Un'agenzia federale degli Stati Uniti non è la prima cosa che viene in mente quando ci si pongono alcune delle domande esistenziali più profonde. Eppure è proprio in una di queste agenzie, la NASA, che nell'ultimo mezzo secolo sono stati compiuti alcuni dei progressi più concreti per darvi risposta. È anche il luogo in cui hanno avuto origine alcuni dei più profondi cambiamenti concettuali sulla nostra esistenza nel cosmo.

Grazie alla missione Apollo 17, la NASA ha permesso di ottenere Blue Marble, la famosa l'immagine della Terra vista dallo spazio; di dare un'occhiata alla superficie di Marte o alla gelida e tranquilla periferia del nostro sistema solare; di misurare la temperatura della radiazione cosmica di fondo, lontana eco dell'universo neonato; di ottenere infine il catalogo di più di 4.000 candidati pianeti in orbita attorno ad altre stelle.

Naturalmente, in quanto ente governativo, anche la NASA ha i suoi problemi: spesso viene utilizzata come una pedina politica e funziona con una burocrazia vecchia e bizantina. Ma quando trova la strada giusta, i risultati sono clamorosi.

Per questo, è molto importante che la NASA abbia comunicato di voler riunire la comunità dei ricercatori che studiano i pianeti extrasolari di tutti gli Stati Uniti. Chi scrive ha seguito direttamente la questione, come principal investigator per la Columbia University e per l'Astrobiology Center della stessa Università e membro del team che ha collaborato con il Goddard Institute for Space Studies di New York e con il Goddard Space Flight Center, così come con altri istituti come l'Università di Washington, la Weber State University e il NASA Ames Research Center. Dopo questa lunga noiosa lista si capisce perché il tutto viene chiamato NExSS (Nexus for Exoplanet System Science).

La descrizione completa del progetto si può trovare nella pagina ufficiale dell'agenzia. In poche parole, si tratta di un coraggioso tentativo di dare una struttura organizzata ai diversi filoni di ricerca sostenuti dalla NASA sui pianeti extrasolari e sulle possibilità di vita su questi pianeti. Lo sforzo per “fare sistema” nasce dalla necessità di capire la relazione tra i pianeti e la vita, e la complessa rete di meccanismi astrofisici, geofisici, geochimici, climatologici e biochimici che ne sono alla base.

Sono molto orgoglioso del lavoro dei miei colleghi perché penso che sia uno degli aspetti più eccitanti dell'intero progetto. Il nostro contributo scientifico alla NExSS ruota attorno allo sviluppo del cosiddetto ROCKE3D che secondo noi sarà uno dei migliori modelli tridimensionali della superficie dei pianeti rocciosi elaborati con un supercomputer, realizzato a partire da una versione generalizzata di un modello climatico terrestre, noto come Modello di circolazione generale, o GCM.

Un gigantesco programma di questo genere modella l'atmosfera del pianeta come un fluido, in cui l'energia viene trasportata dai venti, tenendo conto della presenza degli oceani e del ghiaccio, della chimica atmosferica e del trasferimento di radiazioni elettromagnetiche, della formazione e della dissipazione delle nuvole e, in ultima analisi, della biosfera.

Ma non si può semplicemente ricalcolare i parametri per chiedere al modello, per esempio, qual è il clima su Marte o su un pianeta extrasolare lontano. Notoriamente, i GCM terrestri sono finemente regolati per riprodurre con precisione le attuali condizioni climatiche della Terra e i loro cambiamenti, in modo da contribuire a rispondere alle nostre domande più pressanti sul cambiamento climatico. Se occorrono risposte su nuovi mondi, o anche sulla Terra nel corso degli ultimi quattro miliardi di anni, è necessario riscrivere un sacco di codice.

E per verificare che il modello sia veramente preciso, bisogna calibrarlo correttamente. Questo è quello che stiamo facendo con ROCKE3D - utilizzando ciò che sappiamo circa la “abitabilità” del sistema solare negli ultimi 4,5 miliardi anni per cercare di azzeccare la fisica a la meccanica giuste che servono nelle simulazioni. Alcuni risultati preliminari sono esposti nell'immagine seguente.

Da sinistra a destra, nell'immagine sono rappresentate: la temperatura superficiale di Marte durante l'inverno dell'emisfero settentrionale; la temperatura dell'aria superficiale della Terra, in lenta rotazione sincrona, che rappresenta un modello del pianeta Venere giovane; la Terra nell'Era Neoproterozoica (circa un miliardo di anni fa: si noti la diversa conformazione dei continenti) durante un episodio di “Terra a palla di neve”, in due diverse simulazioni che mostrano, rispettivamente, una copertura nuvolosa di basso livello (in bianco), e le velocità e le direzioni dei venti al livello della superficie (in verde).

Il mio piccolo ruolo in questo progetto riguarda la definizione di alcuni importanti input del modello, per esempio, la storia dell'interazione spin-orbita dei pianeti: se non si conosce l'orientamento e l'orbita di un pianeta non si conosce neppure l'input energetico del Sole – l'insolazione di un pianeta – che determinare il clima. Occorre quindi immaginare i plausibili stati spin-orbita dei pianeti come Venere, Terra e Marte nelle varie epoche cruciali nel corso di 4,5 miliardi di anni: si tratta di un compito non particolarmente agevole, che stiamo affrontando con metodi innovativi, molti dei quali implicano l'utilizzo di un'enorme quantità di calcolo.

Nel frattempo, stiamo continuando anche a immaginare quali sono le possibilità offerte dagli esopianeti: quali sono quelli in grado di sostenere un clima temperato per miliardi di anni, quelli che scopriremo nei prossimi anni e quelli che potremo studiare con le future generazioni di telescopi.

In questo caso il sistema solare è realmente il trampolino per le stelle.

L'autore
Caleb Scharf è direttore del multidisciplinare Astrobiology Center della Columbia University. Ha lavorato nel campo della cosmologia osservativa, dell'astronomia X e, più recentemente, della scienza degli esopianeti. I suoi ultimi libri sono “I motori della gravità. L'altra faccia dei buchi neri" (Codice 2014) e “Il complesso di Copernico. Il nostro posto nell'universo" (Codice, 2015)”. Per seguirlo su Twitter: @caleb_scharf.

(La versione originale di questo articolo è apparsa il 24 aprile su scientificamerican.com. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati)