Gli Europei alla ricerca di Pandora

La ricerca degli esopianeti sta accentrando sempre di più l’interesse degli scienziati, in particolare la ricerca di quelli “analoghi” alla Terra, cioè pianeti con massa pari a quella della Terra o inferiore, orbitanti nella zona di abitabilità di stelle della stessa classe spettrale del Sole. Tra il 2013 e il 2022 è previsto il lancio di numerose missioni dedicate a tale scopo, o comunque equipaggiate con strumentazione polivalente, capace di fornire contributi importanti anche in quella branca della ricerca. La scoperta di un pianeta abitabile dall’Uomo, colmo di vita vegetale e animale, che, per semplicità, identifichiamo con Pandora, il lussureggiante pianeta di fantasia dove è ambientato il film Avatar, avrebbe sull’opinione pubblica e sulla comunità scientifica un effetto esplosivo, capace di alimentare l’interesse per l’esplorazione dello Spazio come fece lo sbarco sulla Luna, e anche di più. Questa scoperta non appare affatto remota, né improbabile: a oggi i pianeti extrasolari individuati con certezza sono quasi un migliaio e un numero almeno doppio di “candidati” avvistati dalla sonda KEPLER è in attesa di riscontro (Nell’immmagine l’area di ricerca di KEPLER – clicca per allargare). Il fatto che si tratti più frequentemente di giganti gassosi tipo Giove e che il numero degli analoghi della Terra sia stimato essere non più del 7% del totale non scoraggia chi ritiene che, con telescopi più potenti e tecniche di ricerca più raffinate, oggi perfettamente alla nostra portata, la scoperta di Pandora sia un obiettivo ragionevole, una pura questione di tempo e denaro investiti.

 A differenza del Progetto Apollo, in larga parte motivato da esigenze politico-militari della Guerra Fredda, la ricerca di Pandora potrebbe avvenire fortunatamente in un’atmosfera di cooperazione internazionale e divisione dei compiti. ESA e NASA, infatti, stanno approfondendo due metodi di ricerca diversi, ma complementari: la prima si affida all’astrometria di precisione, la seconda alla fotografia diretta dell’oggetto (direct imaging). Il lancio di KEPLER, a cui recentemente è stata riconosciuta un’estensione di 5 anni della sua vita operativa, è avvenuto nel 2009, e può essere considerato come l’inizio della corsa non competitiva alla scoperta di Pandora. Ci si aspetterebbe che fosse la NASA a guidare anche questa carovana scientifica, ma non sempre i più forti sono anche i più saggi. Gli americani, infatti, avevano fino al 2010 uno splendido programma dedicato agli esopianeti, chiamato Navigator, che si basava su due missioni principali: Space Interferometry Mission (SIM) e Terrestrial Planet Finder (TPF). In quell’anno l’intero programma è stato inaspettatamente cancellato con una decisione molto contestata sulla quale abbiamo riferito nell’articolo “Alla ricerca di Pandora, tra manovre di bilancio e mine vaganti”. Dal marasma che ne è seguito è emersa l’idea di una nuova missione, denominata New Worlds, che abbiamo presentato in un altro articolo intitolato: “Innovazioni nella ricerca dei pianeti extrasolari”. New Worlds avrebbe tutte le carte in regola per portare a termine la missione, il problema, casomai, è come finanziarlo. Infatti il James Webb Space Telescope (JWST), considerato di primaria importanza dalla NASA ma non specificatamente attrezzato per occuparsi degli esopianeti, ha sfondato tutti i limiti di budget e accumulato ritardi nella data di lancio, previsto ora per il 2019. Dati i costi imponenti, si ritiene che, una volta partito il JWST, la NASA non finanzierà un altro grande telescopio spaziale prima di una decina d’anni, perciò gli studiosi americani rimarrebbero privi, una volta messo in disarmo KEPLER, di un potente strumento dedicato alla ricerca dei pianeti extrasolari forse fino al 2030. Non rimarrebbe loro che affidarsi a una serie di piccoli progetti che saranno il tema di un altro articolo.

 Le notizie che giungono dall’ESA, invece, sono di tuttaltro tenore. Il Nearby Earth Astrometric Telescope (NEAT), da lanciare sperabilmente entro il 2022, potrebbe essere la vera “killer mission”. Il suo obiettivo primario è dichiaratamente la ricerca, in un volume di 50 anni luce di raggio intorno al Sole, di pianeti analoghi alla Terra. Si tratta complessivamente di 200 stelle, quasi tutte visibili ad occhio nudo, cosicchè, se Pandora orbitasse davvero intorno ad una di esse, chiunque sulla Terra saprebbe indicarne la posizione: che potente messaggio promozionale! (nell’immagine l’area di ricerca di NEAT – clicca per allargare)

 Per ciascun pianeta esaminato, NEAT indicherà con estrema precisione la massa e le caratteristiche dell’orbita, inclinazione compresa. In secondo luogo darà seguito alle ricerche fatte in precedenza, riesaminando con maggiore accuratezza sistemi stellari dove sono già stati segnalati pianeti, fornendo dati raccolti anni dopo la prima osservazione, e perciò preziosi per identificare corpi celesti su orbite di lungo periodo. E’ previsto che il telescopio operi per 5 anni al punto di librazione Sole-Terra L2 (SEL2), dove arriverà trasportato da un missile Soyuz-ST lanciato dallo spazioporto di Kourou. La missione costerà meno di 500 milioni di euro, tutto compreso.

NEAT si compone di due moduli, del peso di 700 kg. ciascuno, che volano in formazione a 40 metri l’uno dall’altro. L’Europa ha la leadership nella tecnologia del volo in formazione fin dai tempi della missione Cluster. In questo caso, l’agenzia spaziale francese (CNES), prima ispiratrice del NEAT, ha voluto affidare agli svedesi del progetto PRISMA il test in volo degli speciali algoritmi studiati per eseguire operazioni di rendez-vous,  prossimità, manovre anticollisione, e di altri aspetti della missione. Inoltre, per far fronte alle riduzioni generalizzate di budget causate dalla crisi economica mondiale, è allo studio un progetto “precursore” chiamato MICRO-NEAT, sempre basato su tecnologia PRISMA, che offrirebbe performance alquanto ridotte rispetto all’originale, ma sarebbe comunque in grado di individuare un eventuale pianeta di dimensioni terrestri nel sistema di Alfa Centauri.

 In attesa del NEAT, l’ESA ha pronta un’altra missione, GAIA, da lanciare nel 2013, che raccoglie l’eredità di Hipparcos, il primo telescopio spaziale espressamente dedicato all’astrometria, la scienza che si occupa della misurazione della posizione, distanza, luminosità, e movimento delle stelle. Si deve a Ipparco di Nicea, grande astronomo greco del secondo secolo a. C., la creazione del primo catalogo stellare, contenente le coordinate celesti e la misura della luminosità di 1080 stelle visibili a occhio nudo. La missione Hipparcos ha portato alla pubblicazione dell’omonimo catalogo, che raccoglie le misure astrometriche di 120.000 stelle, nonché il Catalogo Thyco, che fornisce la distanza di circa 2.500.000 stelle entro 500 anni luce dal Sole, misurata col metodo della parallasse.

 GAIA contribuirà notevolmentemente a questo censimento progressivo monitorando circa 70 volte, nel corso della missione, il miliardo abbondante di stelle e altri corpi celesti che costituiscono il suo target. I pianeti extrasolari tipo Giove potranno essere rilevati fino alla distanza di 600 anni luce, e ciò potrebbe portare alla scoperta di altre migliaia di nuovi esopianeti. Ma GAIA non diventerebbe un concorrente di KEPLER, perchè l’uno esplora una zona ben definita della Via Lattea situata a 3.000 anni luce circa da noi, mentre l’altra scansiona tutta la sfera celeste e registra qualsiasi oggetto sia percepibile con gli strumenti di bordo. E non solo: se la sua raffinata strumentazione fosse usata per conoscere la parallasse delle stelle che KEPLER ha trovato dotate di pianeti, e questi dati fossero incrociati con quelli dell’analisi spettrografica, si potrebbero ricalcolare rapidamente i diametri stellari e di conseguenza adeguare le stime sulla massa degli esopianeti. Ciò colmerebbe definitivamente il vuoto di conoscenza di cui la scienza soffre a proposito della reale misura dei diametri stellari (si parla di un’approssimazione del 30%) che influenza il calcolo della massa degli esopianeti associati. (nell’immagine l’area di ricerca di GAIA – clicca per allargare)

L’accuratezza delle osservazioni e la quantità e varietà dei dati raccolti scemano con l’allontanarsi dal Sole: per esempio, la distanza delle stelle più vicine viene fornita con l’approssimazione dello 0,001%, che sale al 20% per quelle in prossimità del centro galattico, lontano 30.000 anni luce. Nella gran massa di dati raccolti da GAIA, che saranno elaborati in Germania per anni e anni da un piccolo esercito di 400 analisti, si potrà trovare qualsiasi corpo celeste di magnitudine inferiore a 20: quasar e galassie lontane, stelle di ogni tipo, nebulose e ammassi stellari, asteroidi interni al Sistema Solare, oltre naturalmente agli esopianeti.

 GAIA si presenta come un tozzo cilindro con uno schermo rotondo a una estremità. Misura 3 metri in altezza e 3 metri di diametro, a cui si aggiungono altri 7 metri a schermo dispiegato. Il cilindro si compone di due moduli: quello di servizio e quello contenente il carico utile. Il peso complessivo è pari a 2050 kg, di cui 750 kg come carico utile, composto da due telescopi Astro identici, un banco di 80 sensori CCD, due fotometri a luce blu e rossa per l’analisi spettrale a bassa risoluzione, e uno spettrometro a velocità radiale per l’analisi ad alta risoluzione. GAIA verrà lanciata dalla Guyana francese da un vettore Soyuz-Fregat e opererà dal punto di librazione SEL2. La missione durerà 5 anni e costerà 500 milioni di euro.

 ROBERTO FLAIBANI

Credits: NASA, ESA, Wikipedia

Fonti:

KEPLER – http://kepler.nasa.gov/

NEAT 2011 Workshop – http://neat.obs.ujf-grenoble.fr/NEAT2011WS.html

GAIA Overview – http://www.esa.int/esaSC/120377_index_0_m.html

The Space Review, “Future exoplanet missions: NASA and the world” (part 1)
by Philip Horzempa
http://www.thespacereview.com/article/2167/1