Chi vive e come si vive sulla super-terra di Tau Ceti

Il sistema planetario di Tau Ceti ha molte caratteristiche peculiari che ci spingono già da adesso a studiarlo in dettaglio. In attesa di nuove osservazioni che permettano di capire la vera struttura del quarto pianeta, cerchiamo di fare qualche illazione basata su ciò che già sappiamo. In altre parole, come si potrebbe vivere su Tau Ceti e e come sarebbero i suoi eventuali abitanti ?

I dati in nostro possesso sono ancora frammentari, ma già sufficienti per divertirci un po’ con il nuovo arrivato, così vicino a noi. La stella si trova a 12 anni luce, veramente poco per le distanze cosmiche. Inoltre è una stella di tipo spettrale G8, mentre il nostro Sole è G2. Anch’essa è, quindi, una nana gialla come il Sole, solo leggermente più piccola (e quindi con un’attesa di vita un po’ più lunga).

Tau Ceti e il Sole
Un particolare del diagramma HR. Il Sole e Tau Ceti sono vicinissime

Il nostro Sole ruota intorno al proprio asse in circa 27 giorni (all’equatore), mentre Tau Ceti compie un giro in circa 34 giorni. Entrambe sono stelle di bassa variabilità, più che adatte a sostenere un sistema planetario. Passiamo alle dimensioni che ci permettono di stabilire la posizione della zona abitabile. Tau Ceti ha una massa e un diametro pari  entrambi a circa l’80%  di quelli del nostro astro. Ne risulta una zona abitabile compresa tra circa 0.4 e 1.0 Unità Astronomiche (più o meno). Il pianeta Tau Ceti e  si dovrebbe trovare a 0.55 UA, vicino al limite interno, ma ben dentro a questa zona. La sua età è di poco superiore alla nostra (5.8 miliardi anni), ma dato che è una stella più longeva, direi che anche lei fornisce un posto tranquillo e sicuro per molto tempo a venire.

Prima di passare a studiarlo in dettaglio, fatemi dire che il sistema planetario di Tau Ceti non mostra pianeti giganti. Ciò potrebbe dipendere dalla scarsa metallicità della stella, circa la metà di quella del Sole.

Fino a non molto tempo fa si pensava che una scarsa abbondanza di elementi pesanti potesse influire sulla formazione di un sistema planetario in generale. Oggi sappiamo che non è vero e che i pianeti di tipi roccioso non sembrano affatto essere sfavoriti.

La mancanza di un Giove può comportare problemi e vantaggi. Infatti, attorno a Tau Ceti si è osservata una fascia di detriti simile a quella della nostra fascia di Kuiper. Tuttavia, forse proprio per la mancanza di un pianeta dinamicamente dominante, la fascia di Tau Ceti ha dieci volte più materia di quella solare.

In linea di principio, questa enorme cintura di asteroidi e comete, senza un pianeta “regolatore” del traffico, potrebbe comportare un numero di impatti sui pianeti interni dieci volte maggiore di quello subito dalla Terra. Tuttavia, ricordiamoci anche che molti oggetti asteroidali se ne starebbero tranquilli nella loro orbita se non ci fosse Giove che li spinge verso l’interno del Sistema Solare. Sono gli oggetti che cadono all’interno delle sue risonanze di moto medio (ne abbiamo parlato varie volte) e le cui orbite vengono velocemente allungate. Non è quindi detto che le collisioni siano veramente dieci volte più frequenti.

Inoltre, una pioggia continua di detriti ghiacciati avrebbe riempito gli eventuali oceani del pianeta della zona abitabile più in fretta di quanto non sia successo per la Terra. Altre considerazione le faremo tra poco.

La massa del pianeta “terrestre” di Tau Ceti è circa 4 volte superiore alla nostra. Troppo massiccio per la vita? Beh… sicuramente la gravità si farebbe sentire, ma probabilmente basterebbe avere una costituzione fisica più solida e resistente. E poi avere una massa quattro volte superiore potrebbe non implicare un peso molto alto. Vale la pena di fare un po’ di conti banalissimi e capire meglio la situazione. Ovviamente, è necessario l’ABC della meccanica classica.

Quando si parla di peso non si parla, ovviamente, di massa. La massa è quella che è, in qualsiasi punto si vada (a parte effetti relativistici): sulla Luna, nello spazio interstellare, su Giove e su un mini-asteroide. Il peso, invece, altro non è che la forza di gravità, normalmente misurata sulla superficie del corrispondente corpo celeste.

Ne consegue che il peso viaggia di conserva con la massa del pianeta, crescendo con lei, ma non in modo ovvio. In altra parole se la massa è quattro volte la nostra, il peso non è quattro volte il nostro. Bisogna infatti pensare che se un corpo planetario è più massiccio, normalmente ha anche dimensioni maggiori (cresce il suo raggio). Questo ovviamente capita per pianeti “normali” e non per stelle ultra dense come le nane bianche e quelle di neutroni. Tutto dipende dalla densità del materiale che compone l’oggetto in questione.

Scriviamo la massa di un corpo nel seguente modo:

M = V ρ    , dove V è il volume e ρ la densità.

Immaginiamo, per adesso, che il pianeta di Tau Ceti (indice P) abbia una densità pari a quella terrestre ( indice T). Ne segue che ρT = ρP =ρ. Facciamo il rapporto tra le massa del pianeta e quella della Terra:

MP/MT = RP3 /RT3,

ricordando che il volume di una sfera è uguale a 4/3πR3, e che quindi 4/3π si semplifica tra numeratore e denominatore, così come la densità che è la stessa per i due corpi celesti.

Dalle osservazioni sappiamo che la massa del pianeta di Tau Ceti è circa 4 volte quella della Terra. Ciò vuole dire che:

MP/MS = RP3/RT3 = 4

Ponendo per semplicità RT = 1, troviamo il raggio del pianeta in funzione del raggio terrestre.

RP = (4)1/3 = 1.6

Ciò vuol dire che un pianeta con una massa pari a quattro volte quella della Terra e di pari densità ha un raggio o diametro che è circa 1.6 volte quello terrestre. Nella Fig. 1 abbiamo messo a confronto la Terra (azzurra) con il pianeta di Tau Ceti (verde). Un po’ più grande, ma non in modo mostruoso.

Figura 1
Figura 1

Quanto peseremmo sulla superficie di questo nuovo mondo gigante? E’ facilissimo ricavarlo (anche se non ce ne sarebbe bisogno per chi conosce un minimo di dinamica classica…).

Il peso è la forza di gravità sulla superficie di un pianeta. Facciamo allora il rapporto tra la forza di gravità sulla superficie del pianeta e su quella della Terra.

La forza di gravità che subiamo è data da

F = G mM/R2

Dove m è la nostra massa (sempre uguale), M la massa del pianeta, R il suo raggio. Abbiamo quindi:

FP/FT = MP RT2/(MT RP2)

Tuttavia, se la densità è la stessa per i due pianeti fare il rapporto delle masse vuol dire fare il rapporto dei volumi. Possiamo allora scrivere:

FP/FT = RP3 RT2/(RT3 RP2) = RP/RT = RP = 1.6

Come ci si doveva aspettare (avendo posto uguali le densità) il rapporto del “peso” è uguale al rapporto dei raggi dei pianeti. Su Tau Ceti peseremmo 1.6 volte in più di quanto peseremmo sulla Terra. Una persona di 50 chili peserebbe circa 80 chili. Sicuramente noi non potremmo battere nessun record di salto in alto! Tuttavia, basterebbe essere nati con le ossa e la muscolatura adatta… e sappiamo bene quanto la Natura sappia in fretta adattarsi alle condizioni al contorno.

Tuttavia, nessuno può assicurarci che la densità tra i due mondi debba essere uguale. Anzi, vista la bassa metallicità del sistema di Tau Ceti potrebbe anche darsi che la densità del pianeta sia più bassa della nostra (ad esempio, meno ferro, nichel e più silicio e carbonio). Proviamo allora a vedere quali dovrebbero essere le dimensioni del pianeta (ossia il suo raggio) affinché, pur avendo una massa quattro volte maggiore, abbia una gravità al suolo uguale alla nostra. Niente di più facile…

Le condizioni sono: il rapporto delle masse deve restare uguale a 4; il rapporto delle forze gravitazionali al suolo (peso) deve essere uguale a 1.

Per la seconda condizione abbiamo (ricordando che la densità non è più la stessa):

FP/FT = RP3 ρP RT2/(RT3 ρT RP2) = 1

Semplificando e ponendo come al solito RT = 1, e ρT = 1, abbiamo:

RP ρP = 1   e quindi:

ρP = 1 /RP.

Non ci resta che porre la condizione che il rapporto delle masse sia uguale a 4

MP/MT = ρP RP3/ (ρT RT3) = 4

e ancora:

ρP RP3 = 4

ossia:

RP3/RP = 4

e infine:

RP2 = 4

RP = 2

Il raggio del pianeta dovrebbe essere circa due volte quello della Terra (Fig. 1, pianeta rosso). La densità, in questo caso, varrebbe:

ρP = 1/2 = 0.5 volte quella della Terra.

La nostra è 5.5 g/cm3

Marte  ha una densità di 3.9 g/cm3, Titano di 1.9 g/cm3. Il pianeta di Tau Ceti avrebbe una densità media di circa 2.75 g/cm3. Niente di veramente strano…(il silicio ha una densità di circa 2.3 g/cm3, così come il carbonio).  Tau Ceti potrebbe, allora, essere un pianeta grande due volte il nostro, come dimensioni, ma con la stessa gravità superficiale. Sono ammissibili, ovviamente, tutte le situazioni intermedie e non solo.

Solo future osservazioni potranno dirci quale delle due ipotesi è quella giusta.  Nel secondo caso non ci sarebbe bisogno di fare cure … ricostituenti!

Veniamo ora alla possibilità di sviluppo di una vita evoluta. Nessun problema per l’acqua. Anzi ne avrebbe avuto più che a sufficienza dalle numerosissime comete (anche se la sua superficie è più grande della nostra). Nel caso più sfortunato, la vita durante la sua evoluzione avrebbe avuto a che fare con impatti catastrofici dieci volte più frequenti (ma senza Giove potrebbero anche essere di meno). So di non essere un esperto, ma lasciatemi parlare a ruota libera. Al limite i professionisti di questo sito mi correggeranno…

Sappiamo che la vita sulla Terra è stata ripetutamente quasi azzerata dalla caduta di asteroidi e comete. L’ultima quella di 65 milioni di anni fa. La media per impatti di questo genere è per noi di uno ogni 100 milioni di anni. Cosa cambierebbe se la frequenza fosse di soli dieci milioni di anni? Non ci sarebbe tempo perché una specie progredisca sufficientemente? Da parte mia, posso solo dire che il mammifero esisteva già all’epoca dei dinosauri da decine di milioni di anni, ma non riusciva a trovare le condizioni al contorno giuste per un salto evolutivo deciso. La scomparsa dei dinosauri ha innescato un rapido cambiamento portando in poche milioni di anni a forme di mammiferi sempre più evolute. Il che vorrebbe forse dire che se l’asteroide avesse colpito la Terra dopo poche decine di milioni di anni di esistenza dei dinosauri, probabilmente il mammifero, costretto a vivere in un angolo senza speranza, si sarebbe messo in moto molto prima? Probabilmente sì, ma avrebbe dovuto, però, sopportare una o più catastrofi successive. Un bene o un male? Una velocizzazione dell’evoluzione verso forme di vita sempre più complesse e resistenti, o un continua azzeramento di quel poco che si era costruito?

Possiamo anche vedere la situazione da un altro punto di vista. Se dieci milioni di anni è un intervallo di tempo sufficiente a creare una razza intelligente partendo dai resti dell’ultima catastrofe cosmica (noi forse lo dovremo dimostrare quando capiterà il prossimo impatto catastrofico), potrebbe anche essere che la necessità aiuti a sveltire i processi evolutivi.

Bisognerebbe sviluppare le strategie tecnologiche per essere in grado di scongiurare il pericolo di un impatto cometario o asteroidale. Noi, ad esempio, avremmo già le potenzialità per farlo (e l’homo sapiens è in fondo appena nato, meno di dieci milioni di anni fa) e solo la politica e i soldi ci vietano di fare delle prove “sul campo”. Ma se fossimo veramente a rischio d’impatto, cosa succederebbe? Magari riusciremmo a cambiare un po’ la nostra testa, persa dietro al potere e alla ricchezza. Forse, abituati da miliardi di anni di evoluzione biologica “salterina”, avremmo già nel DNA questo bisogno atavico di doversi difendere dal cielo.

Un discorso infinito e senza certezze. Tuttavia, lasciatemi dire che sul pianeta di Tau Ceti  la razza intelligente avrebbe forse sviluppato una scienza di difesa cosmica eccezionale e vivrebbe in una situazione abbastanza tranquilla di fronte al pericolo che viene dal cielo. Possiamo anche dire che tutta la tecnologia spaziale sarebbe dovuta andare di pari passo? Forse no: una cosa è pensare a difendersi da nemici vicini e un’altra è cercare e guardare più lontano. Insomma, avrebbero forse altro da fare che cercare di comunicare con pianeti di altre stelle.

Ci sarebbero spunti per scrivere decine di libri fantascientifici (Tau Ceti è stata già in passato sfondo di romanzi di questo tipo).

Un’ultima considerazione. A parte l’invio di segnali radio o luminosi o quello che volete si potrebbe pensare a un viaggio verso gli “amici” di tau Ceti? Dodici anni luce sono pochi e tanti. Una “radio-telefonata”  cosmica necessiterebbe di solo 24 anni (tra andata e ritorno). Un attesa non impossibile per la vita media dell’uomo. Magari un bel mix di colori o di musiche codificate come in “Incontri ravvicinati del Terzo Tipo”? Basterebbe provare, sempre che i vicini di casa abbiano tempo e voglia di sentire le nostre trasmissioni. E se il loro scudo anti-asteroidi vietasse la ricezione e l’invio di segnali?

Forse, non ci resta che andarli a trovare di persona. Al momento le velocità raggiungibili dalle nostre navi spaziali sono dell’ordine di una cinquantina di km/sec (in un caso addirittura 70).  Ciò vuol dire che possiamo viaggiare 6000 volte più lenti della luce. Se la luce impiega 12 anni per arrivare su Tau Ceti, le nostre astronavi attuali impiegherebbero un tempo 6000 volte maggiore, ossia circa 70000 anni. Un po’ troppo… Tuttavia, Tau Ceti ci “viene incontro”, sia metaforicamente che praticamente. La sua velocità relativa al Sole è quasi del tutto radiale e di avvicinamento: circa 20 km/sec. Va beh… meglio che niente. Invece che a 50 km/sec è come se andassimo a 70 km/sec: basterebbero “solo” 50 000 anni circa.

Che facciamo: partiamo o aspettiamo?

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22 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Dopo un po' di assenza finalmente riesco finalmente a seguire nuovamente l'interessantissimo sito di Astronomia...
    Complimenti a Vincenzo per gli splendidi, interessanti, chiari ed approfonditi articoli ed auguri di Buon Natale!
    Marcello

  2. Buon Natale Enzo, Bellissimo e fantastico articolo! Forse sarebbe ora che cominciassimo a progettare un'astronave per andare a trovare i nostri (probabili) vicini di Tau Ceti?

  3. wooow
    illazioni ma mica tanto campate per aria...e la curiosità partorisce nuove domande..
    abbiamo già dei mezzi per determinare il raggio o la densità? quali dati fisici o chimici in base agli strumenti oggi disponibili potremmo ragionevolmente dedurre in un prossimo futuro?
    non ho fatto calcoli ma il diametro apparente di tau ceti visto dalla superficie di tau ceti 4 dovrebbero essere più grande di quello del sole visto dalla terra, forse il giorno su questo pianeta fratello è più luminoso del nostro (nuvole permettendo).. robusti e con gli occhi piccoli? dobbiamo rifare i disegni degli alieni!!!

  4. Articolo semplicemente...fantastico. Però io non partirei. Preferisco rimanere su questo nostro bellissimo pianeta.
    Grazie e auguri.
    Luc

  5. ma perchè allora in molti siti parlano di un pianeta gassoso? non gigante ma gassoso? avevo sempre identificato che 4 masse terrestri non equivalevano a 4 volte la grandezza del diametro della terra e ipotizzavo che non erano sufficienti a formare un pianeta gassoso come il più piccolo nettuno che abbiamo nel nostro sistema solare...
    la mia domanda è: è possibile che sia formato di gas con un piccolo nucleo roccioso di grandezza superiore ai due diametri terrestri come da te ipotizzato?
    o se fosse roccioso, una vicinanza tale alla stella tau ceti possa innescare un processo simile a quello di venere? tale per cui vi sia un'enorme quantità e profondità di atmosfera densa da non essere nemmeno possibile la discesa sul pianeta?
    in fin dei conti anche venere è vicino al bordo interno della nostra zona abitabile...

  6. Però se mancasse una luna non si svilupperebbe mai una specie intelligente perchè l'asse sarebbe instabile e quindi anche il clima che cambierebbe spesso

  7. Citazione Originariamente Scritto da skorpio Visualizza Messaggio
    la mia domanda è: è possibile che sia formato di gas con un piccolo nucleo roccioso di grandezza superiore ai due diametri terrestri come da te ipotizzato?
    o se fosse roccioso, una vicinanza tale alla stella tau ceti possa innescare un processo simile a quello di venere? tale per cui vi sia un'enorme quantità e profondità di atmosfera densa da non essere nemmeno possibile la discesa sul pianeta?
    in fin dei conti anche venere è vicino al bordo interno della nostra zona abitabile...
    La massa maggiore potrebbe avere catturato un'atmosfera più spessa della nostra. Parlare di gassoso a quelle distanze dal pianeta mi sembra molto azzardato e poco probabile. L'effetto serra di venere potrebbe anche effettuarsi sul pianeta, anche se la sua distanza è un po' più simile alla nostra. Ci sono molti fattori che decidono l'evoluzione verso Venere o verso la Terra: la distanza è solo uno dei tanti... Bisogna riuscire a effettuare misure spettroscopiche... diaamo tempo al tempo...

  8. Citazione Originariamente Scritto da teto Visualizza Messaggio
    Però se mancasse una luna non si svilupperebbe mai una specie intelligente perchè l'asse sarebbe instabile e quindi anche il clima che cambierebbe spesso
    sicuramente la Luna ha favorito la nascita della vita. Tuttavia, pensare che solo la presenza di una luna così grossa possa dare il via alla vita sarebbe troppo restrittivo. La vita riesce ad adattarsi facilmente... (lo vediamo nelle zone più assurde del nostro pianeta, la vita si trova sempre!)

  9. Citazione Originariamente Scritto da Vincenzo Zappalà Visualizza Messaggio
    sicuramente la Luna ha favorito la nascita della vita. Tuttavia, pensare che solo la presenza di una luna così grossa possa dare il via alla vita sarebbe troppo restrittivo. La vita riesce ad adattarsi facilmente... (lo vediamo nelle zone più assurde del nostro pianeta, la vita si trova sempre!)
    Ok per la vita però per la vita intelligente deve esserci per forza la Luna o lo stesso Sole dovrebbe stabilizzare l'asse del pianeta, a proposito, Tau Ceti e è così vicino dalla propria stella da essere bloccato marealmente o no?

  10. Citazione Originariamente Scritto da teto Visualizza Messaggio
    Ok per la vita però per la vita intelligente deve esserci per forza la Luna o lo stesso Sole dovrebbe stabilizzare l'asse del pianeta, a proposito, Tau Ceti e è così vicino dalla propria stella da essere bloccato marealmente o no?
    L'esistenza di una luna molto massiccia è solo un aiuto, ma non certo una condizione essenziale per la vita. Penso (ma nessuno può ancora sapere la risposta) che anche in condizioni meno fortunate la vita possa iniziare, anche se soggetta a variazioni astronomiche più "pesanti", come cambiamenti dell'asse di rotazione o cose del genere. In fondo, basta adattarsi a eventi più o meno periodici. Anche i terrestri hanno dovuto accettare periodi di grande freddo e di grande caldo. Eppure sono sopravvissuti adattandosi e -magari- ad accelerare certi trend evoluzionistici (le difficoltà stimolano l'ingegno...).

    Gli effetti mareali dipendono solo dalla forza di gravità. Se il campo gravitazionale è lo stesso per Tau Ceti, poco importa che si sia più vicini. L'importante è che gli effetti mareali siano uguali. Ciò è molto probabile victo che la massa di Tau Ceti è minore di quella del Sole. Le stesse condizioni della Terra si hanno a distanza inferiorri. Per essere sicuri bisognerebbe, però, essere sicuri della distanza, delle masse in gioco e della densità del pianeta. Ci vogliono altri studi...