Quanto è probabile che Europa, uno dei quattro satelliti galileiani di Giove, ospiti davvero la vita?

Come forse avrete intuito, l’Europa di cui stiamo parlando non è il Vecchio Continente, ma uno dei quattro satelliti galileiani che ruotano attorno a Giove, nonché uno dei luoghi nel nostro sistema solare dove è più probabile si nasconda la vita. Europa è una delle priorità della NASA e delle altre agenzie spaziali in giro per il mondo. L’ESA, l’Agenzia Spaziale Europea, intende lanciare la sua sonda JUICE verso Giove e i suoi satelliti entro il 2022.

Probabilmente ne avete sentito parlare ma, al di là di ciò che si dice in giro, quanto è probabile che ci sia davvero vita su Europa? Possiamo realmente sperare che così vicino a noi ci siano non soltanto i segni di una vita passata, ma un ecosistema attivo? O si tratta solo di futili speranze e di illusioni da appassionati di fantascienza?

Be’, la risposta dipende dalla vostra posizione riguardo al ghiaccio.

Nella comunità scientifica l’accordo è infatti ormai quasi unanime: sotto il ghiaccio che ricopre interamente Europa è nascosto un oceano di acqua liquida e relativamente calda. Da quanto scoperto qui sulla Terra sappiamo che un oceano del genere, pur non venendo mai esposto alla luce del sole, potrebbe comunque ospitare la vita, a patto che sia abbastanza ricco di sostanze chimiche. Per motivi che proverò a spiegarvi, questa condizione – la presenza di sostanze chimiche – dipende in massima parte dallo spessore del ghiaccio.

Secondo l’ipotesi più accreditata, lo strato di ghiaccio di Europa sarebbe spesso più di trenta chilometri e quindi povero di sostanze chimiche e di vita. Ma secondo Richard Greenberg le cose potrebbero essere diverse.

“Rapide onde di marea afferrano le creature intrappolate nel ghiaccio, portando una manciata di meduse verso la superficie, dove le aspetta il nutrimento. Mentre l’acqua raggiunge il limite della propria corsa, si arricchisce di ossigeno, formato dalla scomposizione dell’acqua congelata nei suoi elementi e dalle piccole piante che lo rilasciano mentre estraggono energia dal sole. Le meduse assorbono l’ossigeno e si nutrono delle piante per qualche ora. L’acqua si raffredda rapidamente, ma prima che possa formarsi qualcosa di più di un sottile strato di ghiaccio, la marea si ritira, trascinando gli animali dentro le crepe, attraverso il ghiaccio, fino al caldo oceano sottostante. La maggior parte delle creature sopravvive al viaggio, ma alcune rimangono intrappolate nelle pareti dei canali e congelano, mentre altre vengono afferrate e divorate da creature nascoste in attesa del pasto. Il ciclo giornaliero va avanti, con piante, erbivori e carnivori a fare la propria parte.” (Unmasking Europa, Richard Greenberg)

Prima di liquidare questa descrizione come fantascienza di scarsa qualità, vorrete forse considerare che Richard Greenberg è uno dei massimi esperti mondiali di Europa. Studioso di meccaniche celesti e professore di Scienza Planetaria all’Università dell’Arizona, Greenberg è stato per venticinque anni parte fondamentale del progetto NASA Galileo, che ci ha fornito le prime immagini della superficie ghiacciata di Europa.

Secondo Greenberg non solo il ghiaccio su Europa non è spesso trenta chilometri, ma è così sottile che in molte occasioni mette fuori la testa e si gode la vista mozzafiato del grande Giove che si muove placido nel cielo. Se questo fosse vero, le probabilità di trovare vita su Europa salirebbero esponenzialmente.

Come fa Greenberg a sostenere una cosa del genere? Perché lui su Europa c’è stato.

Ma andiamo per gradi.

Europa

Se volessimo raggiungere Europa ci servirebbero almeno tre anni di viaggio. Dovremmo superare la fascia degli asteroidi e puntare verso la nube di Oort fino a incontrare Giove, un gigante la cui massa è pari a due volte e mezza quella di tutti gli altri pianeti del sistema solare messi assieme. Se questa massa fosse solo dieci volte più grande, nel cuore di Giove si innescherebbero reazioni termonucleari che lo tramuterebbero in una nana bruna, una stella.

Raggiunto Giove ci troveremmo in buona compagnia. Attorno al gigante gassoso ruotano ben sessantatré satelliti, anche se probabilmente il nostro sguardo si concentrerebbe solo su quattro di quei satelliti, i quattro a cui Galileo dedicò la sua attenzione quattrocento anni fa, con tra le mani il suo cannocchiale nuovo di zecca. Pur non essendoci mai stati, dobbiamo loro molta della nostra storia. Senza Io, Ganimede, Callisto ed Europa forse saremmo ancora convinti che la Terra è il centro dell’universo.

I vulcani di Io visti dallo spazio

Difficilmente non daremmo almeno un’occhiata a Io. Nel nostro sistema solo due pianeti potrebbero rappresentare l’inferno. Il primo è Titano, il secondo Io. Avvolta da vapori di zolfo, la superficie di Io ospita più di trecento vulcani, più alti e imponenti delle più grandi montagne della Terra. Nonostante la distanza riusciremmo a vederli eruttare. Dalla superficie di Io sbuffi di fumo e lapilli si innalzano per chilometri nello spazio.

Forse vedremmo un’ombra distendersi su Io. Se spostassimo lo sguardo verso la sua origine incontreremmo finalmente la nostra meta: Europa.

Europa

A vederla non sarebbe una gran cosa. Europa sembra una palla di neve raccolta dal bordo della strada. È grande pressappoco come la Luna. La superficie è liscia a confronto di quella di Io, senza monti né valli, e coperta interamente di ghiaccio. Su Europa, infatti, la temperatura non sale mai al di sopra dei centosettanta gradi sotto lo zero.  Come se non bastasse il gelo, la superficie di Europa è immersa nelle radiazioni emesse da Giove, radiazioni letali per un essere umano. Eppure, nonostante le condizioni proibitive della superficie, sotto quel ghiaccio potrebbe esserci il segreto meglio custodito del nostro sistema solare. Sotto quel ghiaccio potrebbe esserci la vita.

Acqua

Per capire come possa esistere acqua allo stato liquido su un pianeta la cui temperatura in superficie è di circa centosettanta gradi centigradi sotto lo zero, bisogna considerare il fatto che anche i pianeti soffrono lo stress, sottoforma di attrazione gravitazionale da parte degli altri corpi celesti, e che lo stress a cui è sottoposta Europa è davvero enorme.

Tutti sappiamo che le maree dipendono dall’attrazione esercitata dalla Luna sulla Terra, ma forse non ci siamo mai fermati a considerare il fatto che le maree non interessano solo l’acqua, ma anche la roccia. Prima di attrarre gli oceani della Terra, la Luna ne attrae la roccia e il metallo, e lo fa con tale forza da deformare il nostro pianeta.

Ebbene, la distanza tra Europa e Giove è circa una volta e mezza la distanza tra la Terra e la Luna, quindi a essa del tutto paragonabile dal punto di vista astronomico. Come già detto, Europa ha all’incirca le dimensioni della Luna, ma Giove ha un diametro pari a 500 volte quello della Terra e un peso pari a 20.000 volte quello della Luna. Il che implica un bel po’ di stress.

Europa e Giove: Europa è il puntino bianco

Per avere un’idea delle forze in gioco su Europa, considerate che l’attrazione esercitata dalla Luna sulla Terra a ogni rotazione “allunga” il nostro pianeta di qualche metro sui 13.000 chilometri di diametro della Terra. Allo stesso modo, come un pallone legato a una corda e fatto roteare a grande velocità, anche Europa viene “allungata” dall’attrazione di Giove, ma di ben un chilometro su un diametro di soli 3.300. Ciò significa che fatta 1 la deformazione subita dalla Terra, la deformazione subita da Europa è pari a 1.312. Una bella differenza.

Ma non è tutto. La forza delle maree dipende dall’eccentricità delle orbite (cioè da quanto sono ellittiche piuttosto che circolari). Il motivo è abbastanza intuitivo. Se il moto è circolare, la distanza è costante e quindi costante è anche l’attrazione (che dipende dalla distanza). Ma se il moto è ellittico la distanza aumenta e decresce, e con essa aumenta e decresce la forza esercitata sui pianeti.

Normalmente l’orbita di un satellite tende a normalizzarsi – cioè a diventare circolare – con il tempo (parliamo ovviamente di tempo astronomico) ma questo non può avvenire su Europa in ragione dell’azione congiunta dei suoi tre gemelli: Callisto, Ganimede e Io. La risonanza tra le diverse lune di Giove mantiene ellittica la traiettoria di Europa, sottoponendola a maree di forza incredibile. Basandoci sulla nostra conoscenza delle meccaniche celesti e della geologia, queste forze sarebbero tali da scaldare l’interno di Europa, donandole un’intensa vita geologica, sufficiente a sciogliere il ghiaccio profondo. Sarebbe quindi il calore interno di Europa, provocato dall’attrazione di Giove, a sciogliere il ghiaccio.

Ma quanto sarebbe vasto questo oceano sepolto? Le stime più accreditate sostengono che l’oceano di Europa sia profondo 150 chilometri e, nonostante il diametro ridotto del pianeta che lo ospita, di volume comparabile all’insieme degli oceani della Terra. Un bel po’ d’acqua, insomma, ricca di quella stessa energia che la mantiene liquida. E qui le cose cominciano a farsi interessanti, perché acqua ed energia sono due elementi fondamentali per lo sviluppo della vita come noi la conosciamo.

Purtroppo non sono però sufficienti, manca un terzo elemento: le sostanze chimiche. Se l’acqua è il parco giochi e l’energia il bambino smanioso di cominciare a giocare, le sostanze chimiche sono i mattoncini lego con cui giocare. Senza mattoncini, al bambino non resta molto da fare se non girarsi i pollici. E da dove potrebbero arrivare le sostanze chimiche, in primis l’ossigeno, di cui abbiamo bisogno per continuare a sognare?

Be’, abbiamo già detto che le terribili forze che scuotono Europa, schiacciandola come una palla di gomma, con ogni probabilità generano un’intensa attività geologica. È quindi molto probabile che sul fondo dell’oceano si aprano vulcani attivi. Giganteschi vulcani attivi. Basti pensare che Io, il più vicino a Giove tra i satelliti medicei, è il corpo celeste del nostro sistema solare con i più grandi vulcani attivi e la più intensa attività vulcanica conosciuta, attività che si ritiene essere generata proprio dalla terribile attrazione del gigante gassoso.

“Seguendo un’orbita resa leggermente ellittica dall’attrazione delle altre grandi lune di Giove, Io si avvicina e si allontana dal suo gigantesco pianeta mentre completa ogni rivoluzione. Questo comporta un cambiamento significativo nella trazione gravitazionale risultante da Giove che, a turno, causa notevoli stiramenti e compressioni del nucleo di Io. Esattamente come allungare e rilasciare un elastico lo scalda, così la variazione continua delle forze su Io genera un’immensa quantità di energia termica immagazzinata dentro la povera luna. Il calore lascia Io sotto forma del peggior caso di acne tettonico mai visto.” (Life Everywhere, David Darling)

Subito dopo Io arriva Europa. Se anche su Europa esistono vulcani simili – e abbiamo tutte le ragioni di crederlo – allora questi scaricano in mare tonnellate di sostanze chimiche.

Chimica, acqua, energia. Le cose sembrano mettersi bene.

Alieni

Ma davvero potrebbe esistere vita che non abbia mai visto la luce del sole? In fondo tutta la vita di cui abbiamo esperienza diretta dipende, in un modo o nell’altro, dalla fotosintesi.

In realtà, esempi della vita che potrebbe popolare l’oceano di Europa sono già stati trovati, proprio qui, sulla Terra. Si tratta di organismi basati non sulla foto ma sulla chemiosintesi (cioè lo sfruttamento di sostanze chimiche disciolte in acqua) e che abitano le profondità dei nostri oceani.

Una fumarola sottomarina

In diversi punti del globo esistono infatti imponenti fumarole sottomarine, che altro non sono se non vulcani sommersi che sparano nell’acqua vapori incandescenti, ricchi di sostanze chimiche. Sul fondo dell’oceano, laddove le placche tettoniche cozzano l’una contro l’altra, in ambienti che non hanno mai visto la luce del sole, esistono interi ecosistemi basati sulla chemiosintesi. Creature pallide, simili a gamberetti, che nuotano in vapori incandescenti; colonie di batteri che brulicano sulle rocce e piccoli granchi che se ne nutrono. Da molti punti di vista queste creature possono già essere considerate aliene. Se domani il Sole si spegnesse, tutto ciò che chiamiamo vita scomparirebbe, mentre i nostri cugini degli abissi non se ne accorgerebbero neppure. Loro, a differenza di noi, non dipendono dall’energia del Sole, ma dalle immense energie racchiuse all’interno del nostro pianeta. La scoperta dell’esistenza di queste creature ci porta a chiederci se qualcosa di simile potrebbe esistere anche su Europa.

Sfortunatamente la sola esistenza di questi organismi non è sufficiente a dare una risposta definitiva. Per quanto alieni, gli ecosistemi basati sulla chemiosintesi trovati sulla Terra non sono del tutto isolati. Resta infatti aperta la questione se davvero questa vita si sia formata usando solo il materiale chimico proveniente dalle fumarole, o se invece non abbia potuto beneficiare anche dei materiali di scarto prodotti negli strati più superficiali dell’oceano, come i corpi in decomposizione di altri organismi e, soprattutto, l’ossigeno libero disciolto in acqua dalla fotosintesi. Allo stato attuale delle nostre conoscenze non è possibile dire una parola definitiva. I due ecosistemi potrebbero essersi sviluppati indipendentemente l’uno dall’altro, o uno potrebbe essere derivato dall’altro. La fotosintesi potrebbe aver preceduto la chemiosintesi, o viceversa. Non lo sappiamo (anche se la spedizione del lago Volstok potrà forse darci qualche indicazione in più in questo senso).

La domanda fondamentale è quindi una. Ammesso che su Europa si aprano fumarole simili a quelle presenti sulla Terra, le sostanze chimiche che questi vulcani scaricano nell’oceano possono essere sufficienti per lo sviluppo della vita? La maggior parte degli scienziati sostiene che no, tali sostanze non sarebbero da sole sufficienti, soprattutto per l’assenza di ossigeno libero.

Sotto la crosta di ghiaccio di Europa ci sarebbe quindi un vasto, nero e morto oceano.

Ho visto cose

Punto, set, partita per i pessimisti? Non esattamente, perché i vulcani non sono l’unica fonte di sostanze chimiche disponibile su Europa. Ed è qui che entra in gioco Greenberg.

A una distanza relativamente piccola (su scala astronomica) da Europa, pulsa infatti quel gigante di Giove, che scarica sui suoi satelliti nubi di sostanze chimiche e mostruose quantità di radiazioni. Le radiazioni che raggiungono Europa sono sufficienti a scomporre l’acqua ghiacciata di superficie, producendo, tra le altre cose, ossigeno, che si mescola all’idrogeno, allo zolfo e alle sostanze chimiche provenienti da Giove stesso. Se quindi l’oceano di Europa non fosse sepolto da chilometri e chilometri di ghiaccio, ma avesse invece una relazione con la superficie, ecco che avrebbe a disposizione un’altra fonte di approvvigionamento di sostanze chimiche, forse in quantità sufficiente a permettere lo sviluppo di vita relativamente complessa.

Ecco perché la nostra speranza di trovare vita su Europa poggia, in buona sostanza, sullo spessore del ghiaccio. Se il ghiaccio è impenetrabile, allora l’oceano è probabilmente povero di sostanze chimiche e ossigeno, e quindi morto. Se invece ha una relazione con la superficie, potrebbe contenere abbastanza sostanze chimiche e ossigeno da ospitare la vita.

Qual è la verità? Chilometri e chilometri di impenetrabile calotta o uno strato sottile, permeabile, spesso eroso dall’acqua dell’oceano? Secondo Richard Greenberg è vera la seconda ipotesi e quindi lo scenario proposto dalla sua citazione potrebbe essere quello che incontreremo quando raggiungeremo il satellite di Giove. Secondo la maggior parte della comunità scientifica internazionale è invece vera la prima ipotesi.

Punti e linee

A questo punto è necessaria una precisazione. Oltre che dalle osservazioni astronomiche cominciate con Galileo, ciò che sappiamo di Europa deriva in massima parte da due missioni della NASA. La missione Voyager, del 1977, e la missione Galileo del 1995.

La sonda Galileo fu lanciata nel 1989. Il suo sistema di propulsione era talmente debole da costringerla a sfruttare a più riprese la spinta gravitazionale di Venere e della Terra, così da raggiungere Giove ben sei anni dopo il suo lancio. Galileo, che rimase attiva fino al 2003, portava con sé un set di fotocamere in grado di riprendere Europa alla stupefacente risoluzione di… 800 per 800 pixel, cosicché ogni pixel  delle immagini di cui oggi disponiamo rappresenta da un massimo di 10 chilometri a un minimo di 200 metri (il che può chiarirvi le idee sul perché non abbiamo alcuna foto di ET che prende il sole sulle spiagge di Europa). Poca roba per i nostri standard odierni, ma la missione Galileo fu progettata negli anni Settanta, e la NASA ha sempre avuto l’abitudine di mettere sulle sue sonde solo tecnologia dalla comprovata affidabilità. Ecco perché le fotocamere di Galileo erano, anche al momento del suo lancio, tutto fuorché all’avanguardia.

Una linea di frattura

Quando Galileo cominciò a inviare le sue foto, Richard Greenberg era a capo di un team che aveva il compito di studiare quelle foto e ricavarne indicazioni sulla struttura di Europa. Greenberg e il suo team si trovarono davanti un caos di linee di frattura e di quelli che chiamarono “terreni caotici”. L’analisi approfondita di quelle immagini convinse Greenberg (e non solo lui) che sotto il ghiaccio ci fosse davvero un oceano. Le linee sembravano infatti indicare zone in cui il ghiaccio si era prima spezzato e poi nuovamente saldato, scivolando su uno strato liquido sottostante.

Ma furono i terreni caotici a far accelerare i battiti di Greenberg. Quelle immagini sembravano rappresentare punti in cui il ghiaccio si fosse liquefatto e poi congelato nuovamente, come se l’acqua sottostante fosse risalita fino alla superficie e si fosse poi ghiacciata.

Un esempio dei “terreni caotici” osservati da Greenberg

In quel momento storico l’idea prevalente nella comunità scientifica era che lo strato di ghiaccio di Europa fosse spesso almeno trenta chilometri. Vale la pena chiarire che fino a pochi anni prima l’idea stessa che potesse esserci acqua sotto il ghiaccio era quasi un’eresia. Allo stesso modo nessuno aveva mai preso in considerazione l’idea che potesse esserci vita su Europa (se non Arthur C. Clarke). La vita era ancora considerata un fenomeno raro e delicato, e la ricerca di forme di vita nel cosmo si riduceva alla ricerca di pianeti simili alla Terra, in rotazione attorno a stelle simili al Sole a una distanza paragonabile a quella che separa noi dalla nostra stella. Ci si muoveva, insomma, all’interno di un paradigma che escludeva a priori la possibilità che Europa potesse ospitare la vita (per inciso, vale la pena segnalare che negli ultimi trent’anni abbiamo scoperto che la vita è molto meno delicata di quanto credevamo e che il paradigma che guida la ricerca di vita nel cosmo è completamente cambiato).

Uno dei pochi crateri sulla superficie di Europa, circondato da cerchi concentrici simili a onde

Ma ciò che Greenberg vedeva in quelle foto raccontava una storia diversa. La superficie di Europa era priva di crateri significativi, segno che il suo panorama era di recente formazione, non più vecchio di qualche decina di milioni di anni. I pochi crateri visibili erano circondati da linee concentriche, come se gli anelli d’acqua provocati dalla caduta di un sasso si fossero d’improvviso congelati. E quelle fratture… non davano forse l’idea che il ghiaccio, muovendosi su un materiale meno denso, si fosse spaccato e poi ricomposto come se qualcosa avesse spinto da sotto per emergere, divaricandolo?

Per Greenberg i segni indicavano non soltanto l’esistenza di un oceano sotterraneo, ma una relazione costante tra questo oceano e la superficie. L’equivalente scientifico di un doppio carpiato con avvitamento, qualcosa per cui la NASA non era pronta.

Un altro esempio della superficie di Europa

Una presa di posizione sbagliata o l’appoggio a una teoria troppo avventata possono comportare la fine di una carriera. La comunità scientifica, come ogni altro gruppo umano, deve sempre combattere con un certo grado di conservatorismo dei singoli. Accettare che ci fosse un oceano e che fosse in relazione con la superficie era davvero troppo. Ciò che Greenberg aveva osservato venne spiegato con la presenza di fenomeni convettivi all’interno di uno spesso strato di ghiaccio.

Anche nel ghiaccio ci sono correnti. Come avviene nell’acqua e nell’aria, il ghiaccio caldo si muove, risalendo, mentre quello freddo scende. L’unica differenza con acqua e aria è che questi movimenti sono incredibilmente più lenti. Grazie a questi fenomeni convettivi, all’interno di uno strato di solido ghiaccio si può trasmettere il calore, in quantità sufficiente a provocare segni come quelli presenti sulla superficie di Europa. Questa fu la spiegazione data a fratture e terreni caotici, una spiegazione che Greenberg non poteva accettare.

Linee di frattura e terreni caotici gli uni accanto agli altri

Se ricordate la breve biografia di Greenberg, il nostro è un esperto di meccaniche celesti, cioè dello studio dell’attrazione gravitazionale tra i pianeti. È in ragione di questo che Greenberg si è convito della teoria del ghiaccio sottile. Secondo la sua analisi, le valutazioni sul calore interno di Europa sono fortemente sottostimate. Quel gigante di Giove provoca su Europa maree immense, che generano enormi quantità di energia e tutta quell’energia non può dissiparsi attraverso soli fenomeni convettivi. Greenberg sostiene che su Europa c’è abbastanza energia da generare fenomeni conduttivi, e cioè trasmissione diretta di calore. Se così fosse, questo genere di fenomeni sarebbe in grado di sciogliere il ghiaccio molto più efficacemente, lasciandone uno spessore di appena pochi chilometri. E se questo fosse vero le prospettive cambierebbero radicalmente: ghiaccio sottile, sostanze chimiche, ossigeno dalla superficie… Vita.

Due passi su Europa

La sonda ESA JUICE non raggiungerà il sistema giovano prima del 2030, e comunque non tenterà in alcun modo di atterrare su Europa, tanto meno di penetrarne lo strato di ghiaccio.

Per ora non è prevista alcuna missione che punti a un simile risultato, soprattutto per il costo, che sarebbe davvero proibitivo (almeno 46 triliardi di dollari… un bel po’ di soldi per un piatto di gamberetti). Ciò nonostante, in tutto il mondo sempre più astronomi ed esobioligi sollevano lo sguardo verso Europa, come fece Galileo quattrocento anni fa.

Potete farlo anche voi.

In certe notti limpide, Giove e i suoi quattro satelliti sono visibili con un cannocchiale economico. Riconoscere Europa è  facile: è il puntino più luminoso. Mentre la guardate pensate a un pianeta coperto di ghiaccio e a un oceano sterminato, e chiedetevi cosa potrebbe nuotare in quell’oceano.

Sarete in buona compagnia. Non ultima quella di James Cameron, che, con l’ausilio di esperti della NASA, ha provato a immaginare come sarebbe atterrare su Europa, e cosa potremmo trovare sotto il ghiaccio.