilevare e il periodo di tempo in cui tali civiltà sono rilevabili.

Alieni

Un’altra domanda fondamentale è se gli scienziati dovrebbero includere stelle che non sono simili al sole, considerando che diversi mondi delle dimensioni della Terra sono stati trovati intorno a stelle più piccole e più fredde. E forse dovremmo considerare anche mondi diversi dai pianeti: anche se molti dei mondi osservati da Kepler sono grandi e gassosi, “potrebbero avere lune boscose come Endor” in Star Wars, afferma Wright “oppure come Pandora in Avatar.”

Gli astronomi si stanno avvicinando a determinare il prossimo fattore dell’equazione: la parte di mondi abitabili sui quali la vita si evolve. Continuando a esplorare il sistema solare, stiamo scoprendo che l’elenco dei posti abitabili è lungo e diversificato. Mondi come Marte ed Europa, la luna ghiacciata di Giove, potrebbero ospitare la vita microbica, e anche le nubi tossiche sopra Venere potrebbero contenere forme di vita.

“Se è successo più di una volta nel sistema solare” afferma Wright “questo dà l’idea del potenziale della galassia”.

Trovare un solo esempio di vita al di fuori della Terra dimostrerebbe che la biologia non è un colpo di fortuna cosmico ma piuttosto un esito probabile, in presenza dei giusti ingredienti. E considerando la quantità di luoghi reali e abitabili nel cosmo, molti astronomi affermano che la vita sia essenzialmente un fenomeno “inevitabile”.

Ma il calcolo delle ultime variabili dell’equazione di Drake (quelle che ci diranno se la Terra è l’unico pianeta della galassia a ospitare organismi tecnologicamente evoluti) rimarrà un mistero fino a quando, come dice mio padre, non sentiremo il mormorio di mondi alieni.

Equazione di Drake

L’equazione di Drake (nota anche come equazione o formula di Green Bank) è una formula matematica utilizzata per stimare il numero di civiltà extraterrestri esistenti in grado di comunicare nella nostra galassia.

Venne formulata nel 1961 dall’astronomo e astrofisico statunitense Frank Drake, ed è usata nei campi dell’esobiologia e della ricerca di forme di vita intelligente extraterrestri (Search for Extra-Terrestrial Intelligence, SETI)

Storia

Nel 1960, Frank Drake condusse la prima ricerca di segnali radio provenienti da civiltà extraterrestri presso il National Radio Astronomy Observatory di Green Bank, in Virginia Occidentale. Poco più tardi l’Accademia nazionale delle scienze statunitense invitò Drake a partecipare ad un incontro sul tema della rilevazione di possibili intelligenze extraterrestri. L’incontro si tenne a Green Bank nel 1961, e l’equazione che porta il nome di Drake nacque dalla fase preparatoria dell’incontro stesso. Drake scrisse:

«Pianificando l’incontro, mi resi conto con qualche giorno d’anticipo che avevamo bisogno di un programma. E così mi scrissi tutte le cose che avevamo bisogno di sapere per capire quanto difficile si sarebbe rivelato entrare in contatto con delle forme di vita extraterrestri. E guardando quell’elenco diventò piuttosto evidente che moltiplicando tutti quei fattori si otteneva un numero, N, che è il numero di civiltà rilevabili nella nostra galassia. Questo, ovviamente, mirando alla ricerca radio, e non alla ricerca di esseri primordiali o primitivi.»

Carl Sagan, un grande sostenitore dei progetti SETI, ha citato molto spesso la formula, tanto che essa a volte è chiamata erroneamente “equazione di Sagan”.Quell’incontro conferì dignità scientifica alla ricerca di intelligenze extraterrestri (SETI). La dozzina di partecipanti – astronomi, fisici, biologi, industriali e studiosi di scienze sociali – divennero noti come l'”Ordine del Delfino”. L’incontro di Green Bank è commemorato sul posto da una targa.

L’equazione

La formula dell’equazione di Drake è la seguente:

dove:

  • N   è il numero di civiltà extraterrestri presenti oggi nella nostra Galassia con le quali si può pensare di stabilire una comunicazione;
  • R*   è il tasso medio annuo con cui si formano nuove stelle nella Via Lattea;
  • fp    è la frazione di stelle che possiedono pianeti;
  • ne   è il numero medio di pianeti per sistema planetario in condizione di ospitare forme di vita;
  • fl    è la frazione dei pianeti ne su cui si è effettivamente sviluppata la vita;
  • fi    è la frazione dei pianeti fl su cui si sono evoluti esseri intelligenti;
  • fc    è la frazione di civiltà extraterrestri in grado di comunicare;
  • L    è la stima della durata di queste civiltà evolute.

Può non risultare immediatamente chiaro perché nell’equazione compaia il fattore R*, cioè perché il numero di civiltà intelligenti esistenti in un dato momento nella galassia debba essere direttamente proporzionale al tasso con cui si formano nuove stelle: in effetti, il prodotto dei primi sei fattori (escluso cioè L) dà il numero di civiltà extraterrestri che nascono ogni anno; moltiplicando poi per la loro durata si ottiene il numero di tali civiltà esistenti in un momento qualsiasi (ad esempio, se si formano in media 0,01 civiltà all’anno e ciascuna dura in media 500 anni, allora in ogni momento ne esisteranno in media 5).

La formula originale di Drake può essere riscritta più realisticamente sostituendo al tasso di formazione stellare odierno un parametro corrispondente al tasso con cui le stelle si formavano diversi miliardi di anni fa, cioè nell’epoca in cui si suppone che si siano sviluppate le stelle intorno alle quali oggi potrebbe esistere la vita (se il Sole fosse un esempio tipico, questo significherebbe circa 5 miliardi di anni fa).

Critiche

messaggio Arecibo
Il messaggio di Arecibo rappresenta uno dei pochissimi tentativi dell’uomo di entrare in contatto con esseri extraterrestri.

Le critiche all’equazione di Drake seguono per la maggior parte dall’osservazione che molti termini della formula sono in gran parte completamente congetturali. Perciò l’equazione non può portare a nessun tipo di conclusione. T.J. Nelson sostiene:

«L’equazione di Drake consiste in un gran numero di fattori probabilistici moltiplicati tra loro. Poiché ogni fattore è sicuramente compreso tra 0 e 1, il risultato è anch’esso un numero apparentemente ragionevole sicuramente compreso tra 0 e 1. Sfortunatamente, tutti i valori sono ignoti, rendendo il risultato meno che inutile.»

Un’altra limitazione dell’equazione, che pone le basi di tutt’altro tipo di critiche, consiste nel fatto che i parametri che compaiono nella formula fanno riferimento alla vita intesa in termini strettamente terrestri, cioè a un tipo di esseri approssimativamente umanoidi.

Ad esempio il modo in cui generalmente si calcola il valore di ne (se non la stessa presenza nella formula di un termine di questo tipo) sembra dare per scontato che la vita possa esistere solo in forme sostanzialmente simili a quelle a cui siamo abituati sulla Terra; mentre in linea di principio non è possibile escludere completamente che forme di vita intelligente radicalmente diverse dagli umani possano svilupparsi, ad esempio, su pianeti di tipo gioviano.

Evitando, come molti ritengono opportuno fare, le posizioni antropocentriche o carbonio-scioviniste, il numero di specie intelligenti nella galassia in teoria potrebbe aumentare sensibilmente.

Questa critica, e quelle di questo tipo, non sono in realtà rivolte contro la validità dell’equazione in sé; piuttosto evidenziano che i valori da inserire nella formula ci sono noti in gran parte con un margine di incertezza inaccettabile. Il valore teorico dell’equazione di Drake comunque rimane indiscusso; inoltre, tenendo presente che Drake la formulò come indicazione di massima in vista di future discussioni su civiltà extraterrestri solo in seguito si pone il problema di come procedere sperimentalmente.

Equazione di Drake e paradosso di Fermi

Il fisico italiano Enrico Fermi propose nel 1950 un paradosso, che oggi dal suo nome è comunemente noto come paradosso di Fermi, che può essere formulato così: se nell’universo esiste un gran numero di civiltà aliene, perché la loro presenza non si è mai manifestata?

Dal momento che nel 1950 l’equazione di Drake non era ancora stata formulata, Fermi dovette inferire l’esistenza di un gran numero di civiltà extraterrestri dal principio copernicano e dai problemi di stima complessi che egli era abituato a porsi e a risolvere (problema di Fermi), di cui l’esempio più noto è il problema degli accordatori di pianoforte. In questo senso, Fermi fu un precursore di Drake nello stimare delle probabilità complesse come quella di un contatto con intelligenze aliene.

Comunque, l’osservazione di Fermi risulta davvero paradossale solo partendo dal presupposto che esista un gran numero di civiltà extraterrestri in grado di comunicare, cioè che l’N dell’equazione di Drake sia alto. Se le civiltà tecnologiche nella nostra galassia sono rare, il fatto che non siano mai entrate in contatto con noi non è sorprendente. Al contrario, il fatto che non sia mai avvenuto nessun tipo di contatto può costituire una dimostrazione del fatto che N è piuttosto basso, se non uguale a uno.

Se il paradosso di Fermi costituisce un argomento che tende a ridimensionare le stime troppo ottimistiche del valore di N, tuttavia bisogna considerare il fatto che esiste anche un limite inferiore per il valore di N, posto dall’esistenza della nostra stessa specie.

Indipendentemente dal principio antropico infatti nella nostra galassia esiste almeno una specie intelligente in grado di comunicare (la nostra), il che significa che N deve essere maggiore o uguale a uno. Le stime che vertono su ordini di grandezza di molto inferiori all’unità sono quindi da giudicare eccessivamente restrittive.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Giuseppe Cocconi, Philip Morrison, Searching for interstellar communications, in Nature, 184 (1959), n. 4690, pp. 844-846 PDF, su coseti.org.
  2. Alfonso CavaliereLa comunicazione extraterrestre, in La riscoperta del cielo, a cura di Livio Gratton, Milano, Edizioni scientifiche e tecniche Mondadori, 1976, pp. 235–254
  3. Stephen Webb, Se l’universo brulica di alieni… dove sono tutti quanti? Cinquanta soluzioni al Paradosso di Fermi e al problema della vita extraterrestre, Milano, Sironi, 2004. ISBN 978-88-518-0041-3.
  4. James F. Kastings, How to find a habitable planet, Princeton, Princeton University Press, 2010, ISBN 0-6911-3805-2, pp. 290-298, su books.google.com.
  5. Stephen Webb, If the Universe is teeming with aliens… where is everybody? Seventy five solutions to the Fermi Paradox and the problem of extraterrestrial life, 2ª ed., New York, Copernicus Books, 2015, ISBN 978-3-319-13235-8
  6. The Drake equation: estimating the prevalence of extraterrestrial life through the ages, edited by Douglas A. Vakoch and Matthew F. Dowd, forewod by Frank Drake, Cambridge, Cambrige University Press, 2015, ISBN 978-1-107-07365-4
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