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Abitabilità planetaria. L’acqua non basta, ci vuole ben altro

di Vincenzo Rampolla

Ragioniamo insieme. Da che dipende l’abitabilità di un pianeta? L’esistenza di acqua liquida in superficie insieme a ossigeno, idrogeno, carbonio è una condizione necessaria e possibile solo se il corpo celeste si trova alla giusta distanza dalla sua stella madre. Non basta. Il lavoro di ricerca mostra che la possibilità per un pianeta di sviluppare una biosfera sarebbe legata ai livelli di ossigeno presenti durante la sua differenziazione, le fasi che portano alla separazione tra nucleo, mantello e crosta del pianeta, dai quali dipenderebbe la biodisponibilità di fosforo e azoto, due elementi fondamentali per la vita, finora secondari negli studi.

Fosforo e azoto sono due elementi bioessenziali e aggiungo lo zolfo. Insieme formano il gruppo dei sei elementi che costituiscono da soli circa il 98 % della materia vivente sulla Terra. Il fosforo è indispensabile per la formazione di Dna e Rna, le macromolecole coinvolte nella trasmissione e espressione delle informazioni genetiche e per il metabolismo energetico dei sistemi viventi. L’azoto è un componente fondamentale delle proteine, molecole necessarie per la struttura e la funzione cellulare.

La biodisponibilità dei due elementi su un pianeta è determinata al momento della sua formazione. Durante le prime fasi della loro evoluzione, i pianeti sono costituiti da materiale fuso. Nelle fasi di differenziazione, i metalli più pesanti, il ferro ad esempio, sprofondano verso il centro formando il nucleo, mentre i metalli più leggeri formano il mantello e la crosta. La presenza di adeguate quantità di ossigeno durante questo processo è cruciale per il futuro del fosforo e dell’azoto: se i livelli sono ottimali, fosforo e azoto saranno biodisponibili e utilizzabili. In caso contrario, gli elementi saranno catturati e confinati nel nucleo o dispersi nello spazio, compromettendo la possibilità di sviluppare una biosfera. E finora non si è detto nulla di particolarmente nuovo.

Ascoltiamo gli scienziati. Secondo recenti studi, conditio sine qua non che su un pianeta possa svilupparsi la vita sono anche condizioni chimiche ben definite, stabilite fin dalle prime fasi della sua formazione. Si verificano raramente, il che potrebbe spiegare perché mondi come la Terra non siano così comuni nell’Universo. Vengono utilizzati modelli di formazione planetaria basati su dati sperimentali per simulare il frazionamento degli elementi tra nucleo e mantello e valutare così il ruolo dell’ossigeno.

Le simulazioni hanno identificato due scenari principali: uno in cui è presente ossigeno in eccesso, ambiente ossidante, e un altro in cui c’è difetto di ossigeno, ambiente riducente, entrambi sfavorevoli allo sviluppo di una biosfera.

Nel primo caso, dicono i ricercatori, il fosforo rimane nel mantello, quindi sarebbe disponibile, mentre l’azoto diventa volatile, sfugge nell’atmosfera e viene progressivamente perso nello spazio. Nel secondo caso invece il fosforo si lega al ferro e sprofonda nel nucleo, mentre l’azoto resta intrappolato nei minerali del mantello. In entrambi gli scenari, il pianeta resta privo di uno dei suoi ingredienti fondamentali. Tra questi due estremi esiste però una finestra molto ristretta di condizioni intermedie: un intervallo di livelli di ossigeno che consente al fosforo e all’azoto di rimanere disponibili in quantità sufficienti nel mantello e nella crosta. Oltre a una zona abitabile spaziale, definita dalla distanza dalla stella, esisterebbe dunque anche una zona abitabile chimica, legata alle condizioni interne del pianeta al momento della sua nascita.

Esattamente in questa zona si collocherebbe la Terra e dagli studi si scopre che: Durante la formazione del nucleo di un pianeta deve essere presente la quantità giusta di ossigeno affinché fosforo e azoto possano rimanere sulla superficie. I modelli mostrano che la Terra si trova proprio all’interno di questo intervallo. Con solo un po’ più o un po’ meno ossigeno, non ci sarebbe stato abbastanza fosforo o azoto per lo sviluppo della vita.

Pianeti come Marte si trovano al di fuori di questa zona di equilibrio chimico. In particolare, il risultato è un mantello relativamente ricco di fosforo ma povero di azoto, una combinazione che rende molto più difficile l’emergere dell’esistenza, lo spirito vitale come lo viviamo.

Anche fuori dal nostro ambiente cosmico le cose non cambiano. L’analisi di altri corpi celesti ha rivelato infatti quanto sia raro l’equilibrio chimico terrestre. In particolare, i cosiddetti mondi ricchi di idrogeno e fortemente riducenti, e i mondi di pianeti poveri di idrogeno e altamente ossidati, presenterebbero anch’essi livelli limitanti di fosforo e azoto.

Cambio di prospettiva nella ricerca di mondi abitabili. Veniamo alla novità. Sebbene l’acqua liquida sia un fattore determinante, da sola non è sufficiente. Un pianeta può infatti trovarsi nella zona abitabile conservativa della propria stella e avere acqua in superficie, ma risultare comunque chimicamente inadatto alla vita fin dalla sua formazione. E poiché la capacità di sostenere una biosfera dipende indirettamente dai livelli di ossigeno presenti durante la nascita del pianeta, dato che esiste un legame di composizione tra stella e pianeti – entrambi si formano infatti a partire dallo stesso materiale – il vero segreto dell’abitabilità potrebbe essere la chimica stellare: analizzando la composizione di una stella è possibile infatti prevedere indirettamente la chimica interna dei suoi pianeti. Adesso mi piglia.

E allora? I sistemi planetari che differiscono molto dal nostro per composizione chimica non sono candidati promettenti per la ricerca della vita. Questo rivoluziona il campo d’indagine e rende la caccia ai mondi abitabili molto più mirata: per aumentare le probabilità di successo, bisogna concentrarsi su pianeti attorno a stelle che assomiglino al Sole non tanto per massa e luminosità, ma anche per composizione chimica. Chimica non è alchimia? L’arte di trasmutare e mescolare i metalli? Che aspettare. Diamoci da fare.

(Consultazione:   Media INAF (Istituto Nazionale Fisica Nucleare) G. Fiasconaro, Palermo, autore di 583 articoli di fisica, chimica e astrofisica - 11/02/2026; Nature Astronomy, 9 febbraio 2026, Craig Walton – Eth  Zurigo)