I Terrestri alla ricerca di Pandora: le missioni minori

E’ proprio una bella soddisfazione poter incominciare un articolo dedicato alla ricerca degli esopianeti citando dati freschissimi e lusinghieri provenienti dalla sonda Kepler. Infatti, l’ultimo elenco di avvistamenti di nuovi pianeti extrasolari rilasciato il mese scorso comprendeva la bellezza di 18.406 eventi. Una volta sottoposti a verifica, moltissimi risulteranno essere dei “falsi positivi”, ma da un esame preliminare eseguito dal Planetary Habitability Laboratory presso l’Osservatorio di Arecibo, sono stati individuati 262 potenziali mondi abitabili, di cui 4 di dimensioni marziane, 23 terrestri, mentre i rimanenti sono di dimensioni superiori a quelle della Terra (super-Terre). Per catalogare questi candidati privilegiati, è stato creato un apposito indice di somiglianza alla Terra, chiamato ESI, e 24 di loro hanno ricevuto un punteggio di almeno 0,90 ESI. Il primo della lista risulta essere un pianeta tipo Terra, che in 231 giorni completa la sua orbita intorno alla stella KIC-6210395, dalla quale riceve il 70% dell’energia che noi riceviamo dal Sole. E’ ormai opinione sempre più diffusa tra gli esperti che nella Via Lattea esistano milioni di pianeti simili alla Terra e adatti a ospitare la vita.

 Ai lettori della prima parte dell’articolo non sarà sicuramente sfuggita la sostituzione, nel titolo, del termine Europei con Terrestri. Infatti, anche se i particolari scarseggiano, si registra interesse per gli esopianeti da parte di Giappone, Russia e Cina. Jaxa, la dinamica agenzia spaziale giapponese, ha varato un proprio programma di astrometria chiamato JASMINE, complementare a GAIA, ma operante nell’infrarosso. Una prima missione esplorativa, Small-JASMINE, sarà lanciata nel 2014.

 Anche Roscosmos, l’agenzia spaziale russa, punta sull’astrometria con il programma OSIRIS, che in qualche modo sembra rifarsi al SIM, l’interferometro spaziale cancellato dai programmi della NASA nel 2010. I Russi vorrebbero lanciarlo nel 2018, ma i finanziamenti per le attività spaziali sono discontinui e dopo il naufragio della missione Phobos-Grunt, l’intero programma spaziale russo è in piena crisi.

 I Cinesi hanno cominciato a dimostrare interesse per l’astrometria e la ricerca degli esopianeti solo in tempi recenti. Prevedono di lanciare un osservatorio a raggi X e una sonda da immettere in orbita polare intorno al Sole entro il 2019, e fanno programmi per un telescopio satellitare.

 Nel settore delle missioni minori, l’amichevole competizione tra i due maggiori attori, ESA e NASA, sembra volgere, seppure di poco, a favore degli americani che presentano due missioni già vincitrici di una tranche di finanziamenti, e forse una terza missione. TESS,  complementare a Kepler, usa anch’essa il metodo del transito per individuare gli esopianeti, ma non in una zona circoscritta del cielo, come Kepler, bensì su tutta la sfera celeste, come GAIA. La strumentazione di bordo è in grado, però, di osservare a una distanza non superiore ai 200 anni-luce dal Sole, alla ricerca dei migliori besagli per future esplorazioni. Se riceverà l’intero ammontare dei finanziamenti richiesti nei tempi previsti, TESS potrebbe già essere in orbita nel 2016 per un ciclo operativo di almeno due anni.

 CHEOPS dell’ESA (nella illustrazione qui a sinistra) e FINESSE della NASA costituiscono un netto salto di qualità e di prospettiva non solo nella ricerca generica degli esopianeti, ma nel precisare le caratteristiche fisiche, perfino atmosferiche di esopianeti già noti. Così l’europea CHEOPS indagherà sulla relazione tra la massa e il raggio degli esopianeti catalogati come Super-Terre, e sui meccanismi fisici che regolano il trasferimento dell’energia nell’atmosfera tra l’emisfero diurno e quello notturno. Identificherà i pianeti dotati di una atmosfera significativa, studiando i rapporti che intercorrono tra i parametri e la distanza della stella di riferimento e la massa e l’atmosfera di ciascun pianeta. CHEOPS percorrerà un’orbita a 800 km di altitudine e peserà non più di 200 kg. In virtù del suo peso ridotto, sarà possibile lanciarla scegliendo tra una vasta gamma di missili vettori, tra cui il VEGA. FINESSE, invece, grazie al suo spettrometro all’infrarosso, sarà in grado di rilevare nell’atmosfera del pianeta esaminato, la presenza di molecole molto significative, come acqua, metano, monossido di carbonio, anidride carbonica. Il suo obiettivo sono 200 esopianeti, dal tipo-Giove alle super-Terre. La sonda eseguirà analisi spettrografiche mentre l’esopianeta si trova in punti diversi della sua orbita e tenterà di definire non solo la composizione chimica dell’atmosfera ma anche le sue eventuali variazioni tra giorno e notte.

 CHEOPS e FINESSE (nella illustrazione qui a sinistra), e anche TESS, per ora hanno ricevuto solo i finanziamenti per la prima fase del lungo iter che porta alla rampa di lancio. Se tutto andrà bene, dovrebbero fare il loro ingresso in orbita entro la fine del decennio. Non così per EXCEDE della NASA, che non ha completamente convinto gli esaminatori, e ha ricevuto, invece della tranche completa, un acconto sufficiente solo per concludere le indagini preliminari. La missione consiste nello studio della luce zodiacale, una luminosità diffusa come una specie di banco di nebbia, provocata dalla luce della stella quando si riflette su una tenue ma vasta nuvola di polvere, presente con diversa densità in molti sistemi stellari, tra cui anche il nostro. Lo studio della natura e della distibuzione della polvere può fornire indicazioni molto precise sulla presenza di esopianeti. Allo stesso tempo questo effetto nebbia è una maledizione per gli studiosi americani, che hanno puntato, nella ricerca e la caratterizzazione dei pianeti extrasolari, sull’utilizzo intensivo di tecnologie di direct imaging. EXCEDE sembra essere la missione giusta per affrontare il problema e trovare una soluzione. Inoltre, in caso di tagli al bilancio, per le ricerche sulla luce zodiacale si potrebbe utilizzare il telescopio ZODIAC II, che viene portato ai limiti dell’atmosfera da un pallone, ed è in grado di ottenere risultati utili, sebbene parziali e incompleti, a una frazione del costo del progetto originario.

 Sempre dalla NASA, arrivano altre due proposte dotate di una certa originalità. La prima, denominata BigBENI, si compone di due telescopi da un metro ciascuno trasportati ad alta quota tramite palloni, per sperimentare la tecnica dell’ “interferometro a cancellazione”. Le luci raccolte dai due strumenti vengono elaborate in modo che ogni onda proveniente dall’oggetto osservato venga azzerata da un’altra identica, ma in opposizione di fase. In pratica, se osserviamo una stella molto luminosa, e azzeriamo la sua luce con questo sistema, la debole luce riflessa di un eventuale esopianeta potrebbe allora emergere ed essere studiata.

Il programma OPTIIX punta a dimostrare che è possibile assemblare nello spazio un grande telescopio ottico, usando la ISS come banco di prova e facendo uso di robot telecomandati. Gli elementi del puzzle potrebbero arrivare alla Stazione già nel 2015. Se OPTIIX si rivelasse un successo, farebbe risparmiare parecchi soldi e contribuirebbe a contenere i rischi. (nella illustrazione qui a sinistra i robonaut della Stazione Spaziale Internazionale)

 Concludiamo con un breve accenno alla missione Euclid (ESA), per arrivare alla descrizione dell’effetto microlensing (microlente gravitazionale). Di tutte le missioni delle quali ci siamo occupati in questo articolo, Euclid è l’unica che sia stata già approvata e finanziata, e di cui si conosca sommariamente la data di lancio, ossia il 2020. La sonda sarà equipaggiata per lo studio della materia e dell’energia oscure, uno dei grandi misteri ancora non risolti dell’astronomia moderna. In secondo luogo sarà dotata di apparecchiature per il microlensing, cosicché, al momento del lancio, Euclid potrebbe essere il primo veicolo spaziale a effettuare la ricerca degli esopianeti utilizzando tale metodo. Per una definizione semplice ma accurata del microlensing, lasciamo la parola a Ilaria Carleo dell’Università di Salerno, che nella sua tesi di laurea scrive quanto segue:

 Il metodo del microlensing si basa su un effetto predetto dalla Teoria della Relatività Generale di Einstein: i raggi di luce possono essere deviati da un campo gravitazionale sufficentemente forte. Dunque i raggi provenienti da una stella lontana vengono deviati dal campo gravitazionale di una stella vicina situata lungo la linea di vista dell’osservatore. La stella vicina funge da lente, e la sorgente appare più luminosa. L’allineamento della stella lente lungo la linea di vista rispetto alla sorgente è transitorio, poiché le due stelle sono in moto relativo l’una con l’altra. Ciò significa che le osservazioni di microlensing rilevano un picco nella luminosità quando la lente si muove lungo la linea di vista della sorgente, e un successivo oscuramento mano a mano che la lente si allontana. Se un pianeta orbita intorno alla stella lente, il suo stesso campo gravitazionale può contribuire alla curvatura dei raggi di luce. Ciò produrrà uno stretto picco nella curva di luce della stella lente, che indica proprio la presenza del pianeta. Sfortunatamente, gli eventi di microlensing sono rari, e, in caso di scoperta planetaria, questa non può essere confermata da un’ulteriore osservazione perchè tali eventi sono irripetibili.

ROBERTO FLAIBANI

Lista degli acronimi:

JASMINE (Japan Astrometry Satellite Mission for INfrared Exploration)

TESS (Transiting Exoplanets Survey Satellite)

CHEOPS (CHaracterizing ExOPlanet Satellite)

FINESSE (Fast INfrared Exoplanet Spectroscopic Survey Explorer)

EXCEDE (Exoplanetary Circumstellar Environments and Disk Explorer)

BigBENI (Big Balloon Exoplanet Nulling Interferometer)

OPTIIX (OPtical Testbed and  Integration on ISS eXperiment)

Fonti e ringraziamenti:

I siti ufficiali di ESA e NASA

PHL – Planetary Habitability Laboratory

https://sites.google.com/a/upr.edu/planetary-habitability-laboratory-upra/press-releases/mygoditsfullofplanetstheyshouldhavesentapoet

The Space Review – Future exoplanet missions: NASA and the world (part 2)

http://www.thespacereview.com/article/2170/1

Si ringraziano ESA e NASA per le immagini