Amici della Scienza

Dagli oceani alle tracce di vita su Encelado

Nel sottosuolo di Encelado, una delle lune più famose di Saturno, si nasconde un immenso oceano di acqua caldissima. Un oceano profondo decine di chilometri e che secondo uno studio recente è continuamente riscaldato da miliardi di anni.

Nei geyser che fuoriescono dal polo sud di Encelado, sono state rilevate complesse molecole organiche che rafforza l’ipotesi che nell’oceano globale di quel piccolo mondo, sotto alla crosta di ghiaccio, vi siano condizioni adatte alla vita. Poco si sapeva di Encelado prima del 2005, anno in cui la sonda Cassini iniziò a esplorare il sistema di Saturno, ma da allora la piccola luna, col suo diametro di soli 500 km, è diventata una fonte di continue sorprese – che continuano a meravigliarci anche così tanto tempo dopo la fine della missione Cassini-Huygens (Nasa/Esa/Asi), grazie all’incredibile mole di dati che ci ha fornito.

Durante i ripetuti sorvoli della sonda su Encelado gli scienziati hanno scoperto che la luna è in effetti un enorme oceano protetto da una spessa crosta ghiacciata.

Per interpretare i geyser che si innalzano per chilometri sopra la superficie della luna si è pensato anche che sul fondo del mare-oceano possano esserci delle bocche idrotermali, simili a quelle della Terra, che riversano materiale organico nell’acqua dell’oceano alieno.

Un’ipotesi che, adesso, è più sostenibile, con la scoperta di molecole organiche nei getti dei geyser – identificate analizzando dati raccolti da Cassini quando ha attraversato i getti, per lo più localizzati lungo profonde crepe in superficie, nella regione del polo meridionale.

Molecole giganti. «È una “prima assoluta”», ha commentato Frank Postberg (Università di Heidelberg, Germania), uno degli autori dello studio sul set di dati di Cassini: «sostanze organiche da un mondo acquatico extraterrestre! Abbiamo identificato grandi frammenti molecolari che mostrano la struttura tipica delle molecole organiche complesse, con centinaia di atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno – e probabilmente anche azoto – che formano strutture ad anello e a catena!» I ricercatori non escludono che le molecole identificate possano essere parti di altre con strutture ancora più complesse.

Nel campo delle ipotesi. Alcuni ricercatori ritengono che quelle molecole siano il risultato di processi chimici complessi e che potrebbero anche essere di origine organica, ossia correlati a organismi viventi. Altri pensano che possano provenire da materiale primordiale caduto su Encelado in tempi remoti con le meteoriti; altri ancora sono possibilisti rispetto all’idea dell’origine dai camini idrotermali.

Al momento non è possibile cavalcare un’ipotesi piuttosto che un’altra, «tuttavia», afferma Postberg, «secondo più di un modello il cuore di Encelado può essere caldo, in quanto sottoposto all’attrito delle maree che Saturno esercita sul satellite: il calore che raggiunge il fondo dell’oceano può far reagire l’acqua con i minerali delle rocce del nucleo solido e dare origine alle molecole che abbiamo identificato».

“Quello che conosciamo oggi porta a dire che Encelado è un obiettivo eccezionale per tentare di trovarvi la vita, e che oggi in quell’oceano potrebbero esistere dei microbi “, dice Jonathan Lunine della Cornell University.

Il fenomeno così com’è raccontato da Postberg avviene anche sui fondali oceanici terrestri, dove, tra l’altro, hanno attecchito forme di vita complesse nonostante le condizioni estreme e la totale mancanza di luce. Con i dati che abbiamo, però, le due ipotesi principali – origine organica e origine inorganica delle molecole rilevate – hanno lo stesso peso: nuove missioni e nuove esplorazioni potranno forse dipanare il mistero.

encelado
La sonda della Nasa Cassini ha catturato questa immagine di geyser che emettono materia ghiacciata dalla luna di Saturno, Encelado. Fotografia NASA, JPL-Caltech/Space Science Institute

Il Rivelatore di polvere

Sebbene Cassini abbia concluso la sua esplorazione del sistema di Saturno precipitando intenzionalmente sul pianeta dagli anelli lo scorso settembre, l’enorme quantità di dati della sonda è piena di tesori in attesa di essere estratti. (Esplora il grande tour di Cassini su Saturno con il nostro interattivo).
Ciò include le informazioni raccolte da Cassini vicino all’anello E del pianeta. Sottile e diafano, questo nastro è formato da polvere e ghiaccio espulsi da Encelado. Mentre Cassini fiancheggiava il bordo dell’anello E, alcune delle sue particelle si sono scontrate con uno strumento di bordo progettato specificamente per studiare la polvere cosmica e restituire informazioni sui suoi ingredienti.

Postberg e i suoi colleghi hanno deciso di esaminare i dati raccolti durante il volo vicino all’anello “E” tra il 2004 e il 2008, quando lo strumento era meno contaminato dalla polvere interplanetaria proveniente da altre parti del sistema solare. Durante 15 intervalli di tempo separati, il veicolo spaziale ha raccolto e studiato circa diecimila particelle di polvere. E, grosso modo, nell’un per cento di queste, Postberg e i suoi colleghi hanno trovato le firme di composti organici complessi. “Era come il problema di cercare un ago nel pagliaio”, dice.

Aggrappati ai granelli di acqua ghiacciata espulsi da Encelado, queste pesanti molecole contenenti carbonio erano state lanciate nello spazio, aspettando solo che Cassini arrivasse e le raccogliesse nell’impatto. Afferma inoltre Postberg che i composti di grandi dimensioni sono probabilmente frammenti di molecole simili, ma ancora più grandi, che potrebbero pesare migliaia di unità di massa atomica.

Pellicola galleggiante

È la prima volta che sono state identificate sostanze organiche pesanti su Encelado. In precedenza, Cassini ha rilevato molecole più leggere e gassose come il metano e l’etano, che contengono uno o due atomi di carbonio e un po’ di idrogeno; queste molecole pesano circa 15 unità di massa atomica.
Ma le molecole appena rilevate sono pesanti 200 unità di massa atomica e comprendono da 7 a 15 atomi di carbonio, decine di atomi di idrogeno, oltre ad azoto e ossigeno.

“Mentre in precedenza abbiamo trovato molecole di grandi dimensioni fuori dalla Terra, questa è la prima volta che esse sono state scoperte provenire da un oceano di acqua liquida”, afferma Morgan Cable del Jet Propulsion Laboratory della NASA, che cerca la vita in luoghi improbabili sulla Terra. (Recentemente gli scienziati hanno anche trovato composti organici complessi sul freddo e secco Marte).

“Molte grandi molecole organiche non sono stabili nell’acqua allo stato liquido per lunghi periodi di tempo, quindi una delle prossime domande da porsi è: da dove provengono queste molecole organiche?”. Postberg e i suoi colleghi pensano sia probabile che le nuove molecole organiche pesanti salgano in cima all’oceano sepolto della luna e finiscano per galleggiare in uno strato vicino a zone in cui l’acqua fuoriesce dalle fessure del polo sud. Lì si attaccano ai granelli di ghiaccio che vengono trasportati nello spazio dalle bolle che salgono dal fondo marino alla superficie.

“I nostri oceani hanno una pellicola sottile di molecole organiche che galleggiano sulla parte superiore – si pensi ad una “chiazza di petrolio”, ma composta da vita e dai suoi sottoprodotti – che coprono l’oceano in misura significativa”, afferma Cable. “Pare che anche Encelado abbia tutto ciò. Ma è anche fatto di vita?”

In attesa

Anche se allettante, questa zuppa di ricchezze contenenti carbonio, non è ancora indicativa della vita. Molti processi potrebbero aver creato strutture simili in assenza di metabolismo extraterrestre.

“Sono create da processi abiotici sul fondo dell’oceano, dove la roccia e l’acqua si incontrano, o sono i prodotti di scarto dei microbi? Questa è la domanda, con la D maiuscola”, dice Lunine.

Fondamentalmente, il brodo molecolare dice agli scienziati che l’ambiente al di sotto del guscio ghiacciato di Encelado contiene sostanze chimiche estremamente complesse. Ancora non si sa se queste reazioni sono completamente indipendenti dalla vita e sono alimentate semplicemente dalla chimica e dalla geologia, se fanno parte di un mix prebiotico da cui un giorno potrebbe emergere la vita, se stanno attualmente costruendo microbi alieni o sono forse i rifiuti di forme di vita extraterrestri che vivono già nel mare di Encelado.

“Dovremmo cercare di tornare su Encelado il più presto possibile”, dice Lunine. “Ci sta aspettando. Non sta andando da nessuna parte, e si pensi a tutta quella melma microbica che oggi potrebbe essere emessa nello spazio ed analizzata”.

Gli strumenti necessari per rispondere a queste domande esistono già: basta un viaggio di ritorno. Una di queste missioni, progettata da Lunine e dai suoi colleghi e chiamata Enceladus Life Finder, avrebbe potuto volare nel futuro prossimo. Ma la NASA ha rifiutato di finanziare il progetto.
Presto, però, una flotta di veicoli spaziali verrà inviata per esplorare un altro mondo oceanico ghiacciato: Europa, che orbita intorno a Giove. Gli scienziati non sanno ancora che tipo di chimica si produca in quel mare alieno, o se gli ingredienti necessari per la vita a noi nota siano altrettanto abbondanti.
Per ora, Encelado dovrà aspettare. E così gli scienziati, che continueranno a sperare che forse in un giorno vicino, non avranno bisogno di estrarre dati di archivio per rispondere a una delle domande più pressanti dell’umanità, e invece convincere questo promettente obiettivo astrobiologico a rivelare i suoi segreti in tempo reale.

encelado
Dimensione di Encelado paragonata al Regno Unito.

L’oceano di Encelado

Dati rilevati dalla sonda dell’Esa e della Nasa Cassini hanno permesso di scoprire che sotto la crosta di Encelado, una luna di Saturno, si nasconde un oceano che interessa l’interno satellite. La deduzione della sua esistenza, perché l’oceano non è osservabile direttamente, è giunta analizzando alcune piccole oscillazioni, chiamate librazioni, che il satellite compie lungo la sua orbita attorno al pianeta degli anelli.

Che sotto la crosta ghiacciata di Encelado potesse esserci un oceano era già stato dedotto studiando i potenti getti di vapore acqueo misto a semplici molecole organiche osservati ripetutamente uscire dal Polo Sud. Ma fino allo studio recente si pensava che il mare da cui provenivano i getti d’acqua fosse localizzato in prossimità polare, formando semplicemente una grossa lente di acqua.

encelado
Precedentemente allo studio appena pubblicato si pensava che i pennacchi di vapore acqueo provenissero da un mare limitato al Polo Sud del satellite

«È stato molto difficile capire che non si trattava di un mare relativamente modesto, ma di qualcosa che interessa l’intero satellite, perché abbiamo dovuto unire lo sforzo di ricercatori di varie discipline che potessero concordare i dati di vario genere con la nuova ipotesi; i risultati sono stati positivi su tutti i fronti», ha spiegato Peter Thomas, membro del gruppo che analizza le immagini di Cassini presso la Cornell University di New York e autore della ricerca pubblicata su Icarus.

Le oscillazioni della luna lungo l’orbita che percorre attorno al pianeta non si possono spiegare se nel cuore del satellite, sotto la crosta di ghiaccio, vi è prevalentemente un corpo rigido. Mentre se vi è dell’acqua il tutto diventa più semplice.

Nel dettaglio, spiega Matthew Tiscareno, un altro ricercatore coinvolto nello studio: «Se la superficie e il nucleo fossero rigidamente legati tra loro, il nucleo lo tratterrebbe a sé così intensamente che l’oscillazione sarebbe di gran lunga inferiore di quanto abbiamo osservato. Questo dimostra che ci deve essere uno strato di liquido molto profondo a separare la superficie dal nucleo».

Secondo uno studio condotto dagli scienziati della University of Colorado, pubblicato su Nature, i dati raccolti dalla sonda della Nasa Cassini fornirebbero la prova indiretta dell’esistenza di un grande “Jacuzzi” che ribolle sotto la coltre di ghiaccio del satellite.

Circa due anni fa, una ricerca pubblicata su Science dall’università La Sapienza di Roma aveva dimostrato quello che, sempre grazie a Cassini, si sospettava già da tempo: nel sottosuolo di Encelado fluttua un oceano d’acqua allo stato liquido. Il bacino idrico, che è grande più o meno come il nord Italia e profondo circa 10 chilometri, si trova al polo sud ed è nascosto sotto uno strato di ghiaccio spesso 30-40 chilometri – la temperatura media di Encelado è infatti di -180° C.

La ricerca apparsa ora su Nature afferma che all’interno dell’oceano sono presenti dei camini (o bocche) idrotermali. Facendo un paragone con quello che accade sulla Terra, si tratta di fratture del fondale marino da cui fuoriescono getti di acqua calda, che creano le condizioni favorevoli per un ambiente biologicamente attivo. Ma come hanno fatto gli scienziati ad arrivare a questa conclusione? Si sono basati su dei microscopici granelli di sabbia rilevati da Cassini durante uno dei suoi fly-by. Le particelle, grandi dai 2 agli 8 nanometri e composte principalmente di silicio, potrebbero sembrare insignificanti agli occhi dei meno esperti, ma in realtà sarebbero il frutto di una serie di processi che, andando a ritroso, porterebbero dritti ai geyser sottomarini.

encelado
La superficie di Encelado fotografata dalla sonda spaziale Cassini.

La catena di eventi che finisce per formare i granuli di silicato ha inizio con l’attrazione gravitazionale di Saturno e delle sue lune sul piccolo Encelado, il cui diametro è di soli 500 chilometri. Queste forze avrebbero l’effetto di “muovere” e riscaldare l’oceano sotterraneo fino alla temperatura di 90° C. L’acqua calda dissolve così gradualmente le rocce su cui poggia il bacino e poi spinge le particelle in superficie attraverso dei potenti getti. Qui le temperature rigide intrappolano i silicati nel ghiaccio, ma non per questo il loro viaggio giunge al termine: lentamente il rivestimento viene eroso e “decolla” verso lo spazio (la gravità di Encelado è troppo bassa per trattenere il sottilissimo strato di atmosfera).

Il team di scienziati, guidato da Hsiang-Wen Hsu, ha condotto per mesi una serie di esperimenti in laboratorio, giungendo alla conclusione che quello descritto è un meccanismo plausibile. Serviranno ovviamente ulteriori indagini, perché l’ipotesi sta in piedi, ma resta da capire quali altri fenomeni geotermici entrano in gioco.

La notizia della scoperta, annunciata su Nature, rafforza l’ipotesi che in quell’enorme oceano nascosto vi siano le condizioni adatte alla vita.

C’È VITA SU ENCELADO? Ovviamente non è possibile rispondere in modo certo, ma lo studio apre uno spiraglio in questa direzione. I camini idrotermali sono sede di reazioni chimiche ricche e complesse, che possono creare i presupposti per la nascita di un habitat probiotico. Non a caso sulla Terra, intorno a queste sorgenti sottomarine fioriscono degli ecosistemi straordinariamente variegati, che includono batteri che si alimentano a zolfo e sono indipendenti dall’ossigeno.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Complex Organics Bubble up from Ocean-world Enceladus, su nasa.gov,
  2. Luna Saturno nasconde oceano che potrebbe ospitare vita, Ansa.it, 3 aprile 2014.
  3.  Una luna di Saturno il luogo migliore per la vita aliena, in ANSA.it, 11 luglio 2016.
  4. Richard Black, Saturn’s moon ‘best bet for life’, BBC NEWS, 10. URL consultato il 28 ottobre 2012.
  5. A Hot Start Might Explain Geysers on Enceladus, Jet Propulsion Laboratory News, 12. URL consultato il 28 ottobre 2012.
  6. Alexandra Witze, Icy Enceladus hides a watery ocean, in NatureDOI:10.1038/nature.2014.14985.
  7. L. Iess et al.The Gravity Field and Interior Structure of Enceladus, in Science, vol. 344, nº 6179, 4 aprile 2014, pp. 78–80, DOI:10.1126/science.1250551.
  8. Salt water caverns may be beneath surface of Saturn moon, in The Telegraph, 24 giugno 2009.
0 0 vote
Article Rating
Subscribe
Notificami
guest
0 Commenti
Inline Feedbacks
View all comments
Translate »
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x