GAT - Gruppo Astronomico Tradatese
Lettera n°83
Dall'Antartide segnali di vita su Europa

Sommario:


Introduzione
Figura 1
L'asteroide Eros ripreso dalla NEAR in avvicinamento. (cortesia NASA)
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Figura 2
L'asteroide Eros ripreso dalla NEAR in orbita. (cortesia NASA)
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Nell'ambito della 7° edizione della nostra grande mostra planetaria in corso a Saronno, non ci poteva essere giorno di San Valentino migliore: merito della sonda NEAR che, dopo un viaggio tribolatissimo iniziato il 17 Febbraio '96, ha finalmente raggiunto, lo scorso 14 febbraio, il misterioso asteroide 433 EROS entrandovi stabilmente in orbita. La manovra decisiva è iniziata alle 16:33 (ora italiana) quando la NEAR, che si trovava a soli 333 km da EROS, ha rallentato la sua velocità accendendo per 57 sec il motore di bordo. Subito dopo hanno cominciato ad arrivare immagini così fantastiche da lasciare senza fiato! E molte migliaia ne arriveranno per un anno intero, finchè la NEAR (ovviamente il...14 Febbraio 2001) verrà fatta precipitare sul polo Nord dell'asteroide. Un impresa ed un momento davvero storico per lo studio di uno dei maggiori tra gli oltre 800 asterodi con orbita potenzialemnte pericolosa in quanto intersecante quella della Terra. Purtroppo, ancora una volta, giornali e televisioni NON hanno smentito se stessi: servizi lunghi e stucchevoli sul significato puramente COMMERCIALE di quel giorno hanno praticamente fagocitato quella che doveva essere, IN ASSOLUTO, la notizia più importante. Il successo della NEAR si accompagna al perfetto funzionamento di XMM-Newton, il più importante satellite per raggi X mai lanciato nello spazio (anche di questo ci parlerà il 14 Marzo a Saronno il Prof. G.Bignami, direttore scientifico dell'ASI) e all'inizio ufficiale, a La Palma, dell'attivita del TNG,Telescopio Nazionale Galileo (ce ne parlerà sempre a Saronno il 31 Marzo il Prof. C. Barbieri). Ma anche dall'Antartide arrivano notizie di grande significato 'spaziale': ecco perchè vi dedichiamo tutto il proseguo di questa lettera.


Dall'Antartide segnali di vita su Europa
Figura 3
Posizione in Antartide del lago Vostok.
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A 3,7 km di profondità sotto i ghiacci dell' Antartide orientale, nei pressi della stazione sovietica denominata Vostok (72°S e 106° Est) si trova un lago di acqua dolce lungo 280 km e profondo fino a 670 metri. La scoperta di questa bolla di acqua liquida risale addirittura alla metà degli anni 60, quando, dalla stazione antastica russa di Vostok A.P. Kapitsa (un geologo dell'Università di Mosca) fece dei rilievi sismici per lo studio della struttura profonda del ghiaccio. In pratica Kapitsa fece esplodere 5 kg di tritolo a 40 metri di profondità e raccolse le risultanti onde sismiche con una doppia serie di di sismografi: la prima infilata fino a 50 metri di profondita in un foro scavato nel ghiaccio a 180 metri dall'esplosione, la seconda (di 12 strumenti) situata orizzontalmente ad intervalli di 20 metri. Come noto, esistono due tipi di onde sismiche: le onde P (Primarie o di compressione) in grado di attraversare anche i fludi, e le onde S (Secondarie o trasversali) che attraversano SOLO i solidi e vengono riflesse dai liquidi. Ebbene, il fatto che Kapitsa avesse registrato in certi punti solo onde P e non onde S, stava ad indicare che almeno una parte del sottosuolo era costituito NON di ghiaccio ma di acqua liquida. Una stima effettiva della quantità di acqua presente fu definita solo nel 1996, tramite misure radar del satellite ERS-1 dell'ESA e nel 1999 dal satellite canadese RADARSAT: ne venne fuori una superficie di 14.000 km2 (come il lago Ontario) ed un volume di 1.800 km3, che fecero di questo lago subglaciale il maggiore tra i circa 70 laghi analoghi scoperti negli ultimi 20 anni in Antartide (esattamente sul polo Sud, a 25 metri di profondità, ne esiste uno di 8 km). La denominazione di lago Vostok è stata la logica conseguenza della vicinanza alla stazione scientifica Vostok, che i sovietici avevano allestito negli anni 60 per vari titpi di studi antartici.
Figura 4
Altimetria radar (ERS-1) del lago Vostok.
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Figura 5
Il flusso del ghiaccio che ricopre il lago Vostok.
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A tener liquida l'acqua del lago è primariamente il calore geotermico che fluisce dalla fessura tettonica dove esso è collocato; importanti sono però anche l' altissima pressione (circa 350 atm) e all'effetto isolante del ghiaccio soprastante. Dal momento che la velocità stimata di accumulo del ghiaccio in quella regione è mediamente di 2,7 gr/cm2 all'anno, c'è voluto da 0,5 a 1 milione di anni per la formazione dei 3,7 km di crosta ghiacciata che isolano il lago Vostok dal resto del pianeta. Questo significa che anche l'acqua del lago deve essere molto antica: diciamo da un massimo di 1 milione di anni a 50-100.000 anni nel caso (come vedremo assai probabile) che comunque ci sia una certa circolazione con l'esterno. Eventuali microorganismi presenti nel lago sarebbero dunque rimasti isolati per decine di migliaia di anni e quindi acquisterebbero eccezionale interesse biologico, sia a livello terrestre, sia, anche a livello extraterrestre: basta infatti ricordare che questa situazione dei laghi antartici appare incredibilmente simile all'ambiente (acqua liquida e calda) che la sonda Galileo ha scoperto sotto la superficie ghiacciata del satellite gioviano Europa. Se poi, sui fondali del lago Vostok sepolti da almeno 100 metri di sedimenti, fossero presenti anche sorgenti idrotermali ('fumatori neri') del tipo di quelle esistenti lungo le dorsali oceaniche e, probabilmente, sotto i ghiacci di Europa, saremmo di fronte ad un isola ecologica di valore davvero inestimabile.
E che possano esistere forme di vita nelle acque del lago Vostok non è più pura speculazione dall'estate australe del 1998, quando forme batteriche sono state effettivamente trovate nel ghiaccio immediatamente sovrastante l'acqua del lago. Di fatto, presso la stazione Vostok, un team franco-russo-americano, da molti anni estrae carote di ghiaccio profondo con lo scopo di effettuare studi sul clima passato della Terra. All'inizio degli anni 90, questi studi avevano già portato alla scoperta di alghe unicellulari del tipo Crucigenia tetrapoda a 1.525 metri di profondità (dove il ghiaccio ha 110.000 anni), di gusci di diatomee a 2.375 m di profondità (dove il ghiaccio ha 180.000 anni) e di spore batteriche a 2.395 metri di profondità (dove il ghiaccio ha 200.000 anni). Finalmente, nell'estate del 1998, sotto l'egida dello SCAR (Scientific Committeee on Antartic Research) la crosta superficiale del lago Vostok è stata perforata fino a 3.623 metri di profondità (ossia solo 120 metri sopra il confine ghiaccio/acqua) ed anche qui (come diremo in seguito) è stata ritrovata una forte concentrazione batterica. A questo punto, durante un Congresso mondiale tenutosi a Cambridge, in Inghilterra all'inizio di Settembre '99, si è deciso che le prove della attività biologica del lago Vostok erano così convincenti che era necessario evitare di andare oltre (ossia di penetrare nell'acqua del lago) prima di mettere a punto opportuni sistemi in grado di non contaminare irreparabilmente il lago. Questi sistemi ci sarebbero ma, purtroppo, sono molto costosi (si parla di una spesa di almeno 20 milioni di $). Ecco perchè ad un apposito Workshop tenutosi a Washington nel Novembre 1998 e sponsorizzato dalla NASA e dalla NSF (National Science Foundation) si è parlato di progetti attuabili solo dopo il 2004.
Figura 6
Il carotaggio 5G da 3623m.
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Figura 7
Immagine 3D (RADARSAT).
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Ma nell'attesa che la scienza riesca a 'conquistare' il lago Vostok senza comprometterne il suo inestimabile valore ecologico, molti altri studi si sono succeduti sia dal punto di vista geologico (origine del lago ed età dell'acqua in esso contenuto) che biologico.
Una prima scoperta molto importante è stata realizzata da un folto gruppo di ricercatori franco-russi guidati da J. Jouzel (CNRS-Laboratoire des Sciences du Climat) e riguarda la natura degli ultimi 210 m dello strato di ghiaccio che ricopre il lago Vostok, quelli situati ad una profondità inferiore a 3539 metri: in pratica si tratterebbe di ghiaccio derivato dalla solidificazione lenta dell'acqua del lago sottostante. Intanto, rispetto al ghiaccio soprastante, qui si ha una netta diminuzione del contenuto gassoso e un netto aumento della dimensione dei cristalli di ghiaccio (le dimensioni che vanno da 0,2 a 1 metro sono compatibili con un raffreddamento lento di acqua liquida). Soprattutto, sono decisive le misure del tenore di isotopi pesanti degli elementi costitutivi il ghiaccio (Deuterio rispetto all'Idrogeno ed Ossigeno 18 rispetto all'Ossigeno 16). E' ben noto che c'è un legame molto preciso tra i rapporti isotopici D/H ed O18/O16 dell' acqua piovana ed il clima di un certo periodo geologico: intuitivamente si può dire che a periodi più caldi corrispondono piogge più ricche di isotopi pesanti e viceversa, quindi la misura di questi rapporti isotopici è un ottimo parametro per lo studio di variazioni climatiche nel passato. Su queste basi J.Jouzel e il suo team hanno rintracciato, lungo una carota di 3623 metri estratta della crosta ghiacciata sopra il lago Vostok, ben 4 episodi di riscaldamento e raffreddamento distribuiti negli ultimi 420.000 anni (tale è infatti l'età stimata del ghiaccio più profondo). Quello che però è stato trovato sotto i 3538 metri è apparso davvero anomalo: lì infatti il ghiaccio mostrava un arricchimento in D ed O18 (rispetto al ghiaccio soprastante) troppo netto per essere ascritto a semplici ragioni climatiche. Un arricchimento di questo tipo poteva essere spiegato solo in un modo: ammettendo che quello strato di ghiaccio provenisse dalla solidificazione dell'acqua liquida del lago (è altrettanto noto, infatti, che il ghiaccio che solidifica dall' acqua si arricchisce in isotopi pesanti rispetto a quest'ultima). Chiaro che questa scoperta, comunicata nel Dicembre 1999, rendeva ancora più interessante il (già ricordato) fatto che anche in quell'ultimo strato di ghiaccio siano stati scoperti vari tipi di microorganismi: questi microorganismi infatti, devono provenire direttamente dall'acqua del lago.
Non era però chiaro quale fosse il meccanismo coinvolto in questa solidificazione così specifica dell'acqua del lago. Ebbene, a questa domanda ha recentemente risposto (Febbraio 2000) una ricerca condotta da M. Siegert (Università di Bristol) e basata su studi radar (da aereo) della morfologia degli strati più profondi del ghiaccio che ricopre il lago Vostok. Questo lavoro è particolarmente interessante perchè ha dimostrato l'acqua del lago è in lento ma costante equilibrio dinamico con l'ambiente esterno: questo è un ulteriore fattore favorevole alla presenza di forme locali di vita perchè implica un continuo flusso e riflusso di gas atmosferici ed elementi nutritivi. Il lavoro di M.Siegert è partito dalla costatazione (acquisita già negli anni 70 e poi raffinata dal satellite ERS-1) che al di sopra del lago Vostok il ghiaccio fluisce da Ovest verso Est, alla velocità di circa 4,2 metri/anno. Lungo la direzione di questo flusso sono state fatte misure di riflessione radar per la determinazione precisa dello spessore del ghiaccio. Ebbene, in corrispondenza del margine Nord-Ovest del lago lo spessore globale del ghiaccio diminuisce di circa 300 metri, mentre aumenta di circa 250 metri in corrispondenza del margine Sud-Est del lago: secondo M. Siegert, questo fatto indica chiaramente una fusione della base del ghiaccio 'in entrata' nel lago e una risolidificazione dell'acqua del lago nella direzione 'di uscita' del flusso ghiacciato. Dal momento che le stime per il tempo necessario alla deposizione dei 3.7 km di ghiaccio che sovrastano il lago Vostok parlano di poco meno di 0,5 milioni di anni, è chiaro che questa deve essere anche l'eta minima del lago. O meglio: questa dovrebbe essere l'età degli strati più profondi in assenza di un qualche rimescolamento; in caso contrario i calcoli di M. Siegert sull' entità della fusione e risolidificazione del ghiaccio indicano comunque in circa 100.000 anni il tempo necessario per un ricambio totale. Eventuali forme di vita presenti nel lago dovrebbero quindi essere rimaste isolate dal resto del pianeta per un periodo minimo di 100.000 anni! Forme di vita che, proprio il meccanismo di circolazione (quindi di ricambio di gas ed elementi nutritivi) sopra esposto rendono ancora più probabili ed interessanti.
Figura 8
Batteri del Lago Vostok: scoperti da J. Priscu a 3590m di profondità.
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Come già accennato, un indizio molto forte della presenza di forme di vita indigena nelle acque del lago Vostok è stata la scoperta di probabili forme batteriche nello strato di ghiaccio immediatamente sovrastante (circa 200 metri), derivato dal ricongelamento dall'acqua del lago stesso. Campioni di questo 'preziosissimo' ghiaccio sono stati raccolti nel 1998 non lontano dalla stazione Vostok mediante mediante il cosiddetto carotaggio 5G (72°28' S, 106°48' E): si tratta di un foro nel ghiaccio più profondo che sia mai stato effettuato, arrivato fino a 3623 metri di profondità, ossia solo 120 metri prima di raggiungere l'acqua del lago Vostok. Su un campione raccolto alla profondità di 3590 metri il team di J. Priscu ha fotografato al SEM (microscopio elettronico a scansione) una concentrazione di circa 10.000 probabili cellule batteriche per millilitro di ghiaccio. Dall'esame dell ' rDNA (DNA ribosomiale) estratto da queste cellule J.Priscu ha potuto stabilire che si tratta quasi sempre di Proteobatteri. E' però fallito qualunque tentativo di riprodurre una qualche attività metabolica o di crescita, per trattamento con soluzioni nutritive in presenza di aria a pressione atmosferica (una pressione, in effetti 350 volte inferiore a quella presente nelle profondità del lago antartico, ma equilibrata da una concentrazione di ossigeno centinaia di volte superiore). Su questo punto maggior fortuna ha avuto M. Karl (Università delle Hawaii) che ha individuato 2-3.000 cellule batteriche / millilitro su un campione di ghiaccio raccolto a 3603 metri di profondità, quindi più vicino all'acqua del lago. Messe a contatto con una soluzione di glucosio e acetato sodico marcato al C14, queste cellule hanno infatti mostrato una piccola ma ben rilevabile emissione di 14CO2 (ossia anidride carbonica marcata).
La ricerca di qualche forma di vita su Europa diviene a questo punto ancora più avvincente. Forme di vita batteriche analoghe a quelle del lago Vostok potrebbero infatti esistere alla base della crosta ghiacciata che ricopre (con un ANALOGO SPESSORE DI 3-4 Km) la superficie del satellite gioviano. Per contro, sui fondali caldi sia di Europa che del lago Vostok potrebbero esistere importanti sorgenti idrotermali del tipo dei 'fumatori neri' che disseminano i fondali oceanici terrestri: in questo caso sarebbe quasi obbligata la presenza di forme di vita ben più evolute delle semplici cellule batteriche.


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