Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Ci siamo quasi…

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A breve sarà on-line il nuovo blog: “IL TREDICESIMO CAVALIERE 2.0“, che si propone di stupire i fedelissimi e di coinvolgere sempre più appassionati ed esperti di scienze delle spazio e fantascienza.    

Il Team di autori e  in particolar modo il responsabile supremo, sua eccellenza Roberto Flaibani, stanno lavorando a ritmi serratissimi  con l’intento di creare un ambiente accogliente, che riesca a coinvolgere e a nutrire la sete di conoscenza verso ciò che ci circonda. 

Completamente rinnovato in grafica e funzionalità, ma sulla consolidata  linea guida del suo predecessore, Il Tredicesimo Cavaliere 2.0 vi invita a lasciare commenti, idee e suggerimenti al fine di prepararsi al meglio al suo lancio.

 

31 maggio 2016 Posted by | 4th Symposium IAA - SETI, Astrofisica, Astronautica, by G. de Turris, Carnevale della Chimica, Carnevale della Fisica, Carnevale della Matematica, Ciberspazio, Cinema e TV, Difesa Planetaria, Epistemologia, Fantascienza, Giochi, Letteratura e Fumetti, missione FOCAL, News, NON Carnevale della Fisica, Planetologia, Radioastronomia, Referendum Prima Direttiva, Scienze dello Spazio, Senza categoria, SETI, Volo Interstellare | Lascia un commento

Lenti gravitazionali nel Sistema Solare

GL Pianeti

Immagine: la fascia completa delle sfere focali comprese fra 550 e 17.000 UA dal Sole, creata dall’effetto di lente gravitazionale del Sole e di ciascun  pianeta, mostrata in scala. La scoperta di questa fascia di sfere focali è il principale risultato esposto in questo lavoro, insieme al calcolo dei relativi guadagni di antenna. Fonte: C. Maccone.

La prima dimostrazione sperimentale della Teoria della Relatività Generale fu eseguita da Arthur Eddington nel 1919, quando riuscì a misurare gli effetti del campo o meglio del pozzo gravitazionale del Sole sulla luce delle stelle ad esso vicine. La massa del Sole, infatti, genera una distorsione del tessuto dello spaziotempo in grado di deflettere le onde elettromagnetiche provenienti da una “sorgente”astronomica di qualsiasi tipo (pianeti extra-solari, stelle, galassie, o altro), e farle convergere in un punto detto “fuoco”, dove l’informazione da esse veicolata risulta intensificata, amplificata, ingrandita. Per le evidenti analogie con le lenti ottiche, questo fenomeno è stato chiamato “lente gravitazionale”. Il fuoco del “sole nudo”, così chiamato perché la sua posizione è stata calcolata senza tener conto di nessun effetto di distorsione o attenuazione del segnale sorgente, si trova ben addentro alla Nube di Oort alla bella distanza di 550 <UA>.

Dato che abbiamo parlato del fuoco gravitazionale del Sole, è interessante riflettere sulla storia di questo studio. Il pensiero di Albert Einstein sulle lenti gravitazionali in astronomia fu affrontato esplicitamente in un documento del 1936, ma per le formule matematiche alla base del fenomeno su vasta scala si dovette aspettare fino al 1964, quando Sydney Liebes dell’Università di Stanford lavorò con la lente prodotta da una galassia interposta fra la Terra e una quasar lontana. In questo modo nel 1978 l’astronomo britannico Dennis Walsh ottenne la prima “immagine” di una quasar, seguita l’anno successivo dallo studio di Von Eshleman sulla lente del Sole, comprendente l’idea di inviare un telescopio al fuoco del Sole nudo.

Riflettendo su come utilizzare la lunghezza d’onda di 21 cm Eshleman pensò al SETI, il cui concetto fu poi esposto da Frank Drake nel 1987. Se si ha a portata di mano una buona biblioteca accademica, la sua raccolta del Journal of the British Interplanetary Society del 1994 dovrebbe includere i risultati della Conferenza su Missioni Spaziali e Astrodinamica che Claudio Maccone organizzò due anni dopo. Si pensò quindi al telescopio spaziale FOCAL nell’ambito della missione SETISAIL, anche se il SETI sarebbe stato solo uno dei tanti aspetti delle sue indagini scientifiche.(n.d.e.)

FOCAL oltre le stelle

Per cercare un modo di sfruttare la lente gravitazionale del Sole dobbiamo tenere conto della corona solare, un problema che venne presto affrontato sia da Eshleman (Stanford) sia da Slava Turyshev (JPL). Per evitare le distorsioni della corona bisognerebbe inviare un telescopio non a 550 UA di distanza ma ben più lontano, approfittando del fatto che non abbiamo a che fare con un punto focale ma con una linea focale. A tale proposito riportiamo il pensiero di Claudio Maccone:

“una conseguenza semplice ma molto importante della discussione di cui sopra è che anche tutti i punti su una retta oltre questa distanza focale minima sono dei fuochi, perché i raggi luminosi passanti accanto al Sole a una distanza superiore a quella minima hanno un angolo di deflessione più piccolo e pertanto si uniscono a una distanza ancora maggiore dal Sole.”

Abbiamo quindi la possibilità di spostarci oltre le 550 UA, anzi non abbiamo scelta. La corona solare crea quello che Maccone definisce un “effetto di lente divergente”, che si oppone all’effetto convergente associato a una lente gravitazionale. Parafrasando il documento si può dire che la distanza minima che la sonda FOCAL deve raggiungere è maggiore per le frequenze più basse (delle onde elettromagnetiche che attraversano la corona) e minore per le frequenze più alte. Quindi, a 500 GHz il fuoco si trova a circa 650 UA. A 160 GHz, si trova a 763 UA.

Ma nel caso volessimo realizzare ponti radio interstellari, dovremmo forse limitarci all’utilizzo della lente gravitazionale del Sole e di quelle delle stelle vicine, in realtà anche i pianeti possono essere usati a questo scopo. Nel suo studio del 2011 riguardante quest’idea, pubblicato su Acta Astronautica, Maccone produce le equazioni necessarie, notando che il rapporto fra il quadrato del raggio di un pianeta e la sua massa ci permette di calcolare la distanza che una sonda deve raggiungere per poter sfruttare la lente del pianeta stesso. Di conseguenza abbiamo definito il concetto di “sfera focale” di un pianeta.

La lente si sposta nella Nube di Oort .

L’illustrazione a inizio articolo contiene delle sorprese. Ci aspetteremmo Giove in cima all’elenco di lenti planetarie e, in effetti, la sua sfera focale è la prima fuori dal Sole a 6100 UA. È un numero utile da ricordare, perché potremmo scoprire che gli effetti della corona solare sono insormontabili per la produzione delle immagini necessarie. In tal caso, dovremmo usare una posizione a metà strada verso la Nube di Oort interna.

Dato che ha un rapporto elevato fra quadrato del raggio e massa, dopo Giove troviamo Nettuno a 13.525 UA. La sfera focale di Saturno si trova a 14.425 UA, dopodiché troviamo quella della Terra a 15.375 UA. Il nostro pianeta è un miglior candidato di Urano come lente perché è il corpo con la maggiore densità (rapporto fra massa e volume) nel Sistema Solare. Maccone lo sottolinea particolarmente perché conosciamo la superficie e l’atmosfera della Terra meglio di quelle di qualsiasi altro pianeta. Una missione FOCAL utilizzante la Terra come lente partirebbe in netto vantaggio per aggiustare l’immagine distorta di un oggetto distante.

Come potremmo sfruttare queste sfere focali planetarie, che nel caso di Venere si estendono fino a 17.000 UA? Partendo dal Sistema Solare una sonda veloce potrebbe esaminarle una per una, iniziando le osservazioni al calare degli effetti della corona solare. Sottolineando che una sonda diretta ad Alpha Centauri attraverserebbe tutte queste sfere focali, Maccone riflette sugli eventuali risultati:

“Innanzitutto, anche se il Sole è immobile nel quadro di riferimento eliocentrico del Sistema Solare, i pianeti invece si muovono. Ciò significa che attraversano una certa area del cielo visto dalla sonda, la quale potrebbe trarre vantaggio da questa specie di lente di ingrandimento semovente. Quanti sono i pianeti extrasolari che ricadrebbero all’interno di questa lente? Ovviamente al momento non lo sappiamo, ma gli oltre 400 esopianeti scoperti finora [il documento risale al 2011] promettono bene per il rilevamento di molti altri esopianeti da parte di una sonda adeguatamente equipaggiata, che percorra la distanza compresa fra 550 e 17.000 UA e che usi le lenti gravitazionali dei pianeti.”

Tali scoperte sarebbero del tutto serendipiche, a dir poco, dato che la nostra missione per Alpha Centauri in uscita dal Sistema Solare vedrebbe solo ciò che si troverebbe in linea con il pianeta studiato. Il fatto di avere Giove a 6.100 UA e la Terra a 15.375 AU ci offre dei bersagli utili per sperimentare le tecnologie che ci serviranno per ricavare delle immagini dall’incontro con una sfera focale. Uno dei grossi punti interrogativi della missione Breakthrough Starshot è la costruzione e l’utilizzo dei laser in fase. Ma se verranno realizzati e potremo raggiungere velocità pari a una significativa frazione della velocità della luce, missioni dedicate all’esplorazione delle lenti planetarie sarebbero fattibili.

Chiaramente è il Sole la nostra prima opzione come lente gravitazionale, non solo per la relativa prossimità del suo punto focale minimo (550 UA), ma perché il guadagno effettivo della sua lente è più alto di quello della lente di Giove e molto più elevato di quello della lente della Terra. Maccone calcola i valori numerici del guadagno dalla riga dell’idrogeno fino al picco CMB a 160 GHz, valutando ognuno di essi per la lente gravitazionale del Sole oltre che per le sfere focali dei vari pianeti. Se vogliamo lavorare con il potenziale delle lenti planetarie, abbiamo bisogno di notevoli progressi nelle tecnologie delle antenne e dell’imaging, al fine di leggere le deboli firme inviate dai pianeti.

Il documento è: Maccone,  New Belt Beyond Kuiper’s: A Belt of Focal Spheres Between 550 and 17,000 AU for SETI and Science, Acta Astronautica Vol. 69, Nn. 11-12 (Dicembre 2011), pp. 939-948 (estratto).

traduzione di FAUSTO MESCOLINI

editing ROBERTO FLAIBANI

23 maggio 2016 Posted by | Astrofisica, Astronautica, News, Planetologia, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, Senza categoria, SETI | , | Lascia un commento

Batimetria su Titano

Titano metano etano

Il mare Ligeia, mostrato qui in un’immagine in falsi colori ripresa dalla missione internazionale Cassini, è il secondo bacino  liquido più grande conosciuto su Titano, la luna di Saturno. Esso misura circa 420 km x 350 km e le sue coste si estendono per oltre 3.000 chilometri. È costituito da metano liquido. Il mosaico mostrato qui è il risultato di una sintesi di immagini radar ottenute dai flyby tra il febbraio 2006 e l’aprile 2007. Credit: NASA / JPL-Caltech / ASI / Cornell.

 

Ai tempi in cui la sonda Cassini si stava avvicinando a Saturno e tutti aspettavamo l’arrivo del lander Huygens sulla superficie della luna Titano, prendeva sempre più corpo l’ipotesi che Huygens, invce di trovare una superficie solida, si sarebbe “tuffato” in un mare di idrocarburi. Mi ricordo i bozzetti artistici ispirati a questi avvenimenti apparsi su molti siti Internet del tempo. Alla fine l’atterraggio avvenne su terreno solido, ma da allora i rilevamenti prolungati di Cassini hanno dimostrato che su Titano esistono mari e laghi per oltre 1,6 milioni di chilometri quadrati (circa il 2 % della superficie).

Il liquido che riempie questi bacini ovviamente non è acqua, ma una miscela di metano ed etano, presenti in un’atmosfera che è quasi per il 95 % composta da azoto, con metano, piccole quantità di idrogeno ed etano che costituiscono il resto. Cassini ci ha mostrato tre grandi mari vicino al polo nord, che sono circondati da numerosi piccoli laghi; mentre nell’emisfero sud finora è stato trovato un unico bacino. Un nuovo lavoro, condotto con i dati elaborati dai flyby di Cassini tra il 2007 e il 2015, ora conferma che il mare Ligeia, uno dei più grandi mari di Titano, è costituito principalmente da metano liquido.

 

Titano metano etano

Un’immagine radar delle regioni nord polari di Titano (al centro), con numerosi laghi in primo piano (a sinistra) e un grande mare (a destra). Il mare Ligeia, con dimensioni di circa 420 km x 350 km, è il secondo deposito di idrocarburi liquidi per grandezza conosciuto su Titano. Le sue coste si estendono per circa 2000 chilometri e si possono vedere molti fiumi che vi sfociano. Al contrario, i numerosi laghi sono ampi prevalentemente meno di 100 km e hanno forme più arrotondate con rive scoscese. Credit: NASA / JPL-Caltech / ASI / USGS; a destra e a sinistra: NASA / ESA. Riconoscimento: T. Cornet, ESA.

 

La scoperta è stata un po’ inaspettata, dato che l’etano viene prodotto quando la luce del sole fa a pezzi le molecole di metano. Perciò le attese per il mare Ligeia riguardavano principalmente l’etano. Alice Le Gall (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales and Université Versailles Saint-Quentin, France), che ha condotto questo nuovo studio, commenta così la scoperta:

 

 

“O il mare Ligeia è alimentato da recenti piogge di metano o qualcosa sta rimuovendo l’etano da esso. È possibile che l’etano finisca nella crosta sottomarina o che scorra in qualche modo nell’adiacente mare Kraken, ma dimostrare questo richiederà ulteriori indagini “.

 

Mentre questo lavoro procedeva, Le Gall e la squadra si appoggiarono ad un esperimento eseguito con radio scandaglio nel 2013, descritto in questo comunicato stampa dell’ESA. Il radio scandaglio, condotto da Marco Mastrogiuseppe, rilevò echi del fondo marino e fu in grado di calcolare la profondità del mare Ligeia durante il percorso della Cassini, prima rilevazione in assoluto di un fondale al di fuori dalla Terra. La maggiore profondità registrata è stata di 160 metri. La Le Gall nel suo lavoro ha messo in parallelo i dati raccolti dello scandaglio con le osservazioni delle emissioni termali di Ligeia alla lunghezza d’onda delle microonde. Il risultato: il nuovo articolo riporta che i ricercatori sono stati in grado di separare le emissioni termali provenienti dal fondo del mare da quelle originate dalla massa liquida. Il fondale è risultato essere coperto da ciò che la Le Gall definisce “uno strato di fanghi ricchi di composti organici.”

 

 

Titano metano etano

Modalità con cui i diversi composti organici si riversano nei mari e laghi di Titano, la più grande luna di Saturno. Un recente studio ha rivelato che il mare Ligeia, uno dei tre mari di Titano, si compone di metano puro e ha un fondale ricoperto da fanghi ricchi di materiale organico. Credit: ESA.

 

È possibile vedere come si sviluppa il processo nell’immagine sopra. L’azoto e il metano nell’atmosfera di Titano producono molecole organiche, le più pesanti delle quali cadono sulla superficie. Nel raggiungere il mare attraverso la pioggia o uno dei fiumi di Titano, alcuni vengono disciolti, mentre altri si depositano sul fondo dell’oceano. Troviamo anche che la superficie circostante i laghi e i mari è probabilmente inondata da idrocarburi liquidi, a causa della mancanza di variazione di temperatura tra mare e riva.

L’articolo è di Le Gall e altri, Composizione, cambiamento stagionale e batimetria del Mare Ligeia, Titano, ricavati dalle sue emissioni termali al microonde, su “Rivista di Ricerca Geofisica: i Pianeti”, pubblicato online il 25 Febbraio 2016 (abstract). Il lavoro di Marco Mastrogiuseppe sulla batimetria del Mare Ligeia è descritto in La batimetria di un mare di Titano, su “Geophysical Research Letters”, pubblicato online il 4 marzo 2014 (abstract).

Titolo originale Beneath a Methane Sea di Paul Gilster , pubblicato su Centauri Dreams il 27 aprile 2016

Traduzione di SIMONETTA ERCOLI

17 maggio 2016 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , | 1 commento

Anche i computer hanno un’anima ?

hello mac apple

“Non parlo male del mio computer, temo che si vendichi”

Fausto Gianfranceschi

Abbiamo la tendenza, sicuramente per farle più “nostre”, a umanizzare le cose, soprattutto le macchine, quali oggetti utili, di lavoro e di divertimento: ad esempio, diamo un nome alle barche, magari anche alle automobili e agli aeroplani. Spesso alcuni specialisti ritengono qualcosa di strettamente personale gli strumenti del proprio lavoro, una specie di prolungamento di se stessi, come in realtà sotto un certo aspetto lo sono: dalla zappa del contadino, allo scalpello e alla pialla del falegname, ma anche la penna dello scrittore, il bisturi del chirurgo. Tutti sono prolungamenti artificiali di qualcosa di naturale: la mano, il braccio, il piede, in ultimo il cervello. I guerrieri dell’antichità, i cavalieri del medioevo davano un nome alla propria spada: non solo era il prolungamento del proprio braccio, ma del proprio Io: aveva un nome e anche un’anima… La spada veniva sepolta con il guerriero morto, la spada del re veniva spezzata. Durlindana ed Excalibur sono entrate nella storia e nell’immaginario collettivo, per non parlare delle spade degli eroi del Signore degli Anelli, da Glamdring la spada di Gandalf a Pungolo la spada di Frodo a Anduril la spada di Aragorn.

personal computer PC microcomputer

Commodore PET 2001

Oggi uno strumento di lavoro diffusissimo e universale ad appena una quarantina d’anni dal suo lancio commerciale (il Commodore PET 2001 nel 1975) è il computer personale, quello che una volta si chiamava il “cervello elettronico”, o anche “calcolatore elettronico”, termini che non usa più nessuno. Ma, proprio da questa definizione si capisce come si tratti di uno strumento di lavoro che maggiormente si avvicina all’essere umano, appunto per la sua capacità logica di elaborare dati, informazioni, di scrivere, di disegnare e di fare un numero incalcolabile ormai di funzioni. E proprio per questo il computer risulta ormai la più umanizzata delle macchine.

 

personal computer PC microcomputer

Commodore 64

Sin dall’inizio si è usata nei suoi confronti una terminologia umanizzante: i computer si ammalano, i computer vengono infettati, li colpiscono dei virus, dai bachi (bug), devono essere curati, sono soggetti a periodiche epidemie, a veri e propri contagi diffusi in tutto il mondo eccetera eccetera. Non essendo il computer passivo come la televisione, ma attivo (risponde ad esempio per scritto e oggi anche in voce anche perché ormai gli puoi impartire ordini vocali e dettare testi parlandogli), i suoi utenti si rivolgono a lui personalizzandolo: ci dialogano, lo blandiscono, lo accusano, inveiscono contro di lui, cercano di non irritarlo. Ma, per umanizzato che sia il computer resta una macchina che, spesso e volentieri, non si smuove, non la si convince, non si riesce a farla ragionare…. Il tecnico cui porto a riparare il mio pc una volta mi disse: “Il computer è una macchina illogica”. E se lo dice lui…. Negli Stati Uniti è diffusa la “sindrome da computer”: lo stress che si accumula di fronte alla ostinazione e alla ostilità della macchina si scarica su di essa: impiegati, dirigenti, soprattutto giornalisti vi si scagliano contro a pugni e calci, a martellate, anche a revolverate…

personal computer PC microcomputer

Rete di computer

Ora è stato fatto un ulteriore passo avanti nel modo di considerare sempre più umano il computer, ed è stato fatto in una nazione di civiltà e mentalità diverse da quelle degli Stati Uniti e comunque dell’Occidente. In Giappone il computer che non funziona soprattutto perché infettato da virus, perché sottoposto ad attacchi di pirati informatici (ne avverrebbero come minimo 35mila al mese), non lo si maledice, non lo si prende a calci, non lo si distrugge a martellate, ma lo si porta a far benedire in un tempio shintoista per purificarlo dal “maligno digitale”. E’ accaduto qualche temo fa al tempio Kanda Myojin di Tokyo dove si sono riuniti con i loro computer infestati i professionisti di tecnologia informatica ed i membri dell’associazione dei commercianti di elettronica del quartiere Akihabara della capitale giapponese. E il parallelo che viene in mente subito è l’indemoniato che viene esorcizzato in una chiesa cattolica.
Meno strano di quel che sembri, una logica evoluzione delle cose: noi non portiamo forse a far benedire cani, gatti e cavalli? non portiamo a far benedire le automobili? e non portiamo ad esorcizzare in chiesa gli indemoniati? Il computer, ormai metà macchina metà umano (non si stanno elaborando chip biologici?), viene invaso da entità indesiderate che lo bloccano, lo fanno straparlare, lo fanno impazzire, letteralmente gli fanno dare i numeri: e per non impazzire anche loro, i meno violenti giapponesi lo portano a far benedire, ricorrono all’esorcista informatico… Dalla fantascienza il computer infestato è approdato alla realtà. Quindi, sarebbe necessario che accanto alla consolle, vicino alla tastiera, si cominci a tenere una bottiglietta di acqua santa con relativo aspersorio…

 

computer2

E, una volta scientificamente accertato che anche i computer hanno un’anima (il problema se l’erano posto sia Isaac Asimov che Philip Dick, m anche Cliffotd Simak), forse sarebbe il caso di prendere in considerazione l’ipotesi di “battezzarlo” appena uscito di fabbrica…Ma, ci si potrebbe chiedere, l’anima del pc dove si trova? Nell’hardware o nel software, nella “ferraglia” o nel programma? Un bel problema, quasi filosofico. Sta di fatto, però, che ogni tanto riceviamo nella nostra posta elettronica messaggi di questo tipo: “Ciao! Sono il programma X. Mi occupo della mailing list di Y. Sto lavorando per il mio responsabile che può essere contattato a Z…”. Meditate gente, meditate.

personal computer PC microcomputer

Desktop computer

Peraltro. la situazione è diventata reversibile. Il computer si umanizza, l’uomo si computerizza, magari soltanto a partire dal proprio nome. Negli Stati Uniti un certo Jon Blake Cusack di Holland (Michigan) passerà alla storia per aver deciso di chiamare suo figlio “2.0”, come fosse la nuova versione di un programma informatico. Lui, il padre, sarebbe dunque “1.0”, tanto da auspicare che un futuro nipote venga chiamato “3.0”. Questo perché il signor Jon Blake Cusack è “un appassionato di computer e software” ed ha visto il film Novecento di Tornatore e Baricco in cui un ragazzino veniva chiamato, appunto, “Novecento”… Questo americano non solo dà i punti agli stravaganti nomi che s’impongono in Romagna, ma apre una moda al passo coi tempi demenziali che stiamo vivendo. Un esempio atroce di totale spersonalizzazione: nessuno ha infatti ricordato che nelle grandi antiutopie del secolo trascorso, da Noi di Zamjatin a Il mondo nuovo di Huxley, da Antifona di Ayn Rand a 1984 di Orwell, i nomi propri sono accompagnati o sostituiti da una sigla ed un numero allo scopo di far scomparire ogni individualità nell’ambito di una società in cui si applicano integralmente il comunismo o un capitalismo esasperato. Un mondo di macchine umanizzate e di uomini-macchina. Ai lettori che desiderano approfondire l’argomento degli esseri ibridi, metà uomo metà macchina, consigliamo la lettura di “Elogio del Cyborg“.

 

GIANFRANCO de TURRIS

9 maggio 2016 Posted by | Cinema e TV, Fantascienza, Giochi, Letteratura e Fumetti, Senza categoria | , , , | Lascia un commento

eso13 – Arrivano i giganti…

 La ricerca di una traccia biologica nell’atmosfera di un esopianeta è un obiettivo importante e, come spiega Ignas Snellen, le missioni spaziali non sono l’unico modo di procedere. Professore di astronomia all’Università di Leiden nei Paesi Bassi, il Dott.  Ignas  Snellen è convinto che le tecnologie come la spettroscopia ad alta dispersione e l’imaging a contrasto elevato siano più efficaci quando utilizzate in grandi osservatorii a terra. Un gruppo di astronomi da lui guidati ha già usato queste tecniche per determinare la velocità di rotazione di Beta Pictoris b, pari a otto ore. Per studiare quelle regioni dello spettro che sono inaccessibili da terra, avremo bisogno di telescopi spaziali attentamente studiati e in sinergia con la nuova generazione di telescopi terrestri giganti, che si prevede entreranno in funzione negli anni ‘20 del 2000. (Paul Gilster) A seguire l’articolo del dott. Snellen.

coronogafo telescopio esopianeta pianeta extra-solare spettroscopia

E-ELT – Telescopio Europeo Estremamente Grande

Mentre ero profondamente impegnato nel progetto del mio dottorato di ricerca, studiando i centri attivi di galassie lontane, in un campo molto diverso dell’astronomia si stava compiendo una vera rivoluzione scientifica. A metà degli anni ‘90 si stavano infatti scoprendo i primi pianeti orbitanti intorno a stelle diverse dal nostro Sole. Per alcuni anni riuscii a ignorare queste scoperte. Favorito dalla mia ignoranza in materia, mi univo ai molti scettici che criticavano questi primi risultati. Risultati con i quali invece si dovette presto fare i conti. Quando venne trovato il primo pianeta in transito, seguito poco dopo dal rilevamento della sua atmosfera, cambiai radicalmente campo di ricerca e mi gettai, come molti altri, sugli esopianeti. Dopo oltre un decennio quella rivoluzione è ancora in corso.

DARWIN, TPF e SIM

Negli ultimi venticinque anni non tutte le imprese scientifiche hanno avuto successo. Subito dopo le prime scoperte degli esopianeti sono stati profusi enormi sforzi nella progettazione (e nella ricerca dell’appoggio politico) di una sonda che possa rilevare i potenziali gas marcatori biologici nelle atmosfere dei sistemi planetari vicini. Gli astronomi europei si stavano concentrando su DARWIN. L’idea base della missione prevedeva 4 o 5 sonde spaziali dotate di telescopi con tecnologia di imaging ad alta risoluzione utilizzante l’interferometria ad annullamento. La luce stellare raccolta sarebbe stata combinata in modo tale da annullare la luce in asse, ma lasciando intatta la potenziale luce del pianeta fuori asse. Dopo una serie di studi lunghi oltre un decennio, nel 2007 l’ESA interruppe lo sviluppo di DARWIN, per l’eccessiva difficoltà. Nello stesso periodo furono proposte alla NASA varie versioni del Terrestrial Planet Finder (TPF), compreso un interferometro ad annullamento e un coronografo. Quest’ultimo usa delle ottiche appositamente studiate per ridurre la luce stellare, lasciando passare quella eventuale dei pianeti. Anche questi progetti furono in seguito annullati. Indubbiamente una battuta d’arresto anche peggiore ha interessato la Space Interferometry Mission (SIM), che doveva cercare i pianeti di massa simile alla Terra nelle zone abitabili delle stelle vicine usando l’astrometria. Dopo essere stata rimandata più volte, la missione fu infine annullata nel 2010.

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

E-ELT

Quanto dovremmo essere pessimisti?

Per questi progetti  sono state spese enormi quantità di tempo ed energia dei ricercatori, oltre a milioni di dollari e di euro. È un vero peccato, considerando tutti gli altri interessanti progetti alternativi che avrebbero potuto essere finanziati. Dovremmo porci degli obiettivi più realistici e imparare dalle missioni di successo, come Kepler della NASA, che fu concepita e sviluppata nello stesso periodo. Un aspetto fondamentale dell’adozione di Kepler da parte della NASA fu la dimostrazione, tramite gli esperimenti a terra (di Bill Borucki e colleghi), del fatto che la tecnologia era pronta. Una missione viene infatti approvata solo se si ritiene che ne sia garantito il successo. È questo aspetto che ha affossato DARWIN e il TPF ed è lo stesso che mi preoccupa quando penso ai nuovi concetti base di sonde molto intelligenti, come il grande occultatore esterno per la missione New Worlds. Forse non sono abbastanza sognatore. In ogni caso, come insegna Kepler, i tempi d’attesa  delle grandi missioni spaziali sono molto lunghi. Ne consegue che per i prossimi 25 anni sarà molto improbabile che venga lanciata una missione spaziale per cercare i gas marcatori biologici nelle atmosfere dei pianeti simili alla Terra. Se sono fortunato riuscirò a vederla prima di morire. Detto questo, la mia idea è: partiamo da terra!

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

Thirty Meter Telescope

La sfida a terra

La prima prova di vita extraterrestre verrà dal rilevamento dei marcatori biologici: l’assorbimento derivante da quei gas che ci si aspetta di trovare nell’atmosfera di un esopianeta quando sono prodotti da processi biologici. Gli esempi migliori sono costituiti da ossigeno e ozono, come si vede nell’atmosfera terrestre. L’osservazione di questi gas nelle atmosfere degli esopianeti non sarà la prova definitiva della vita extraterrestre, ma di certo un primo passo. Tali osservazioni richiedono una spettrofotometria di alta precisione, molto difficile da eseguire da terra. Innanzitutto, la nostra atmosfera assorbe e disperde la luce. Si tratta di un problema soprattutto per le osservazioni dei pianeti simili alla Terra, perché i loro spettri mostreranno delle bande di assorbimento nelle stesse lunghezze d’onda dell’atmosfera terrestre. Da parte loro, le turbolenze atmosferiche distorcono la luce che raggiunge i telescopi a terra. La luce quindi non forma dei fronti d’onda perfetti, compromettendo le misurazioni di alta precisione. Inoltre, quando gli oggetti vengono osservati a lungo nel corso di una notte, il percorso della loro luce attraverso l’atmosfera cambia, come cambia la luce stellare che entra nello strumento, rendendo la stabilità un grosso problema. Queste sono le ragioni principali per cui molti appassionati degli esopianeti pensavano fosse impossibile sondarne le atmosfere da terra.

(AVVISO: per chi è interessato a un discorso approfondito sulla spettroscopia ad alta dispersione (HDS) e sulla imaging a contrasto elevato (HCI) abbiamo previsto un  percorso separato. Chi preferisce una lettura facilitata, può continuare senza tener conto di questo avviso).

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

Giant Magellan Telescope

Per rilevare le caratteristiche di assorbimento delle atmosfere degli esopianeti è ideale la spettroscopia ad alta dispersione (high dispersion spectroscopy, HDS), vale a dire la separazione di un’onda in componenti dello spettro con diverse lunghezze d’onda. L’HDS raggiunge una precisione di un milionesimo della lunghezza d’onda però richiede telescopi di enormi dimensioni, non trasferibili nello spazio. I telescopi spaziali possono raggiungere solo la media dispersione, al massimo di un millesimo della lunghezza d’onda, comportando quindi tempi di osservazione di gran lunga maggiori. Un altro vantaggio dell’alta dispersione è che è sensibile all’effetto doppler dovuto al moto orbitale di un pianeta, il cui segnale può essere così distinto sia da quello della sua stella sia da quello dell’atmosfera terrestre. Due nuovi strumenti nel telescopio VLT permetteranno di estendere la ricerca anche ai pianeti più freddi e più piccoli.
Mentre con l’HDS si analizza la luce della stella filtrata dall’atmosfera dei pianeti più vicini, quelli più distanti possono essere osservati con l’imaging a contrasto elevato (HCI) (anche in combinazione con la coronografia), che riduce la luce della stella. I migliori risultati si ottengono con la combinazione delle due tecniche.

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

James Webb Space Telescope

Arrivano i giganti

Sia gli Stati Uniti sia l’Europa stanno costruendo una nuova generazione di telescopi che possono essere a ragione chiamati giganti. Il Telescopio Gigante Magellano (Giant Magellan Telescope, GMT) consisterà di sei specchi da 8,4 m, equivalenti a un telescopio del diametro di 24,5 m. Il Telescopio da Trenta Metri (Thirty Meter Telescope, TMT) avrà proprio questa dimensione, mentre il Telescopio Europeo Estremamente Grande (European Extremely Large Telescope, E-ELT) sarà quello più ampio con un diametro effettivo di 39 m. Tutti e tre i progetti sono in competizione per essere pienamente operativi intorno al 2025.
In questa partita le dimensioni sono tutto, in particolare per le osservazioni HDS e HDS+HCI. L’HDS trae beneficio dal numero di protoni che si possono raccogliere, proporzionale al quadrato del diametro. Prendendo in considerazione anche altri effetti, l’E-ELT sarà cento volte più sensibile del VLT (in particolare grazie allo strumento della prima luce METIS e a HIRES). Il telescopio ci porterà vicino all’intervallo necessario per cercare l’ossigeno molecolare nelle atmosfere dei pianeti terrestri che transitano vicino alle nane rosse. Se questi sistemi vicini in transito esistono potremo dirci fortunati. Secondo le simulazioni, le stelle più piccole rendono il segnale trasmesso dall’ossigeno molecolare di un pianeta delle dimensioni della Terra simile a quelli del monossido di carbonio, già rilevati nelle atmosfere dei gioviani caldi. È solo che i sistemi saranno molto più tenui di Tau Bootis e pertanto richiederanno dei telescopi molto più grandi. La tecnologia esiste già, ma si tratta di raccogliere fotoni a sufficienza. Se persino i telescopi estremamente grandi dovessero rilevarsi insufficienti, il problema dovrà essere risolto in modo diverso. Le osservazioni HDS delle stelle luminose non richiedono degli specchi di forma precisa, pertanto potrebbero essere possibili disponendo delle serie di raccoglitori di luce a bassa precisione, ma si tratta di un’ipotesi lontana nel futuro.

Ancora più promettenti sono le capacità di imaging a elevato contrasto dei futuri ELT. I telescopi non solo raccolgono più fotoni, ma vedono anche in maniera più nitida. La loro capacità di vedere i pianeti più tenui nel bagliore delle stelle luminose aumenta fino alla quinta potenza all’aumentare delle dimensioni. Ciò rende l’E-ELT 1000 volte più sensibile del VLT. I pianeti rocciosi nelle zone abitabili delle stelle vicine saranno quindi a portata di mano. Anche in questo caso le simulazioni indicano la possibilità di rilevare emissioni termiche intorno alle stelle più vicine, mentre HDS+HCI nelle lunghezze d’onda ottiche può cercarne lo spettro di riflettanza, magari includendo le firme dell’ossigeno molecolare.

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

JWST

Missioni spaziali realistiche

Qualsiasi cosa accada con la ricerca degli esopianeti dallo spazio, i telescopi a terra si faranno strada nella caratterizzazione dei pianeti simili al nostro. Ciò non toglie la necessità delle missioni spaziali. Innanzitutto non ho reso giustizia ai dati fantastici e rivoluzionari che ci fornirà il JWST. Poi, una serie di missioni dedicate ai transiti, la TESS della NASA (che verrà lanciata nel 2017) e le CHEOPS e PLATO dell’ESA (2018 e 2024), scopriranno tutti i sistemi planetari vicini in transito, un prerequisito fondamentale per gran parte di quanto fin qui abbiamo discusso.
Soprattutto, le misurazioni da terra non potranno darci un quadro completo delle atmosfere dei pianeti, semplicemente perché gran parte degli spettri non sono da qui accessibili. Pertanto la prova definitiva della vita extraterrestre verrà probabilmente da una missione spaziale del genere di DARWIN o TPF. Il rilevamento da terra dell’acqua nell’atmosfera di un pianeta terrestre aprirebbe delle porte presso i politici, ma della massima importanza sarà il giusto tempismo di tali missioni. Puntando troppo in alto e troppo presto si perderebbe molto tempo e denaro, a spese del progresso nella ricerca degli esopianeti. Sognare è bello, ma senza dimenticare di restare realistici.

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

Dott. Ignas Snellen

Ulteriori letture

Snellen et al. (2013) Astrophysical Journal 764, 182: Finding Extraterrestrial Life Using Ground-based High-dispersion Spectroscopy

Snellen et al. (2014), Nature 509, 63: Fast spin of the young extrasolar planet beta Pictoris b 

Snellen et al. (2015), Astronomy & Astrophysics 576, 59: Combining high-dispersion spectroscopy with high contrast imaging: Probing rocky planets around our nearest neighbors .

Titolo originale:”Extraterrestrial Life, The Giants are coming” di Ignas Snellen, pubblicato su Centauri Dreams il 11 settembre 2015

 

Traduzione e adattamento di FAUSTO MESCOLINI

4 maggio 2016 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , | Lascia un commento

   

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