Gli scienziati stanno addestrando modelli di apprendimento automatico e progettando strumenti per la ricerca di vita su altri mondi.
Nel 1977 il New York Times pubblicò un articolo intitolato “Seeking an End to Cosmic Loneliness” (Cercando di porre fine alla solitudine cosmica), in cui si descrivevano i tentativi dei fisici di captare i messaggi radio degli alieni. L’impresa, nota come Ricerca di Intelligenza Extraterrestre (SETI), era ancora agli inizi e i suoi proponenti stavano lottando per convincere i loro colleghi e il Congresso che l’idea valeva la pena di essere finanziata.
La ricerca per determinare se qualcuno o qualcosa sia là fuori ha acquisito maggiore fondatezza scientifica nel corso del mezzo secolo trascorso dalla pubblicazione di quell’articolo. All’epoca, gli astronomi non avevano ancora individuato un solo pianeta al di fuori del nostro sistema solare. Ora sappiamo che la galassia pullula di mondi diversi. Un tempo gli oceani del nostro pianeta erano considerati eccezionali, mentre oggi le prove suggeriscono che numerose lune del sistema solare esterno ospitano acque sotterranee.
La nostra idea della gamma di ambienti in cui la vita potrebbe esistere si è ampliata anche grazie alla scoperta sulla Terra di organismi estremofili che possono prosperare in luoghi molto più caldi, salati, acidi e radioattivi di quanto si pensasse in precedenza, comprese le creature che vivono intorno alle bocche idrotermali sottomarine.
Siamo più vicini che mai a scoprire quanto siano comuni mondi viventi come il nostro. Nuovi strumenti, tra cui l’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale, potrebbero aiutare gli scienziati a guardare oltre le loro nozioni preconcette su ciò che costituisce la vita. Gli strumenti futuri sonderanno le atmosfere di pianeti lontani e scansioneranno campioni del nostro sistema solare locale per vedere se contengono sostanze chimiche rivelatrici nelle giuste proporzioni per far prosperare degli organismi.
“Penso che entro la nostra vita saremo in grado di farlo”, afferma Ravi Kopparapu, scienziato planetario presso il Goddard Space Flight Center della NASA nel Maryland. “Saremo in grado di sapere se c’è vita su altri pianeti”.
Sebbene gli esseri umani abbiano una lunga storia di speculazioni su mondi lontani, per gran parte di quel periodo le prove reali scarseggiavano. I primi pianeti intorno ad altre stelle, noti come esopianeti, sono stati scoperti all’inizio degli anni ’90, ma gli astronomi hanno dovuto attendere il lancio del telescopio spaziale Kepler della NASA nel 2009 per capire quanto fossero comuni. Kepler ha monitorato attentamente centinaia di migliaia di stelle, alla ricerca di piccoli cali di luminosità che potrebbero indicare il passaggio di pianeti davanti a loro. La missione ha contribuito a far passare il numero di esopianeti conosciuti da una manciata a oltre 5.500.
Kepler è stato costruito per aiutare a determinare la prevalenza di pianeti simili alla Terra che orbitano attorno a stelle simili al Sole alla distanza giusta per avere acqua liquida sulla loro superficie (una regione spesso soprannominata la zona Goldilocks). Anche se finora nessun mondo extraterrestre è stato un gemello perfetto del nostro, i ricercatori possono usare la grande quantità di scoperte per fare delle ipotesi su quanti potrebbero essercene. Le migliori stime attuali suggeriscono che tra il 10% e il 50% delle stelle simili al sole hanno pianeti come il nostro, il che porta a numeri che fanno girare la testa agli astronomi.
“Se è il 50%, è una cosa pazzesca, no?”, dice Jessie Christiansen, astrofisico al Caltech di Pasadena, California. “Ci sono miliardi di stelle simili al sole nella galassia e se la metà di esse ha pianeti simili alla Terra, potrebbero esserci miliardi di pianeti rocciosi abitabili”.
C’è qualcuno in casa?
Determinare se questi pianeti contengono effettivamente organismi non è un compito facile. I ricercatori devono catturare la debole luce di un esopianeta e suddividerla nelle lunghezze d’onda che la compongono, cercando i segnali che indicano la presenza e la quantità di diversi tipi di sostanze chimiche. Anche se gli astronomi vorrebbero concentrarsi sulle stelle simili al sole, farlo è tecnicamente impegnativo. Il nuovo e potente James Webb Space Telescope (JWST) della NASA sta attualmente allenando il suo specchio di 6,5 metri e i suoi impareggiabili strumenti a infrarossi su mondi attorno a stelle più piccole, più fredde e più rosse del nostro Sole, note come nane M. Questi luoghi potrebbero essere abitabili, ma al momento nessuno ne è sicuro.
Affinché l’acqua liquida sia presente sulla loro superficie, i pianeti intorno alle nane M dovrebbero orbitare vicino alle loro stelle, che tendono a essere più attive del Sole, inviando violenti brillamenti che potrebbero portare via i gas atmosferici e probabilmente lasciare il suolo un guscio secco. JWST ha studiato Trappist-1, una nana M distante 40 anni luce con sette piccoli mondi rocciosi, quattro dei quali si trovano alla distanza giusta per avere potenzialmente acqua liquida. È già stato dimostrato che i due esopianeti più vicini sono privi di atmosfera, ma gli scienziati attendono con ansia i risultati delle osservazioni di JWST dei prossimi tre. Vogliono sapere se anche quelli al di fuori della zona abitabile possono avere un’atmosfera.
C’è un interesse particolare nel cercare altri pianeti intorno alle stelle nane M, perché sono molto più diffuse delle stelle di dimensioni solari. “Se si scopre che hanno un’atmosfera, si centuplica il patrimonio abitabile della galassia”, dice Christiansen.
Una volta trovato un pianeta che assomiglia molto alla Terra, vorremo iniziare a cercare indizi chimici di vita sulla sua superficie. Il JWST non è abbastanza sensibile per farlo, ma i futuri strumenti a terra, come l’Extremely Large Telescope, il Giant Magellan Telescope e il Thirty Meter Telescope, che dovrebbero iniziare a raccogliere dati nel 2030, potrebbero individuare i componenti chimici dei mondi simili alla Terra nelle vicinanze. Per ottenere informazioni da obiettivi più lontani bisognerà attendere la prossima missione di punta della NASA, l’Osservatorio dei Mondi Abitabili (Habitable Worlds Observatory), il cui lancio è previsto tra la fine del 2030 e l’inizio del 2040. Il telescopio utilizzerà un paraluce esterno o uno strumento chiamato coronografo per bloccare la luce abbagliante di una stella e concentrarsi sulla luce planetaria più fioca e sulle sue potenziali impronte molecolari.
Quali sostanze chimiche in particolare gli astronomi debbano cercare è ancora oggetto di dibattito. L’ideale sarebbe trovare le cosiddette biosignature, ovvero molecole come acqua, metano e anidride carbonica presenti in quantità simili a quelle che troviamo sulla Terra. Che cosa questo significhi in pratica non è sempre chiaro, poiché il nostro pianeta ha attraversato molti periodi in cui conteneva la vita, ma le quantità di diverse sostanze chimiche variavano in modo selvaggio.
“Volete che rilevi una Terra arcaica, come 2 o 3 miliardi di anni fa?”, chiede Kopparapu. “O dal Neoproterozoico, dove c’era una Terra a palla di neve? Oppure volete rilevare la Terra attuale, dove c’è molto ossigeno libero, ozono, acqua e CO2?”.
Di recente ha suscitato grande entusiasmo l’individuazione da parte di JWST del solfuro di dimetile, una molecola che sul nostro mondo è prodotta solo dagli esseri viventi, su un esopianeta grande quasi nove volte la Terra e situato a 120 anni luce di distanza. I risultati, che devono ancora essere confermati, evidenziano l’ingannevolezza di questi metodi. Se il solfuro di dimetile è davvero presente nell’atmosfera del pianeta, la luce delle stelle dovrebbe anche scomporlo per formare etano, una molecola che non è ancora stata osservata. “Nessun singolo gas è una biosegnalazione”, afferma Kopparapu. “È necessario vedere una combinazione di questi gas”. L’anno scorso, Kopparapu e altri membri della comunità hanno pubblicato un rapporto in cui si sottolinea che ogni particolare scoperta deve essere collocata nel contesto dell’ambiente stellare e planetario, poiché potrebbero esserci molti risultati che apparentemente indicano la vita ma che hanno spiegazioni alternative.
Perché conta la vita?
Il problema di come distinguere definitivamente tra vita e non vita è un problema perenne, che si tratti di pianeti lontani o anche di fenomeni qui sulla Terra. I ricercatori potrebbero presto ricevere aiuto da tecniche algoritmiche in grado di individuare associazioni troppo complesse per il cervello umano. In recenti esperimenti, Robert Hazen e i suoi colleghi hanno preso 134 campioni viventi e non viventi (tra cui petrolio, meteoriti ricchi di carbonio, antichi fossili e una vespa volata nel loro laboratorio), li hanno vaporizzati e ne hanno diffuso i componenti chimici. Circa 500.000 diversi attributi sono stati identificati all’interno della composizione molecolare di ciascun campione e sottoposti a un programma di apprendimento automatico.
“Quando esaminiamo questi 500.000 attributi, ci sono modelli unici per gli esseri viventi e modelli unici per gli esseri non viventi”, afferma Hazen, mineralogista e astrobiologo presso la Carnegie Institution for Science.
Dopo aver addestrato il software sul 70% dei campioni, la tecnica è stata in grado di riconoscere con un’accuratezza del 90% quali dei campioni rimanenti avessero un’origine biologica. Il dispositivo che viene utilizzato per distribuire i componenti chimici dei campioni è lungo circa sette pollici, abbastanza piccolo da poter essere inviato in missioni su mondi oceanici vicini come Europa di Giove o Encelado di Saturno. Il rover Perseverance della NASA ha portato uno strumento simile su Marte, quindi Hazen pensa che l’algoritmo di apprendimento automatico del suo team potrebbe essere adattato per setacciare i suoi dati e andare a caccia di organismi passati o presenti lì. Poiché si basa su relazioni molecolari piuttosto che sul rilevamento di specifiche sostanze chimiche organiche come il DNA o gli amminoacidi, che potrebbero non essere utilizzati in altre biosfere, il metodo potrebbe consentire agli scienziati di cercare vita completamente diversa da quella che abbiamo sulla Terra.
Tali applicazioni di apprendimento automatico stanno iniziando a trovare impiego anche nel SETI, che negli ultimi anni si è orientato verso la ricerca di una più ampia gamma di prove visibili di specie extraterrestri che utilizzano strumenti rispetto al passato. La maggior parte degli operatori del settore è alla ricerca di tali tecnosegnali, definiti come “una qualche firma di tecnologia rilevabile a distanza che possiamo caratterizzare con la strumentazione astronomica”, dice Sofia Sheikh del SETI Institute. Potrebbe trattarsi di un segnale radio, ma altre prove potrebbero essere rappresentate da impulsi laser ottici, giganteschi progetti di ingegneria spaziale, inquinamento atmosferico o persino sonde artificiali che si dirigono verso il nostro sistema solare.
Presso la Zwicky Transient Facility vicino a San Diego, in California, che ricerca continuamente l’intero cielo notturno alla scoperta di brevi lampi di luce provenienti da fonti sconosciute, gli ingegneri stanno insegnando all’intelligenza artificiale come identificare caratteristiche che non ci si aspetterebbe da fenomeni naturali. “È a quel punto che possiamo iniziare a porci delle domande”, spiega Ashish Mahabal, astronomo e data scientist del Caltech. Le risposte a tali domande potrebbero aiutare a rivelare nuovi eventi astronomici o, forse, una stella circondata da enormi pannelli solari che alimentano una società aliena ad alta intensità energetica.
I ricercatori del SETI sperano che l’uso di questi strumenti possa aiutare a superare alcuni dei loro pregiudizi antropocentrici. La maggior parte riconosce che le nostre aspettative sugli esseri ultraterreni sono limitate dalla nostra esperienza. Per esempio, la ricerca di segni di massicci pannelli solari alieni è spesso “basata sul presupposto che ci sarà sempre un bisogno esponenziale di energia”, dice Sheikh.
Grazie a tutte le strade attualmente esplorate, molti scienziati ritengono che le risposte alle nostre domande sulla vita extraterrestre non siano lontane. Tuttavia, in ultima analisi, la questione della nostra solitudine cosmica è di natura filosofica. Per la maggior parte della storia dell’umanità, non credevamo di essere soli. Abbiamo riempito i cieli di dei, mostri e creature mitiche. Solo nell’era moderna la nostra specie ha iniziato a preoccuparsi del proprio posto nell’universo. Ma, a prescindere dal fatto che qualsiasi altra parte di esso ospiti o meno la vita, il cosmo è la nostra casa. Possiamo scegliere di sentirci soli o di abbracciare la bellezza e la meraviglia che ci circonda.
