Vita e intelligenza nell'Universo

Alla domanda "Esistono altre civililtà intelligenti / tecnologicamente avanzate nell'Universo?", si può rispondere che ci sono innumerevoli stelle, ancora più di pianeti, e che se la vita e l'intelligenza (la tecnologia) sono comparse da noi, questo deve essere avvenuto ugualmente altrove, magari anche in molti altri luoghi. Ma dall'altro lato, la vita terrestre potrebbe aver beneficiato di una sequenza rara di numerosi eventi favorevoli.

• L'uomo è stato convinto per molto tempo che la Terra stesse al centro del Mondo, poi che l'Universo ruotasse attorno al Sole. Fino alla fine del ventesimo secolo, si diceva che forse il Sole fosse la sola stella circondata da pianeti. Oggi, sappiamo che il Sole è una stella media,  che la Terra un pianeta medio rispetto alle dimensioni e alla posizione, che i pianeti sono probabilmente molto più numerosi delle stelle nella Galassia, e che un gran numero di essi ha una superficie con temperatura mite e dell'acqua liquida.
• Un altro elemento di fondamentale importanza in questa riflessione: I processi fisico-chimici in atto nell'Universo seguono le leggi che conosciamo. Non esiste un atomo nell'Universo che non sia dentro la tavola degli elementi di Mendeleiev. Tutti i pianeti obbediscono alle leggi stabilite per i pianeti del sistema solare da Newton e Einstein.

• L'equazione di Drake

Equazione di Drake

Crediti : Osservatorio di Parigi / UFE

L'equazione di Drake corrisponde all'approccio scientifico d un astronomo americano Frank Drake nel 1961. Drake ha espresso sotto forma di una semplice equazione il calcolo del numero di civiltà con cui potremmo comunicare (N_civ):

N_civ = F_ét x P_pla x N_pla x P_vita x P_int x P_com x T

F_ét è la velocità con cui si formano stelle nella Galassia.
P_... è la probabilità o frazione di stelle soddisfacenti una condizione particolare (da 0 a 100%, o da 0 a 1)
P_pla è la probabilità che una stella possieda pianeti.
N_pla è il numero medio di pianeti abitabili per stella.
P_vita è la probabilità che la vita si sviluppi su un pianeta abitabile
P_int è la probabilità che l'intelligenza si sviluppi su un pianeta dove è apparsa la vita
P_com è la probabilità che una forma di vita intelligente sviluppi dei mezzi di comunicazione con altri mondi
T è il tempo durante il quale una tale comunicazione può essere captata. È dunque la durata di vita di una civiltà in grado di comunicare

Questo enunciato scompone i fattori richiesti, e permetti quindi di studiarli, ma non fornisce la risposta. L'equazione di Drake è in fatti un mezzo per misurare la nostra ignoranza … e i nostri progressi.

• Bilancio delle conoscenze attuali

la superficie del satellite Europa

La superficie di Europa assomiglia a dei pezzi di un  puzzle che sarebbero scivolati gli uni rispetto agli altri. Una spiegazione possibile è che il suolo di ghiaccio ricopra un oceano d'acqua liquida. Crediti: NASA / GFSC

• Il numero di stelle nella Galassia si situa tra 100 e 200 miliardi. L'età della Galassia è dell'ordine di 10 miliardi d'anni. Si stima dunque la velocità di formazione delle stelle F_ét come 10 per anno. È quasi costante da circa 5 miliardi d'anni. Questo tasso di formazione delle stelle era il solo termine dell'equazione assai ben conosciuto fino al 1995.
• La scoperta di esopianeti in particolare con il satellite Kepler, ha mostrato che la probabilità che una stella possieda dei pianeti, P_pla, è molto grande, vicino al 100%, al meno nel disco galattico. Si tratta di un risultato importante per la scoperta degli esopianeti. Le stelle lontane dal piano galattico, vecchie e povere in metalli, potrebbero avere molti meno pianeti.
• Il fattore tempo non compare nell'equazione di Drake ma è importante in particolare perché le stelle hanno una durata di vita variabile in funzione della loro massa. Le più massive diventano molto brillanti ma non vivono a lungo. Le meno massive non sono molto calde né luminose, e possono in più avere una forte attività eruttiva. Le stelle di tipo solare, stabili, rappresentano circa l'1% del totale, ma si può allargare la gamma di stelle accettabili (né troppo massive, né troppo poco) a circa il 10%.
• I limiti sui pianeti (massa e distanza dalla stella) dipendono dalle condizioni richieste per lo sviluppo della vita, e dunque dalla definizione del concetto di "vita". Si può tuttavia limitare la massa in questo modo: i pianeti più massivi sono dei giganti gassosi e non hanno superficie (Giove, Saturno, Urano, Nettuno), mentre Mercurio e i pianeti nani come Plutone non hanno atmosfera (essi non sono sufficientementi massivi per trattenere un'atmosfera). Si può notare che la vita potrebbe comparire anche su dei satelliti dei pianeti giganti: anche se non si tratta di "pianeti", si dovrebbe includere questa possibilità nel termine N_pla. Nel sistema solare, si pensa in particolare ad Europa (satellite di Giove, che potrebbe avere dell'acqua liquida sotto il ghiaccio).
  La distanza del pianeta dalla stella è un limite per quella che si chiama la zona abitabile, dove la presenza di acqua liquida è possibile. Nel nostro sistema solare, la gamma di distanze adeguate rappresenta circa il 2% della gamme delle distanze dei pianeti dal Sole. Si tratta al massimo di una distanza compresa tra 0.5 - 2.5 UA cioè 4%.
  Il numero di pianeti abitabili per stella comincia ad essere conosciuto grazie alle osservazioni di Kepler. 20% delle stelle di tipo solare avrebbero un pianeta di tipo terrestre nella zona abitabile.
• La probabilità che la vita compaia è sconosciuta. Da un punto di vista ottimistico, la vita potrebbe svilupparsi appena le condizioni fisico-chimiche siano "buone" sulla superficie di un pianeta. Diversi indizi fanno pensare agli astronomi che la vita possa formarsi facilmente su un pianeta:

- La presenza di molecole pre-biotiche si è osservata nelle comete e nel mezzo interstellare. Queste molecole sono gli elementi elementari che sulla Terra hanno formato le prime cellule viventi.

- I primi tempi del pianeta Terra sono stati molto movimentati: la Terra, come gli altri pianeti, sono stati bombardati costantemente da planetesimi, di cui i discendenti sono le comete. Quando questo bombardamento incessante ha avuto fine, circa 3,6 miliardi di anni fa, la temperatura è diminuita sulla superficie della Terra e, quasi istantaneamente, le prime cellule viventi sono apparse. I pianeti vicini della Terra, Marte e Venere, hanno conosciuto le stesse condizioni. È possibile che questo processo si sia anche prodotto su questi pianeti.
Ma si potrebbe anche aver bisogno di condizioni eccezionali: per esempio, sembrerebbe che Giove abbia svolto un ruolo come scudo gravitazionale rispetto alla Terra, impedendo a numerose comete di cadere sulla Terra. Senza questo scudo, la Terra avrebbe potuto avere una superficie ricoperta d'acqua, e sarebbe stata meno ospitale per la vita. In secondo luogo, la Luna (che ha la particolarità di essere relativamente massiva rispetto alla Terra) stabilizza l'asse di rotazione terrestre, rendendo così stabile il clima a lungo termine. La Luna produce anche delle maree forti, intensificando gli scambi liquido/solido.

• La stima di P_int è ancora più difficile da realizzare, a partire dalla definizione d'intelligenza.
• Lo stesso vale per Pcom. Una civiltà sviluppata potrebbe non cercare di comunicare.
• Per terminare, T è uno sconosciuto completo! La nostra civiltà tecnologica (capace di comunicare via le onde radio) ha circa 100 anni (anche se l'Homo erectus è apparso circa un milione di anni fa). Sopravviveremo ancora dei milioni di anni, o scompariremo in alcuni secoli a causa di una catastrofe naturale, della distruzione dell'ecosistema con l'inquinamento, o ancora a causa di una guerra nucleare? 

Risultato

Un calcolo ottimista fornisce N_civ = 10 x 1 x 3 x 0.02 x 1 x 1/4 x 10⁸ = 1.5 10⁷.

Un calcolo pessimista produce N_civ = 10 x 1 x 3 x 0.01 x 0.02 x 1/10 x 200 ₌ 0.12. In realtà N_civ dovrebbe valere 1 poiché noi esistiamo, ma allora noi saremmo soli nella Galassia. C'è dunque ancora un grande margine di possibilità.

Potrete testare i diversi valori dei parametri con l'applet Equazione di Drake