Labitabilità planetaria è la misura della capacità di un corpo celeste di sviluppare e accogliere la vita. Questa nozione può dunque essere in particolare utilizzata per i pianeti ed i loro satelliti naturali.
In seguito alle conoscenze acquisite dagli studi della biologia terrestre, gli elementi necessari al mantenimento della vita sono una sorgente di energia abbinata a della materia mobilizzabile, sapendo che differenti modelli sono proposti in appoggio all'origine della vita. Tuttavia, la nozione di abitabilità come «possibilità di accogliere la vita» è intrinsecamente limitata dalla comparazione alle condizioni biologiche terrestri, il che implica il rispetto di vari altri parametri di ordine geofisico, geochimico ed astrofisico. Se l'esistenza di una vita extraterrestre è sconosciuta, l'abitabilità di un pianeta è in effetti in gran parte un'estrapolazione delle condizioni terrestri e delle caratteristiche generali che appaiono favorevoli allo sviluppo della vita in seno al Sistema solare. L'acqua allo stato liquido è in particolare considerata come un elemento indispensabile ad un ecosistema vivente. La ricerca in questo dominio occupa principalmente la planetologia e l'astrobiologia.
L'idea che dei pianeti diversi dalla Terra potessero ospitare la vita è antica e nel corso della storia il dibattito ha interessato tanto la filosofia quanto la scienza.Questo articolo contiene un'analisi della nozione di abitabilità planetaria corrispondente allo stato attuale delle conoscenze scientifiche. Altre voci trattano della possibilità di esistenza di una vita extraterrestre (equazione di Drake e paradosso di Fermi) e della loro forma potenziale (vita extraterrestre). La fine del XX secolo è stato teatro di due scoperte importantissime. Innanzitutto, l'osservazione e l'esplorazione mediante le sonde dei pianeti e dei satelliti del sistema solare hanno fornito informazioni essenziali che hanno permesso di definire dei criteri di abitabilità e di confronto geofisici tra la Terra e gli altri corpi celesti. D'altra parte, la scoperta dei pianeti extrasolari, che è iniziata nel 1995 ed è accelerata, ha confermato che il Sole non è la sola stella a illuminare i pianeti ed ha allargato il campo di ricerca sull'abitabilità al di là del Sistema solare.
Secondo uno studio del 2020 basato sulle scoperte del telescopio spaziale Kepler, nella Via Lattea potrebbero esistere 300 milioni di pianeti abitabili in orbita attorno a stelle simili al Sole.
Sistemi solari appropriati
Definire la nozione di abitabilità planetaria comincia dallo studio delle stelle. L'abitabilità di un pianeta dipende in effetti in gran parte dalle caratteristiche del sistema planetario (e dunque della stella) che lo ospita. In seguito al progetto Phoenix del programma SETI, nel 2002 gli scienziati Margaret Turnbull e Jill Tarter hanno sviluppato la nozione di HabCat (abbreviazione di Catalogo dei sistemi stellari abitabili). Il catalogo fu costituito estraendo dal catalogo Hipparcos le stelle più prossime alla Terra. In seguito, una selezione più precisa ha permesso di isolare HabStars. La scelta dei criteri fu un buon punto di partenza per comprendere quali caratteristiche astrofisiche siano necessarie per rendere dei pianeti abitabili.Turnbull, Margaret C., and Jill C. Tarter. "Target selection for SETI: A catalog of nearby habitable stellar systems," The Astrophysical Journal Supplement Series, 145: 181-198, March 2003. (). Critères de définition de l'habitabilité - La base de cet article.
Classe spettrale
La classe spettrale di una stella indica la temperatura della fotosfera, che per le stelle della sequenza principale è legata alla loro massa. Si stima attualmente che il dominio spettrale appropriato per le stelle suscettibili di accogliere sistemi ospitanti la vita (HabStars) va dall'inizio della classe F o G fino a metà della classe spettrale K. Essa corrisponde alle temperature che vanno da poco più di 4000 K a un po' più di 7000 K. Il Sole, stella di classe G2, è all'incirca nel mezzo di tale dominio. Le stelle di quel tipo hanno un certo numero di particolarità che sono importanti dal punto di vista dell'abitabilità planetaria.
Stelle di classe O, B e A Le stelle di classe A, B e O, sono le più luminose della Galassia, e quelle che consumano il loro combustibile più rapidamente, in generale meno di un miliardo di anni e in certi casi addirittura meno di 10 milioni di anni., California State University, Los Angeles.La vita sarebbe apparsa sulla Terra approssimativamente 500 milioni di anni dopo la formazione del nostro pianeta. Le stelle del tipo A (che bruciano in un periodo che va da 600 milioni a 1,2 miliardi di anni) e una piccola parte delle stelle del tipo B (che bruciano in un periodo compreso tra i 10 e i 600 milioni di anni) potrebbero dunque in teoria permettere l'apparizione della vita. Tuttavia, è quasi certo che la vita non avrebbe potuto raggiungere uno stadio complesso data la scarsa durata di tali stelle e il fatto che l'aumento della luminosità della stella sarebbe intervenuta così rapidamente. La vita attorno a stelle del tipo O è altamente improbabile in quanto esse si estinguono in meno di 10 milioni di anni.. Le stelle azzurre di classe O e B emettono un'intensa radiazione ultravioletta che producono un processo di fotoevaporazione dei pianeti nascenti. Anche in protostelle poste a meno di 0,1 anni luce da una calda stella blu, difficilmente un pianeta potrebbe formarsi prima che il materiale del disco protoplanetario venga espulso nello spazio interstellare dall'intensa energia emanata da una compagna massiccia. Inoltre, anche se poste a maggior distanza, un sistema planetario in formazione di una stella di tipo solare così vicina a una stella blu verrebbe spazzato via dall'esplosione della vicina massiccia in supernova, evento che avviene in poche decine di milioni di anni. È quindi altamente improbabile che esistano pianeti abitabili relativamente vicini a stelle di classe O e B.
La formazione di pianeti nella zona abitabile attorno a stelle di classe A potrebbe essere possibile, tuttavia gli esperti pensano che anche nelle prime classi di stelle di tipo F, la radiazione ultravioletta sarebbe eccessiva e altererebbe o distruggerebbe molecole come il DNA (essenziale per la biochimica basata sul carbonio). Oltre a questo, essendo la loro vita molto più breve di quella di stelle di classe G o K, la loro zona abitabile si espanderebbe rapidamente e probabilmente qualsiasi pianeta situato attorno ad esse attraverserebbe il confine interno della zona abitabile prima che la vita possa evolversi..
Stelle di classe K, G e F
Le stelle che vanno dal tipo K intermedio a quelle bianco-gialle rappresentano l'ottimo per la vita per stabilità, distanza dalla zona abitabile rispetto alla stella e ciclo vitale. A differenza delle nane rosse, queste stelle relativamente simili al Sole hanno una fase di attività stellare dopo la loro formazione molto più breve (circa 500 milioni di anni per una di classe G), rispetto a 2-3 miliardi di anni per una di classe M), che impedisce che pianeti potenzialmente abitabili possano perdere la loro atmosfera nei primi miliardi di anni di esistenza a causa di intensi brillamenti. Inoltre difficilmente i pianeti situati nelle loro zone abitabili si trovano così vicino alle loro stelle da essere in rotazione sincrona, come succede invece ai pianeti attorno a nane rosse.
Queste stelle non sono né troppo calde, né troppo fredde, e bruciano sufficientemente a lungo perché la vita abbia possibilità di comparire. Costituiscono probabilmente dal 5 al 10% delle stelle della nostra galassia. emettono sufficiente radiazione ultravioletta ad alta frequenza per catalizzare importanti reazioni nell'atmosfera, come la formazione dell'ozono, ma non troppa, perché questo distruggerebbe la vita.J.F. Kasting, D.C.B. Whittet, et W.R. Sheldon, Ultraviolet radiation from F and K stars and implications for planetary habitability, Origins of Life, 27, 413-420, août 1997. (. Considerazioni sulle radiazioni dal tipo spettrale e loro conseguenze sull'abitabilità.
Nonostante questi tre tipi di stelle siano a priori i più favorevoli alla vita, ci sono differenze importanti tra loro. Man mano che ci sposta nella sequenza principale, più in alto e a sinistra del diagramma H-R, l'emissione di radiazioni ultraviolette dai corpi stellari aumenta: mentre negli esopianeti di tipo Terra si trovano nella zona abitabile delle nane arancioni, la vita sarebbe possibile senza la protezione di uno strato di ozono, nelle stelle di tipo F un corpo planetario con caratteristiche simili avrebbe bisogno di un'ozonosfera densa per consentire la comparsa di vita non acquatica. Per questo e per altri motivi, si ritiene che le nane arancioni (tipo K) siano le più favorevoli all'abitabilità planetaria rispetto alle analoghi solari o ad altri tipi di stelle, ospitando gli ipotetici pianeti super abitabili.
Stelle di classe M e tardo K
Questi tipi di stelle, note come nane rosse, sono le più piccole e le più comuni della Galassia, rappresentando il 75% della popolazione totale della Via Lattea. Poiché l'aspettativa di vita di una stella è inversamente proporzionale alla loro massa, sono anche le più longeve, essendo in grado di rimanere nella sequenza principale anche migliaia di miliardi di anni, rispetto ai circa 10 miliardi di anni di stelle quali il Sole.
Tuttavia, le possibilità di vita in pianeti orbitanti nane rosse sono oggetto di dibattito tra la comunità scientifica, dal momento che presentano seri problemi per il sorgere della vita su un pianeta roccioso che orbita nella sua zona abitabile. Nei loro primi miliardi di anni di vita sono estremamente attive, aumentando i loro livelli di radiazione ultravioletta fino a 10.000 volte ripetutamente durante una giornata terrestre, come risultato dei loro violenti bagliori. I modelli suggeriscono che un pianeta simile alla Terra, in orbita attorno a una di queste stelle nella sua zona abitabile, perderebbe gradualmente la sua atmosfera anche con una magnetosfera simile a quella del nostro pianeta.
A causa della loro bassa luminosità, la zona abitabile delle stelle di tipo M e tardo K è piuttosto piccola rispetto a quella dei corpi stellari più grandi. Questa vicinanza causa una grande influenza gravitazionale della stella sul loro pianeta potenzialmente abitabile, che sarebbe in rotazione sincrona volgendo sempre lo stesso emisfero alla stella, con la conseguente mancanza del ciclo giorno-notte presente sulla Terra. Inoltre l'assenza di rotazione può danneggiare gravemente il campo magnetico planetario, lasciando il pianeta poco protetto di fronte ai venti stellari e alle attività della sua stella madre.
Dall'altra parte, alcuni scienziati suggeriscono che il tipo di luce emessa dalle nane rosse (in gran parte nell'infrarosso) potrebbe eludere una glaciazione globale permanente in pianeti situati vicino al bordo esterno della zona abitabile. Come è successo nel periodo della Terra a palla di neve, l'aumento dei ghiacci porta a un aumento dell'albedo del pianeta, che ha come conseguenza un ulteriore raffreddamento della superficie planetaria per via della maggior quantità di luce che viene riflessa nello spazio. Tuttavia il ghiaccio riflette meno la luce infrarossa, così che una glaciazione progressiva sarebbe meno probabile che attorno a stelle più grandi, e ciò aumenterebbe il confine esterno della zona abitabile dal 10% al 30% rispetto alla norma. Inoltre, gli studi indicano che, nonostante il tipo di luce emessa da questa classe di stelle differisce da quella del Sole, la fotosintesi sarebbe ugualmente possibile.
Zona abitabile stabile