È stato proposto un metodo per trovare i Daisy World, ipotetici esopianeti che si autoregolano conservando l’abitabilità.
Il modello Daisy World descrive un esopianeta ipotetico che si autoregola, mantenendo un delicato equilibrio che coinvolge i suoi cicli biogeochimici, il clima e i cicli di feedback che lo mantengono abitabile. È associato all’ipotesi denominata “Gaia” e sviluppata da James Lovelock. Un Daisy World (DW) è abitato da due tipi di margherite: bianche e nere. Hanno albedo diverse e le nere assorbono più luce solare e riscaldano il pianeta, mentre le bianche riflettono più luce solare e raffreddano il pianeta. Man mano che la stella ospitante lo illumina, la temperatura del pianeta aumenta. All’inizio, le margherite nere prosperano perché assorbono più energia. Tuttavia, man mano che il pianeta si riscalda, assorbe più energia e le margherite bianche iniziano a competere con le nere e a prosperare. Man mano che prosperano, riflettono più luce solare e raffreddano il pianeta. Il risultato è una delicata omeostasi in cui le margherite regolano la temperatura del pianeta e lo mantengono in un intervallo abitabile. Non può diventare troppo caldo e non può diventare troppo freddo. Il modello DW mostra come la vita può influenzare il clima di un pianeta e creare condizioni favorevoli alla sua stessa sopravvivenza. Ora gli scienziati hanno proposto un nuovo metodo per trovare questi ipotetici esopianeti.
Alla ricerca delle biofirme agnostiche
La Terra non è esattamente un Daisy World (detto anche “pianeta delle margherite”), ma la vita sulla Terra influenza il clima. Il modello DW illustra semplicemente il concetto di meccanismi di feedback climatico di base. In una nuova ricerca, gli scienziati del Dipartimento di Fisica e Astronomia, e di Informatica, della Rochester University hanno voluto trovare modi per analizzare come i sistemi planetari come le biosfere e le geosfere sono accoppiati. Se ci sono DW autoregolanti là fuori, come possiamo rilevarli?
L’idea è di trovare un modo per rilevare biofirme agnostiche sugli esopianeti. Le biofirme regolari sono sostanze chimiche specifiche come l’ossigeno o il metano che possono essere sottoprodotti di organismi viventi. Le biofirme agnostiche sono indicazioni che la vita è presente ma non si basano sull’identificazione di quali tipi di organismi potrebbero produrle. Invece, sono come modelli planetari sovraordinati che i mondi viventi producono. Per gli autori, la ricerca di biofirme agnostiche inizia dalle informazioni e dal modo in cui queste fluiscono.
“In questo studio, estendiamo il classico modello Daisy World attraverso la lente della teoria dell’informazione semantica (SIT), con l’obiettivo di caratterizzare il flusso di informazioni tra la biosfera e l’ambiente planetario, ciò che chiamiamo l’architettura delle informazioni dei sistemi Daisy World”, spiegano gli autori. La Semantic Information Theory esiste dalla metà del XX secolo. Cerca di definire il significato in diversi contesti, come l’interpretazione soggettiva umana lo influenza e concetti correlati nella stessa vena. Ha assunto un nuovo focus man mano che l’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico diventano più diffusi.
C’è una spinta a comprendere le atmosfere e gli ambienti degli esopianeti e ad avere un modo per distinguere tra quelli che potrebbero supportare la vita e quelli che non lo fanno. Questo è un problema complesso che si basa su biofirme agnostiche.
La Terra come esempio
Le biofirme agnostiche sono modelli e strutture complesse che non possono essere spiegate da processi non biologici. Ci sono anche disequilibrio, nuovi trasferimenti di energia, livelli insoliti di organizzazione a diverse scale e cambiamenti ciclici o sistematici che suggeriscono una causa biologica. La ricerca di biofirme agnostiche può riguardare molecole complesse che necessitano di sintesi biologica, distribuzioni chimiche che richiedono metabolismo, accumuli inaspettati di molecole specifiche e caratteristiche di un’atmosfera o di una superficie planetaria che richiedono manutenzione biologica.
Alcuni esempi di biofirme agnostiche sulla Terra sono la coesistenza di metano e ossigeno nell’atmosfera, il ” Red Edge ” nello spettro della vegetazione terrestre e i cicli giornalieri o stagionali delle emissioni di gas. “La ricerca della vita sugli esopianeti richiede l’identificazione di biofirme, che si basano sul fatto che la vita abbia alterato in modo significativo le proprietà spettroscopiche di un pianeta. Pertanto, le ricerche di vita sugli esopianeti si concentrano non sul rilevamento di singoli organismi, ma sull’identificazione degli effetti collettivi della vita sul sistema planetario, ciò che chiamiamo eso-biosfere”, spiegano gli autori.
In breve, non possiamo studiare le biofirme senza studiare le biosfere. Nel farlo, è fondamentale capire dove e come un’eso-biosfera raggiunge uno stato “maturo” in cui esercita una forte influenza su atmosfera, idrosfera, criosfera e litosfera, collettivamente note come geosfera. Una volta che sono mature ed esercitano una forte influenza, sono in linea con l’ipotesi del Daisy World.
L’obiettivo degli autori è studiare come le informazioni fluiscono tra una biosfera e l’ambiente planetario. Per farlo, hanno modellato le condizioni potenziali sugli esopianeti attorno a nane rosse di tipo M e hanno elaborato equazioni che descrivono la coevoluzione delle margherite su questi mondi con i loro ambienti planetari. Hanno creato quella che chiamano una “narrazione informativa” per gli eso-Daisy World (eDW).
In genere, il feedback omeostatico nei DW si basa su grandezze fisiche come flussi di radiazione, albedo e frazioni di copertura della vita vegetale. Questa è la narrazione fisica. Tuttavia, i ricercatori hanno utilizzato la Semantic Information Theory per derivare una narrazione complementare basata su come fluiscono le informazioni. Nel loro lavoro, SIT si concentra sulle correlazioni tra un agente, la biosfera, e un ambiente e su come tali correlazioni avvantaggiano l’agente.
Studio della biosfera
Il loro modello ha mostrato che, con l’aumentare della luminosità stellare, le correlazioni tra la biosfera e il suo ambiente si intensificano. Le correlazioni corrispondono a fasi distinte di scambio di informazioni tra i due. Ciò porta all’idea del controllo esercitato dalla flora attraverso le differenze positive e negative delle loro albedo rispetto al terreno nudo. È così che la biosfera esercita un’influenza regolatrice sul clima di un pianeta. Nella loro narrazione informativa, le temperature planetarie sono più limitate “ai confini più freddi e più caldi dell’intervallo di temperatura sopportabile”.
Non tutte le informazioni che fluiscono tra la biosfera e l’ambiente sono rilevanti. La biosfera non le usa tutte perché alcune di esse non aiutano la biosfera a mantenere il controllo. Gli autori affermano che analizzando tutte queste informazioni, possono determinare quali informazioni, e quando e come, contribuiscono alla sua stessa vitalità. Il modello Daisy World è istruttivo, ma è un modello giocattolo. Ad esempio, non include eventi stocastici come le eruzioni vulcaniche. Ma la grande domanda è come si relaziona alle eso-biosfere?
Gli autori affermano che il loro lavoro mostra il potenziale nell’uso di approcci come SIT per comprendere come gli esopianeti e le loro biosfere si siano co-evoluti come sulla Terra. Saranno necessari modelli più realistici che includano più reti complesse di interazioni tra i sistemi viventi e non viventi di un esopianeta. La biosfera elabora le informazioni in modi in cui i sistemi non viventi non lo fanno, quindi i sistemi incentrati sulle informazioni possono nascondere biofirme agnostiche in modi in cui i modelli fisici o chimici non possono.
“Di conseguenza, il prossimo passo del nostro programma di ricerca riguarderà l’applicazione di SIT e di altri approcci teorici dell’informazione a modelli più complessi di sistemi planetari accoppiati”, concludono gli autori. La ricerca è attualmente in attesa di pubblicazione e non è ancora stata sottoposta a revisione paritaria.
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Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su Universe Today
- Legg il paper scientifico intitolato “Exo-Daisy World: Revisiting Gaia Theory through an Informational Architecture Perspective” su ArXiv
