Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

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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

ALLA VIA COSI’, YURI !

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Yuri Milner e Stephen Hawking presentano Breakthrough Starshot

L’imprenditore e filantropo russo Yuri Milner nemmeno un anno fa aveva messo in subbuglio la comunità astronomica mondiale offrendo tramite la società Breakthrough Listen (consociata della capogruppo Breakthrough Initiatives), un finanziamento di 100 milioni di dollari perché venisse risolto uno degli interrogativi più profondi e complessi che l’uomo si è posto da quando ha cominciato ad esplorare lo Spazio: “Siamo soli nell’Universo? Se non lo siamo, dove sono gli Altri?”.

Ora, attraverso un’altra consociata, la Breakthrough Starshot, e con un secondo finanziamento di 100 milioni di dollari, Milner si propone di realizzare uno studio completo per l’attuazione di un volo interstellare fino ad Alfa Centauri della durata di 20 anni, che costerà tra i cinque e i dieci miliardi di dollari. L’iniziativa è stata presentata il 12 aprile a New York ed è stata seguita da un animato brainstorming per addetti ai lavori che si è appena concluso a Palo Alto, in California.

 

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Una vela fotonica laser-assistita in assetto di volo

 

Da brillante stratega qual’è, nella nuova Breakthrough Starshot Milner ha voluto personaggi di prim’ordine: nel consiglio di amministrazione ha confermato Stephen Hawking e cooptato Mark Zuckerberg, fondatore e presidente di Facebook, mentre ha dato l’incarico di direttore a Pete Worden, che per questo ha rinunciato a un analogo incarico presso l’Ames Research Center della NASA. Milner si avvale inoltre di un gruppo di consiglieri di chiara fama, tra i quali da Harvard l’astronomo Avi Loeb, dall’Inghilterra l’Astronomo Reale Martin Rees, da Berkeley il Nobel Saul Perlmutter, da Princeton Freeman Dyson, matematico ed esponente di primo piano del SETI, e Ann Druyan, vedova di Carl Sagan e produttrice della serie televisiva “Cosmos, a Spacetime Odissey”.

 

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La batteria laser in procinto di fare fuoco

 

Prima di passare a un primo approfondimento, facciamo un po’ di storia. Si era nei giorni a cavallo tra settembre e ottobre 2011 e a Orlando (Florida) si svolgeva il congresso di formazione del 100YSS, il primo movimento di opinione che si proponeva di realizzare il volo interstellare. Era composto di professori e studenti universitari e da una moltitudine colorata di space-enthusiast mobilitati da dozzine di gruppi e associazioni, in un’atmosfera degna di Woodstock. In realtà la convention era frutto dell’intuizione di alcuni pezzi grossi della NASA e sopratutto della DARPA, l’agenzia per la tecnologia avanzata del Pentagono, che aveva fornito all’operazione copertura finanziaria e mediatica, con una formula tutta americana impensabile nel nostro paese. Non è dunque Milner, bensì sono i militari del Pentagono i primi ad avere intuito la potenzialità di mercato e la capacità di innovazione scientifica e tecnologica che un rinnovato interesse allo spazio in questi termini potrebbe destare. Le iniziative di Milner, e degli altri Paperoni che speriamo ne seguano l’esempio, nonostante le differenze rappresentano il logico sviluppo e coronamento della strategia targata DARPA.

 

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Ricordiamo ai lettori che un’informazione sommaria sui particolari tecnici e organizzativi dell’impresa è già stata trasmessa dai media. Ci limiteremo quindi a elencare i punti caldi, fornendo però un’accurata lista di link per chi vuole approfondire.

La tecnologia di base

Le Nanotecnologie e il loro turbinoso sviluppo, sono alla base della proposta della Breakthrough Starshot. Infatti Alpha Centauri, lontana 4,3 anni luce, non sarà raggiunta da una singola astronave, ma da uno sciame di centinaia di nanosonde spaziali di cui esistono già modelli sperimentali chiamati Sprite, ma qui conosciuti come “Starchip”. Trattandosi di una missione di fly-by senza equipaggio, non sono possibili manovre di rientro: dopo aver raggiunto Alpha Centauri, le nanosonde superstiti si perderanno nello spazio.

 

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Nanotecnologie in azione: un prototipo dello Sprite

 

La navigazione

La tecnica della vela fotonica laser-assistita. Questa tecnica è stata allo studio per molti anni sopratutto ad opera del fisico americano  Robert Forward, ma è stata sempre giudicata irrealizzabile fino alla nascita delle nanotecnologie.

Per muoversi, ogni nanosonda sarà abbinata a una vela fotonica di forma quadrata e di 4 metri per lato, costruita con materiali di nuova concezione  estremamente leggeri e robusti, e, una volta raggiunta l’orbita terrestre verrà accelerata da un impulso laser lanciato dal suolo in direzione di Alfa Centauri fino alla velocità di 60.000 km/sec,  pari al 20% della velocità della luce.

La propulsione

La batteria di laser che farà da propulsore sarà riutilizzabile per varie missioni. Nella sua configurazione principale, quella Starshot, la batteria dovrà essere in grado di emettere almeno una volta al giorno un impulso della potenza di 100 gigawatt e della durata di 2 minuti, e poi ricaricare. Ma si potrebbe usare per spedire sciami di starchip ovunque nel Sistema Solare e verso le stelle più vicine con compiti diversificati. Potrebbe essere utilizzata come arma di Difesa Planetaria , ma purtroppo anche come super-arma in conflitti sulla Terra.

 

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La missione FOCAL

 

Le telecomunicazioni a lungo raggio

Mantenere telecomunicazioni efficienti tra le nanosonde e la base a terra, probabilmente il  Deep Space Network (DSN) della NASA, è indispensabile per il successo della missione. Ma Claudio Maccone, Presidente del Comitato Permanente SETI in seno all’ International Academy of Astronautics di Parigi e autore di profondi studi su questo tema, dice:

Se usiamo il Sole come una lente gravitazionale possiamo mantenere i contatti con le nostre sonde anche a distanze interstellari. Questa è la chiave per esplorare i dintorni del Sistema Solare nei secoli a venire. Anche civiltà aliene potrebbero avere scoperto questo metodo per comunicare a lunga distanza. Se cosi fosse, potremmo entrare a far parte di un vero e proprio Internet interstellare.

Il nostro Sole potrebbe effettivamente rivelarsi il migliore dispositivo possibile per le telecomunicazioni, se la sua gravità potesse essere usata per creare una sorta di radiotelescopio gigante in grado di mandare e ricevere segnali enormemente amplificati. L’astronomo Slava Turyshev del Caltech ha parlato di un “guadagno d’antenna” dell’ordine di 1011 per radiazioni nella gamma ottica. Questa enorme “magnificazione” potrebbe essere sfruttata con radiazioni di qualsiasi lunghezza d’onda, per esempio nella gamma radio. Anzi, si potrebbe creare una rete ancora più potente posizionando delle sonde relais vicino ad altre stelle per formare ponti radio attraverso il grande vuoto interstellare.

Ponti radio “gravitazionali”

Per crearne uno si dovrebbe cominciare piazzando una sonda relais in corrispondenza del fuoco più vicino della lente gravitazionale del Sole, situato alla distanza di 550 Unità Astronomiche (UA) da esso. Quindi all’altro capo del ponte, continuando con l’esempio di Alpha Centauri, deve essere piazzata una seconda sonda relais per potenziare i segnali in entrata e uscita.
Con questi relais in posizione, la percentuale d’errore nelle trasmissioni tra i due capi del ponte crollerebbe da 1 su 2 , a 1 su 2 milioni, pari all’accuratezza raggiunta dal DSN della NASA nell’ambito del Sistema Solare. Sorprendentemente, la potenza di trasmissione richiesta è davvero minima, appena un decimo di milliwatt, come dire svariati ordini di grandezza in meno delle antenne del DSN.
Tuttavia la realizzazione di un sistema radio interstellare basato su lenti gravitazionali darebbe un gran da fare agli ingegneri. Tanto per cominciare, i ripetitori dovrebbero restare precisamente allineati uno rispetto all’altro e ai loro amplificatori stellari anche su distanze estreme, afferma Maccone. Ciò richiederebbe un sistema rivoluzionario di navigazione celeste e orientamento, una sorta di GPS galattico basato sulle pulsar. Ma anche se effettivamente questi ponti radio potrebbero consentirci di tenere i contatti, il limite universale della velocità della luce (e quindi dell’informazione) scoperto da Einstein, implica che il dialogo avrebbe comunque tempi lunghissimi. Data la distanza, una conversazione con una colonia su un ipotetico mondo abitabile (tipo “Avatar”), nel sistema di Alpha Centauri, avrebbe un ciclo domanda–risposta di quasi nove anni.

Attualmente non c’è soluzione al problema del ritardo nelle telecomunicazioni- dice Maccone -Ma la buona notizia è che adesso abbiamo un modo affidabile per comunicare attraverso distanze interstellari.

 

 

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Il Sole a confronto col sistema di Alpha Centauri

 

Concludiamo qui il primo articolo dedicato a Breakthrough Starshot sapendo già che torneremo spesso ad occuparcene.

ROBERTO FLAIBANI

27 aprile 2016 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Difesa Planetaria, missione FOCAL, News, Scienze dello Spazio, SETI, Volo Interstellare | , , , , , , , , , , , , | 2 commenti

eso12 – A caccia di firme biologiche

Questo articolo è l’ultimo di una serie dedicata all’individuazione e allo studio dei pianeti extrasolari, e altri ne seguiranno. La serie ha avuto inizio il 20/7/15 con eso1 – I pianeti extrasolari, imparare le basi. In particolare, oltre al presente, altri due post sono stati dedicati alla spettroscopia del transito, una nuova disciplina che consentirà di stabilire con certezza l’esistenza della vita su altri pianeti tramite l’individuazione di firme biologiche che si sta proprio ora cominciando ad analizzare. I due articoli sono: eso10 – I colori di un mondo che vive e eso11 – I colori della vita extraterrestre. Ambedue possono essere considerati propedeutici al presente articolo. Buona lettura. (RF)

 

 spettroscopia transito JWST firma biologica ossigeno abiotico falso positivo

Immagine: una nuova ricerca del Laboratorio Planetario Virtuale dell’Università di Washington aiuterà gli astronomi a identificare meglio ed escludere i “falsi positivi” nella ricerca della vita. Illustrazione: immagine di un artista di Kepler 62E, a circa 1200 anni luce nella costellazione della Lira. Fonte: NASA

 

Mancano solo due anni al lancio del Telescopio Spaziale James Webb (JWST). Se tutto va bene, il JWST dovrebbe traghettarci nell’era del rilevamento delle firme biologiche, che verrà usato per cercare i segni caratteristici degli organismi viventi nelle atmosfere dei rispettivi mondi. Ma quanto sono sicure queste firme? Una nuova pubblicazione dell’Università di Washington approfondisce il problema dei falsi positivi ed elenca le caratteristiche delle firme che potrebbero fuorviarci.

Un metodo di studio delle firme biologiche è quello della spettroscopia di transito, che usa i dati raccolti dalla luce della stella che attraversa l’atmosfera di un pianeta in transito. Questa tecnica ci consente di analizzare quelle caratteristiche della luce che evidenziano i particolari costituenti dell’atmosfera. Un consistente segnale dell’ossigeno può per forza indicare la presenza di vita? Si penserebbe di sì, perché l’ossigeno nell’atmosfera terrestre, O2, è instabile nel tempo su scala geologica e verrebbe gradualmente consumato dalle reazioni con i gas vulcanici e dall’ossidazione al livello della superficie.

Sul nostro pianeta quindi l’ossigeno necessita di una fonte che lo ricostituisca e che è la fotosintesi di piante e alghe che cercano la luce solare per ottenerne energia. Ma Edward Schwieterman e il suo team pensano che, mentre sulla Terra l’ossigeno abiotico non può raggiungere livelli significativi, può certamente aumentare in altri ambienti planetari. Questo dovrebbe farci riflettere. (1)

Schwieterman, che lavora sotto l’egida del Laboratorio Planetario Virtuale (Virtual Planet Laboratory) dell’università, vede l’ossigeno come un potenziale falsario delle firme biologiche. La creazione abiotica di ossigeno, particolarmente intorno alle stelle di massa piccola che potrebbero essere uno dei primi oggetti di questo tipo di ricerca, può verificarsi quando la luce ultravioletta della stella spezza le molecole di biossido di carbonio, consentendo la formazione di O2 da parte di alcuni atomi di ossigeno. Abbiamo così dell’ossigeno non sostenuto da attività biologica.I modelli al computer di Schwieterman mostrano che questo processo produrrebbe anche trascurabili quantità di monossido di carbonio. Pertanto, la presenza di biossido e monossido di carbonio solleverebbe dubbi sul simultaneo rilevamento di ossigeno nell’atmosfera di un pianeta. I processi abiotici, anziché la vita, potrebbero esserne l’agente. Ciò può essere usato a nostro vantaggio: dato che le firme di CO/CO2 e O di origine abiotica sono più rilevabili con appena 10 transiti rispetto a O2 e O3, il fatto di determinarle con ragionevole certezza può permettere di escludere i pianeti con firme biologiche false per passare invece allo studio di altri pianeti. (2)

L’Osopra menzionato è un secondo tipo di falsario delle firme biologiche, in quanto la luce della stella primaria decompone l’acqua atmosferica sul pianeta roccioso in esame. In questo caso otteniamo grandi quantità di ossigeno dovuto alla fuga dell’idrogeno e possiamo aspettarci di trovare coppie di ossigeno molecolare di breve durata che diventano molecole di O, producendo una firma propria. Come nota Schwieterman, si produce una maggiore percentuale di ossigeno come mai la Terra ha avuto nella propria atmosfera:

 

Certe caratteristiche dell’Osono potenzialmente rilevabili nella spettroscopia di transito e molte altre sono visibili nella luce riflessa. Un segno consistente di O4 potrebbe suggerire che quest’atmosfera ha molto più ossigeno di quanto ne possa essere prodotto biologicamente.

 

Il rilevamento di questo particolare “falsario  delle firme biologiche” è più fattibile per mezzo dell’osservazione diretta, mentre le firme del biossido e del monossido di carbonio sono meglio identificabili tramite la spettroscopia di transito. La ricerca prende in considerazione le simulazioni dello spettro dell’osservazione diretta, in cui l’elevato assorbimento dell’Ofarebbe ipotizzare un’atmosfera a elevato contenuto di ossigeno, molto diverso da quello mai raggiunto dalla Terra.(3)

Schwieterman e il suo gruppo ritengono che i primi pianeti potenzialmente abitabili, di cui studieremo le atmosfere, saranno quelli orbitanti intorno alle stelle nane di classe M. Si tratta del tipo di pianeti con maggiore probabilità di mostrare entrambi i tipi di falsari delle firme biologiche spiegati sopra. Dovremo quindi interpretare potenziali firme biologiche che, senza questi criteri, darebbero adito a confusione. Afferma Schwieterman:

 

La potenziale scoperta della vita al di fuori del Sistema Solare è di tale importanza e foriera di tali conseguenze che dobbiamo essere assolutamente sicuri di aver lavorato bene, di sapere esattamente cosa stiamo cercando e da cosa potremmo essere ingannati quando analizziamo la luce degli esopianeti.

Traduzione e adattamento di FAUSTO MESCOLINI

 

 

FONTI:

La pubblicazione è Schwieterman et al., Identifying Planetary Biosignature Impostors: Spectral Features of CO and O4 Resulting from Abiotic O2/OProduction, Astrophysical Journal Letters Vol. 819, N. 1 (25 febbraio 2016). Riassunto / prestampa. È disponibile anche un comunicato stampa dell’Università di Washington.

Titolo originale: False Positives in the Search for Extraterrestrial Life di Paul Gilster, pubblicato su Centauri Dreams il 2 marzo 2016

NOTE:

1.

In biochimica, sintesi a., la sintesi di composti organici per via chimica, che avviene cioè in assenza di cellule viventi o di loro organuli, N.d.T.

2.

“…nei casi qui esposti, i discriminatori spettrali di O2 e Osono più trascurabili con un’ipotetica osservazione del JWST che con le firme degli stessi O2 e O3. Nello spettro del nostro esempio, né l’O2 né l’Osarebbero direttamente rilevabili con appena 10 transiti, mentre i discriminatori abiotici di CO/CO2 e O4 potrebbero esserlo. Se lo scopo ultimo è quello di definire i pianeti in cui sono ottenibili le firme biologiche, si avrebbe l’opportunità di massimizzare il tempo utile di osservazione. Nel caso in cui gli indicatori spettrali delle firme biologiche false vengano rilevati con ragionevole certezza, piuttosto che approfondire ulteriormente la comunità scientifica potrebbe destinare il tempo restante ad altri obiettivi promettenti.”

3.

“Questo semplice caso di prova dimostra che se le atmosfere a O2 elevato proposte da Luger e Barnes (2015) esistono, la forza di assorbimento della banda dell’Oin tali spettri planetari sarebbe paragonabile o superiore a quella delle bande di O2 monomero. Tali spettri sono qualitativamente differenti dallo spettro della Terra moderna, anche nell’intervallo 0,3-1,0 µm, dato che hanno forma diversa, caratteristiche dell’Opiù ampie e ulteriori caratteristiche provenienti dall’O4. Tutti questi sono segni di un’abbondanza di O2 molto maggiore di quanto abbia mai raggiunto l’atmosfera terrestre, autoregolata da cicli negativi.”

3 aprile 2016 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio, SETI | , , , , , | Lascia un commento

Dentro la Zona di Transito

ETZ Zona di Transito metodo del Transito esopianeta pianeta extra-solare ESA missione PLATO SETI firma biologica

Nell’immagine: Banda stretta – Questa immagine mostra la zona di transito, in cui gli osservatori distanti potevano vedere il passaggio della Terra davanti al Sole. Credito e copyright: Axel Quetz (MPIA) / Axel Mellinger, Central Michigan University.

Considerato quanto è efficiente per il rilevamento degli esopianeti il cosiddetto metodo del transito, possiamo ben immaginare che nuove, importanti scoperte siano previste per il futuro. Non passeranno molti anni prima che diventi effettivamente possibile l’analisi dei componenti dell’atmosfera di mondi molto più piccoli dei giganti gassosi che sono allo studio in questo momento, e ciò renderebbe possibile scoprire eventuali firme biologiche. Come ho già ipotizzato in queste pagine, potrebbe davvero succedere di scoprire la vita su un pianeta di una stella lontana prima che riusciamo a trovarla (se esiste) da qualche parte nel nostro Sistema Solare.

Stiamo osservando mondi attorno ad altri soli con qualcosa dello spirito con cui Carl Sagan e la squadra del Voyager, raggiunte mete più lontane, si guardava indietro e vedeva la Terra come “un pallido puntino azzurro”. È il paragone che René Heller e Ralph E. Pudritz tratteggiano nel loro recente documento a proposito della strategia del SETI. Tranne che qui stiamo parlando di osservatori extraterrestri che tengono d’occhio il nostro pianeta, supponendo che se noi possiamo effettuare questi studi utilizzando la tecnologia attuale, altrettanto potrebbero fare altre specie, certamente una dotata di strumenti più evoluti dei nostri.

 

Una sottile striscia di cielo

Consideriamo quindi quella che i ricercatori chiamano Zona di Transito della Terra (ETZ). È quella regione del cielo da cui un’altra civiltà sarebbe in grado di rilevare la Terra come un pianeta che sta transitando davanti al Sole. I dottori René Heller (del Max Planck Institute for Solar System Reseach di Göttingen – Germania) e Ralph Pudritz (MacMaster University, Ontario – Canada) analizzano questa piccola regione di spazio, una striscia attorno all’eclittica proiettata fuori sulla Galassia. L’intera ETZ ammonta a due millesimi della sfera celeste, che è precisamente il motivo per cui piace agli autori. Heller dice:

Il punto chiave di questa strategia è che confina l’area di ricerca in una parte molto piccola del cielo. Di conseguenza, potrebbe volerci meno della durata di una vita umana per stabilire se ci sono o meno astronomi extraterrestri che abbiano trovato la Terra. Potrebbero aver rilevato la sua atmosfera adatta alla vita e cominciato a cercare un contatto con chiunque la abiti.

Ciò che i ricercatori forniscono è lo sviluppo di idee che risalgono quanto meno agli anni ’80, e che vennero discusse in un documento del 1990 scritto dall’astronoma russa L.N. Filippova, la quale presentò una lista di stelle vicine e prossime all’eclittica che sarebbero state un buon bersaglio per SETI. Anche un poster del 2008, esposto presso l’American Astronomical Society e prodotto da Richard Conn Henry, Steve Kilston e Seth Shostak affrontò la questione nel suo abstract:

…. la miglior speranza di successo nel SETI è l’esplorazione della possibilità che esistano alcune civiltà estremamente antiche ma non dedite alla colonizzazione; civiltà che, eoni fa, rilevarono l’esistenza della Terra (ossigeno, e quindi vita), e della Luna (che contribuiva a stabilizzare la sua rotazione) nel corso del transito davanti al Sole (e quindi l’eclittica, che è stabile da milioni di anni). Civiltà che da allora proiettano quantità voluminose di informazioni nella nostra direzione, nella tenue speranza, ora realizzata, che sarebbe apparsa una civiltà tecnologica in grado di riceverle. Mantenere attiva una tale trasmissione mirata sarebbe estremamente economico per una civiltà avanzata.

Ma Heller e Pudritz non si limitano a comunicazioni intenzionali di questo tipo. Che si tratti di radiazione dispersa o segnali diretti, il loro intento è di presentare una descrizione rigorosa e geometrica della ETZ ad uso del SETI, organizzata in due database, uno comprendente almeno 100.000 stelle, mentre l’altro rappresenterebbe un piccolo sottogruppo di 82 stelle vicine alla nostra che possono essere utilizzate come primi bersagli. Gli autori fanno notare che la missione PLATO , che l’ESA prevede di lanciare nel 2024, userà il metodo del transito per trovare piccoli pianeti attorno a parecchie stelle brillanti, come quelle elencate nella lista Heller-Pudritz. PLATO potrebbe persino rilevare i transiti degli esopianeti i cui ipotetici abitanti sarebbero in grado di vedere la Terra transitare davanti al Sole. Aggiunge Heller:

Questo assetto un po’ pazzo offrirebbe sia a noi che a loro la possibilità di studiare il pianeta degli altri col metodo del transito.

In merito alle dimensioni dell’ETZ, il documento fa notare che il disco galattico ha una larghezza di circa 2000 anni luce nel punto dove si trova il Sole. Il lettore tenga a mente che il Sistema Solare è inclinato di circa 63°, il che ci dà una ETZ il cui percorso attraverso il disco galattico è di circa 3260 anni luce. Heller and Pudritz non considerano le nane rosse (classe M), ma puntano l’obiettivo verso le stelle di classe K e G nane (il sole è un astro di classe G2 – ndt). Il documento descrive la selezione delle 82 stelle ad alta priorità.

ETZ Zona di Transito metodo del Transito esopianeta pianeta extra-solare ESA missione PLATO SETI firma biologica

L’astrofisico René Heller

Grazie all’esclusione di tutte le stelle di classe F, A e B, siamo sicuri di prendere in considerazione solamente astri con una vita lunga abbastanza da poter ospitare pianeti abitabili per miliardi di anni. Un approccio più sofisticato farebbe uso dell’età delle stelle (se nota) per le rimanenti stelle di classe K e G, seguendo l’esempio di Turnbull e Tarter, poiché alcuni di questi bersagli potrebbero essere ancora molto giovani, con poco tempo a disposizione per l’emersione di specie intelligenti. Nonostante questo, la maggior parte di tali stelle dovrebbe essere di età simile al Sole, dato che si trova nelle sue vicinanze all’interno della Via Lattea. L’esclusione di giganti e subgiganti ci lascia infine con 45 stelle di classe K e 37 G nane.

Quello che vediamo nella ETZ è un modo di confinare la ricerca SETI in una regione ad alta priorità che si srotola come un nastro di 0,528° lungo l’eclittica, definendo quel luogo dove gli astronomi extraterrestri sarebbero in grado di vedere i transiti non radenti della Terra davanti al Sole. Heller e Pudritz stimano che il numero totale di stelle di classe K e G nane entro 326 anni luce (1 kiloparsec) all’interno della ETZ sia circa 100.000, con stime che indicano i pianeti di tipo terrestre nella zona di abitabilità delle rispettive stelle in un numero stimabile intorno a 10.000. I ricercatori SETI ottengono quindi un’area di ricerca fortemente circoscritta nella quale focalizzare la loro attenzione, mentre andiamo alla ricerca di qualche segno che gli abitanti dei pianeti che possiamo scoprire potrebbero a loro volta aver scoperto noi.

FONTI:

  • Il documento è: Heller, The Search for Extraterrestrial Intelligence in Earth’s Solar Transit Zone,  Astrobiology Vol. 16, No. 4 (2016). Preprint disponibile.

  • Si veda anche il notiziario edito dal Max Planck Institute for Solar System Research. Se siete interessati a scavare negli anni iniziali della storia del concetto di ETZ, fate riferimento al documento della Filippova menzionato sopra, dal titolo A List of Near Ecliptical Sun like Stars for the Zodiac SETI Program Astronomicheskii. Tsirkulyar 1544:37 (1990).

  • Si veda anche il documento del 1998 della Filippova con V. S. Strelnitskij, dal titolo Ecliptic as an Attractor for SETI Astronomicheskii Tsirkulyar 1531:31.

Titolo originale Into the Transit Zone di Paul Gilster – Pubblicato su Centauri Dreams il 9/3/16

Traduzione ROBERTO FLAIBANI
Editing DONATELLA LEVI

26 marzo 2016 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, Senza categoria, SETI | , , , , , , , | 2 commenti

SETI: sapere dove guardare

KIC8462852 ATA Gregory Dominik Jim Benford

Immagine: l’Allen Telescope Array, usato di recente per un tentativo SETI su KIC8462852.Credit:ATA.

Qual ‘è il posto migliore per andare a cercare in cielo un segnale SETI? Qui affronteremo  questa tematica SETI con particolare riferimento ad un nuovo articolo di René Heller e Ralph E. Pudritz, che sarà protagonista di un nostro post successivo, ma prima vorrei contestualizzare l’argomento. Con il tentativo SETI sulla stella KCI 8462852 abbiamo svolto una campagna di osservazione mirata utilizzando l’Allen Telescope Array (ATA) per vedere se i ricercatori potessero trovare qualche prova di attività insolita associata con quella stella. Come abbiamo visto dal recente lavoro di Jim e Dominic Benford (vedi Power Beaming Parameters & SETI re KIC 8462852), nella breve finestra di osservazione non è stata trovata alcuna evidenza di impulsi di microonde, nonostante la nostra attrezzatura sarebbe stata in grado di rilevarne diverse tipologie.

 L’anomala curva di luce nei dati di Kepler ha fatto di KIC 8462852 un target di alto profilo. Ciò che la ricerca ATA andava cercando era la radiazione ‘di dispersione’, collegata alle attività di una civiltà tecnologica ma non intesa deliberatamente alla comunicazione con altri. Il fatto che non abbiamo trovato nulla non dovrebbe farci arrivare a conclusioni affrettate. Se volessimo indagare a fondo KIC 8462852 sarebbe necessario uno studio più sistematico e su altre frequenze, e dovremmo avere le risorse per farlo a lungo termine.

E per quanto riguarda la questione delle radiazioni disperse? È interessante che si siano registrati segnali una tantum (il segnale Wow! è uno di questi) che potrebbero essere verosimilmente il risultato di un raggio che ci è passato accanto partendo da un sistema remoto. O, almeno, coerente con questo – ci sono i segnali pulsanti e intermittenti che sono stati rilevati, ad esempio, in una ricognizione del centro della Via Lattea svolta nel 1997 (citata più avanti). Abbiamo anche fonti come GCRT J1745-3009, una sorgente radio transitoria a forti impulsi che non corrisponde alle emissioni di stelle a brillamento, pulsar binarie o altro.

Una civiltà che comunica

Il progetto SETI è cominciato in modo sperimentale nel 1960 con il lavoro di Frank Drake a Green Bank, che monitorò le stelle vicine Tau Ceti ed Epsilon Eridani. L’intenzione era di andare alla ricerca di un segnale diretto, un ‘ciao’ proveniente da un altro sistema stellare, e per un breve, indimenticabile momento, Drake pensò di averne trovato uno (il segnale, ora sappiamo, era locale). Data la natura di un tale impulso diretto, questo sarebbe teoricamente un segnale molto più facile da individuare, poiché rimarrebbe fisso su di noi e sarebbe a livelli di potenza tali che, a differenza delle nostre trasmissioni radiofoniche e televisive, sarebbe in grado di sopravvivere al lungo viaggio interstellare.

Da allora la maggior parte delle campagne di ricerca SETI – ce ne sono state più di 100! – ha  guardato a sistemi vicini o in alcuni casi ad ammassi stellari. Tra il 1995 e il 2004 il Progetto Phoenix del SETI Institute ha lavorato in diversi siti e, secondo Heller e Pudritz (entrambi della McMaster University, Ontario) ha monitorato più di 800 stelle distanti fino a 240 anni luce. Abbiamo fatto ricerche mirate del centro della galassia, osservato con attenzione specifiche stelle come Gl 581 e, nel 2015, abbiamo cercato emissioni laser da più di mille oggetti di interesse di Kepler. E non dimentichiamo il progetto SETI@Home, che attinge ai dati di Arecibo.

Ancora una volta non abbiamo trovato segnali diretti o radiazioni disperse, a meno che alcuni dei segnali di cui abbiamo discusso sopra non siano esempi dell’uno o dell’altro – il cosiddetto segnale di Benford – ci passerebbe accanto come un segnale transitorio che non avremmo potuto identificare senza ulteriori osservazioni.

In termini puramente numerici, ci si aspetterebbe che i segnali di dispersione siano i più abbondanti, in quanto sarebbero generati da molte civiltà tecnologiche e non solo da quelle intente a comunicare con noi. In ogni caso, dove puntare lo sguardo appare chiaro, ed è più che logico rivolgersi verso le regioni del cielo con le più alte densità stellari. Se ETI è là fuori, ci si aspetterebbe di rilevare più attività di segnali laddove ci sono più mondi potenzialmente abitabili.

 

Green-Bank-WV-NRAO

Immagine: il più grande radiotelescopio al mondo completamente movimentabile, a Green Bank, Virginia Occidentale. Frank Drake ha fatto partire il SETI sulle osservazioni da Green Bank nel 1960. Credit: NRAO

Verso il centro della Galassia

Di qui la strategia di ricerca che guarda al centro della galassia prospettata da Gregory, Dominic e Jim Benford in un precedente scritto del 2010, Searching for Cost Optimized Interstellar Beacons, che prevede una ricerca nel piano del disco a spirale. Questo perché il 90% delle stelle della galassia si trova entro il 9% del cielo, nel piano e nel centro della galassia. Dall’analisi:

Qualsiasi forma di vita possa vivere in una zona più centrale rispetto alla nostra deve conoscere la simmetria base della spirale. Questo suggerisce che il corridoio naturale di comunicazione sia lungo il raggio della spirale a partire dal centro della galassia o verso di esso, una direzione semplice nota a tutti. (Seguire un raggio è meglio che puntare lungo un braccio a spirale, poiché il braccio curva allontanandosi dal qualsiasi possibilità di visione rettilinea. D’altro canto, lungo i bracci a spirale vicini a noi le stelle hanno approssimativamente l’età della nostra). Questo percorso massimizza il numero di stelle visibili nel raggio d’azione di un telescopio, soprattutto se si punta al cuore della galassia. Così, un faro posto vicino al centro dovrebbe almeno trasmettere verso l’esterno in entrambe le direzioni, mentre le civiltà più periferiche possono risparmiare la metà dei loro costi non trasmettendo verso l’esterno, dove vi sono molte meno probabilità della presenza di società avanzate.

Ma non è ancora tutto, anzi questo è solo l’inizio. Nel 2004 Robert A. Rohde & Richard A. Muller (UC Berkeley) hanno suggerito che la vita marina sulla Terra seguirebbe un ciclo di 62 milioni di anni, un’idea successivamente sviluppata dagli scienziati secondo la quale il movimento del nostro Sole in verticale al di sopra e al di sotto del piano galattico (un’oscillazione di 62 milioni di anni) farebbe sì che il bow shock (onda d’urto) della galassia produrrebbe un flusso supplementare di raggi cosmici quando il Sole raggiunge la sua posizione più estrema a nord del piano galattico. Questo maggiore flusso potrebbe danneggiare la biosfera, e farebbe presumibilmente altrettanto per qualsiasi mondo abitato.

Potremmo, dunque, avere un piano vicino al centro del disco galattico, forse 500 anni luce in profondità, all’interno del quale ci sono maggiori probabilità di trovare vita intelligente. È interessante notare che le fonti transitorie di maggiore potenza riportate da Carl Sagan e Paul Horowitz in un articolo del 1993 si trovano vicine al piano galattico, e l’idea di una oscillazione verticale di circa 500 anni luce entro la quale la vita intelligente è più probabile ci dà un altro modo di concentrare la nostra ricerca su obiettivi possibili.

 

KIC8462852 ATA Gregory Domink Jim Benford

Immagine: La Via Lattea, stelle e polveri, con le regioni più probabili del cielo in cui cercare segnali SETI. Credit e Copyright: Serge Brunier.

Titolo originale – SETI: Knowing Where to Look  – di Paul Gilster, pubblicato su Centauri Dreams il 8/3/16.

Fonti:

  • Benford G., J., D.: Searching for Cost Optimized Interstellar Beacons Astrobiology 10 (2010), 491-498 (abstract / preprint).

  • L’articolo del 1997 a cui si accenna sopra a proposito  dei segnali transitori è di Sullivan et al.: A Galactic Center Search For Extraterrestrial Intelligent Signals –  Astronomical and Biochemical Origins and the Search for Life in the Universe, IAU Colloquium 161, Publisher: Bologna, Italy, p. 65

Traduzione di DONATELLA LEVI

Editing di ROBERTO FLAIBANI 

24 marzo 2016 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Carnevale della Fisica, Planetologia, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI | , , , | Lascia un commento

Inedite riflessioni sulle Onde Gravitazionali

Non  è stato  semplice  trovare qualcosa di non banale da pubblicare sulle onde gravitazionali, dopo che tutta la stampa mondiale se n’era occupata estesamente per giorni e giorni. Noi speriamo di esserci riusciti traducendo questo articolo di Paul Gilster, a  mio avviso uno dei più grandi divulgatori e commentatori scientifici del nostro tempo. Articolo che abbiamo intenzione di arricchire nei giorni successivi con alcune schede tecniche.

Einstein Gernsback astronomia LIGO VIRGO RALPH124C41+

Nella foto sono riprodotte le registrazioni dell’evento che ha generato le onde gravitazionali captate dal LIGO. Come si può vedere i primi due tracciati riportano il tracciato dello stesso evento percepito nei due impianti. La terza registrazione è la sovrapposizione delle prime due.

I letttori noteranno quanto frequentemente nell’articolo è citato Kip Thorne: lo è perché, come Gilster, lo stesso  Thorne è tra quelli che da una vita cercano una nuova scienza che possa condurre un giorno l’Uomo  alle stelle. Fisica “esotica” l’hanno chiamata quelli del 100YSS, il movimento interstellare la cui nascita è stata formalizzata nel 2011, nel corso di uno storico meeting. E un’altra delle idee cardine del movimento interstellare, che accomuna Thorne e Gilster, è il riconoscimento alla fantascienza di ricoprire un ruolo che va oltre quello usuale di mera  predizione di eventi futuri, ma che riguarda la creazione di nuove idee e scenari di carattere scientifico, tecnologico, sociale, filosofico.  Non a caso Thorne è stato il principale consulente scientifico del regista Christopher Nolan sul set di Interstellar, e il motto del blog di Gilster suona come “Immaginare e pianificare l’esplorazione interstellare“. Sarà la scoperta delle onde gravitazionali il primo mattone del nuovo edificio della Fisica “esotica”? Nessuno lo sa. Di certo la previsione, o meglio l’augurio, del 100YSS che aveva fissato tra cento anni la data ultima per ottenere un completo business-plan dellla prima nave interstellare, ora appare meno difficile da realizzare.(RF)

“Einstein sarebbe raggiante

Così ha detto France Córdova, direttrice della National Science Foundation, mentre dava inizio alla conferenza stampa sulla scoperta delle onde gravitazionali. E non potrei non essere d’accordo, dal momento che questa scoperta ci fornisce l’ennesima conferma dell’attendibilità della Relatività Generale. Kip Thorne del Caltech (California Institute of Technology ndr.), che ha parlato di fusione di buchi neri già nel lontano 1994 nel suo libro Buchi Neri e salti temporali. L’eredità di Einstein  ha detto nella stessa conferenza stampa che Einstein doveva essersi sentito frustrato dalla mancanza di tecnologie disponibili in grado di rilevare le onde gravitazionali ipotizzate nella sua teoria, una mancanza colmata dopo un secolo grazie al contributo di LIGO.

Thorne è convinto che se Einstein avesse avuto a disposizione gli strumenti giusti avrebbe fatto egli stesso la rilevazione. Ma naturalmente gli strumenti non c’erano! Comunque sia, quel pensiero ha prodotto una strana risonanza per molti decenni dalla comparsa della Relatività Generale (RG), fatto che mostra quanto essa abbia cambiato la natura della nostra visione dell’universo. Nel 1911, appena quattro anni prima che Einstein pubblicasse la RG, Hugo Gernsback iniziò a parlare di onde gravitazionali. Questi, futuro direttore della prima vera rivista di fantascienza Amazing Stories, pubblicò il suo romanzo Ralph 124C 41+ proprio nel 1911, in una rivista chiamata Modern Electrics.

Ecco come, nel periodo di poco antecedente la pubblicazione della Relatività Generale, Gernsback ha parlato delle onde gravitazionali, mentre l’eroe del romanzo, Ralph, rifletteva sul suo ultimo dispositivo:

Si sapeva che alcune correnti ad alta frequenza originerebbero un’interferenza con le onde gravitazionali, poiché nella prima parte di questo secolo era stato provato che la gravitazione era effettivamente una forma d’onda, come quelle luminose o radio. Quando questa interferenza tra i due tipi di onde, ovvero le gravitazionali e le elettriche, è stata scoperta, si è riscontrato che uno schermo metallico caricato da onde elettriche ad alta frequenza in effetti annullerebbe in una certa misura la gravitazione…

E così via. Gernsback fece del suo meglio (e forse perfino troppo), ma come avrebbero potuto i suoi poteri di previsione far fronte alle onde gravitazionali? Dopo tutto, la sua epoca era abituata a trattare i fenomeni elettromagnetici. La Relatività Generale avrebbe presupposto una radiazione gravitazionale che, come le onde elettriche da lui menzionate, viaggiasse attraverso lo spazio alla velocità della luce. Ma le onde gravitazionali sono esse stesse distorsioni, increspature, nello stesso spazio-tempo. Aver rilevato onde gravitazionali, quindi, significa che abbiamo avuto un’altra prova a favore della Relatività Generale in una sorta di radiazione diversa da qualsiasi altra Gernsback avrebbe potuto immaginare.

Finalmente la scoperta

Come per le fluttuazioni di espansione e contrazione dello spazio-tempo, possiamo pensare alle onde gravitazionali come un movimento di compressione e stiramento dello spazio. L’accelerazione dei corpi dovrebbe produrre queste increspature, ma solo gli eventi più vasti – l’esplosione di una supernova, una coppia di stelle di neutroni in fusione, o addirittura la collisione tra due buchi neri – sarebbero sufficienti a produrre onde che siamo in grado di rilevare. L’esperimento condotto presso il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) è stato finalizzato alla ricerca di queste onde per più di un decennio, con un Advanced LIGO più aggiornato in uso dallo scorso settembre e di gran lunga più sensibile rispetto al suo predecessore.

LIGO è impegnato dal 2002 nella ricerca delle onde gravitazionali e ha coinvolto nel lavoro circa 1000 scienziati. L’apparato laser interferometrico, installato presso gli osservatori di Hanford nello Stato di Washington e Livingston in Louisiana, si basa sul fatto che il passaggio di un’onda gravitazionale dovrebbe modificare lo stesso dispositivo, riducendo o ampliando lo spazio tra i due oggetti.

Un singolo fascio laser viene separato in due fasci gemelli, inviati su percorsi diversi perpendicolari tra loro dentro canali sotto vuoto lunghi quattro chilometri, fatti rimbalzare su specchi lungo il percorso e alla fine fatti ricombinare, di nuovo allineati. Il passaggio di un’onda gravitazionale attraverso l’esperimento dovrebbe essere in grado di variare la distanza dei due percorsi, il che significa che i fasci non sarebbero più in allineamento, in breve non si annullerebbero più a vicenda. Le variazioni risultano essere poco più di una piccola frazione dell’ampiezza di un nucleo atomico, ma si sono dimostrate rilevabili.

Una data da ricordare

Ora sappiamo che le prime onde gravitazionali sono state rilevate il 14 settembre 2015 alle 5:51 ora legale orientale (09:51 secondo l’ ora universale, quella del meridiano di Greenwich) in entrambi i siti LIGO. La fusione di un buco nero di 36 masse solari ed un altro di 29 volte la massa del Sole ha creato evidentemente un buco nero di Kerr (buco nero rotante) di 62 masse solari. Si pensa che le tre masse solari perse siano state convertite in energia e rilasciate sotto forma di onde gravitazionali in una frazione di secondo, con un picco di potenza, secondo questo comunicato stampa della National Science Foundation, circa 50 volte superiore a quello di tutto l’universo visibile. Il rivelatore di Livingston ha registrato l’evento 7 millisecondi prima di Hanford.

I due buchi neri si sono scontrati circa 1,3 miliardi di anni fa, in una zona del cielo che può essere determinata solo in modo impreciso, perché abbiamo solo due siti di rilevamento. Ciò nonostante, Gabriela Gonzalez (della Luisiana State University), una portavoce per la partnership LIGO, è stata in grado di indicare il cielo del sud nella regione della Grande Nube di Magellano. C’è da tenere presente che ci sono altri aiuti in arrivo – l’interferometro italiano VIRGO, che sarà vicino alla sensibilità di rilevazione di LIGO entro la fine dell’anno, i rivelatori in preparazione al Japanese Kamioka Gravitational Wave Detector (Kagra) e un altro rivelatore in via di realizzazione a LIGO- India (che potrebbe essere operativo entro il 2022). È da ricordare, inoltre, il satellite LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna) che, lanciato nel mese di dicembre, ha ormai raggiunto il punto di Lagrange L1 Sole – Terra.

buchi neri Einstein Gernsback

Nell’immagine: simulazione di due buchi neri che si stanno fondendo davanti alla Via Lattea. nel suo insieme. Credit: SXS Collaboration.

Verso una nuova astronomia

In altre parole, stiamo per entrate nell’era dell’astronomia delle onde gravitazionali. A partire da questa rilevazione di LIGO, abbiamo già imparato che esistono i buchi neri binari e che essi possono fondersi. Un metodo verificato per rilevare le onde gravitazionali dovrebbe portarci a comprendere le basi di diversi fenomeni astronomici. È difficile accertare quanto diversi perché, come spesso il paragone con il primo strumento di Galileo ci ricorda, cose inaspettate saltano fuori ogni volta che si comincia a osservare con nuovi strumenti. Le onde gravitazionali ci forniscono un modo di vedere nei primissimi momenti dell’universo. E ci offrono sicuramente la via d’accesso dentro processi violenti quali le fusioni tra buchi neri e tra stelle di neutroni, e le esplosioni delle supernove. Così ci muoviamo al di là delle lunghezze d’onda elettromagnetiche – luce visibile, raggi X, raggi infrarossi – in una nuova era.

Ha detto Kip Thorne alla conferenza stampa:

Alla lunghezza d’onda del visibile siamo in grado di vedere l’universo come un luogo tranquillo, come guardare l’oceano in una giornata di bonaccia. Ma il 14 settembre tutto è cambiato. Ora vediamo un oceano di onde che si infrangono nella violenta tempesta creata dai buchi nel tessuto dello spazio e del tempo.

Thorne ha continuato parlando del tipo di scoperte che saranno possibili con i progressi nell’astronomia delle onde gravitazionali, non solo i buchi neri, le stelle di neutroni e le supernove precedentemente menzionati, ma anche la possibile individuazione di stringhe cosmiche provenienti attraverso le diverse parti del cosmo, create dal processo d’inflazione nei primi momenti dell’universo.

Aggiunge Thorne:

Con questa scoperta noi esseri umani ci stiamo imbarcando in un nuovo viaggio meraviglioso, che si propone di esplorare l’aspetto curvo dell’universo, oggetti e fenomeni generati dallo spazio-tempo curvo. La collisione tra i buchi neri e le onde gravitazionali sono i nostri primi bellissimi esempi. 

La distanza temporale tra il primo racconto di Gernsback e la Relatività Generale di Einstein era di quattro anni. Quella tra la rilevazione delle onde gravitazionali e la RG è stata di un secolo, un arco di tempo in cui i fondamenti della Relatività Generale sono entrati a far parte del tessuto della cultura scientifica di base. È utile, come esperimento mentale, proiettarci di nuovo in quell’epoca pre-RG e riflettere su quanto drammatico debba essere stato il cambiamento concettuale provocato da Einstein.

 

Hugo Gernsback obituary photograph published in November 1967 issue of his Radio-Electronics magazine.


Immagine: Ritratto dell’editore di riviste Hugo Gernsback (1884-1967), di Fabian Bachrach (1917-2010). Credit: Wikimedia Commons

Un  esperimento mentale antico

L’esperimento mentale è un modo per vedere come i preconcetti possono essere ribaltati in modo drammatico, che è il motivo per cui a volte ritorno a vecchie storie fuori moda come Ralph 124C 41+ di Gernsback. Si tratta di un romanzo famoso negli annali della fantascienza, ma di lettura ampollosa. Brian Aldiss una volta lo descrisse come un “racconto di cattivo gusto per analfabeti” e il suo autore considerava evidentemente la sua trama come poco più di un trampolino per il suo vero scopo, la descrizione di meraviglie tec iche futuristiche. Gernsback non era un Einstein, ma poi, chi era costui? Era un inventore, un editore con un’ampia gamma di riviste, i cui contributi alla fantascienza furono così grandi da far intitolare il Premio Hugo annuale a suo nome. Era inoltre famoso per pagare ai suoi autori compensi molto bassi (Howard Phillips Lovecraft lo chiamava ‘Hugo il Ratto’). Pochi appassionati di fantascienza oggi hanno letto Ralph 124C 41+, ma quel gusto degli inizi del XX secolo per le previsioni straordinarie di stampo tecnologico trasse impulso da quel libro, stimolando un genere emergente e vivace.

La fantascienza attuale, con tutti i suoi sottogeneri, prende la Relatività Generale come punto di partenza per il futuro, continuando a impicciarsi di come la teoria potrebbe essere estesa in modo utile sia per la scienza che per la trama. È anche possibile che, entro i prossimi cento anni, attraverso l’astronomia delle onde gravitazionali potremmo trovare qualcosa che è profondamente difforme dal pensiero corrente quanto la Relatività Generale lo è stata ai suoi tempi. Quando abbiamo progredito verso la RG non abbiamo abbandonato la fisica newtoniana, l’abbiamo semplicemente messa in un contesto più ampio. Apri una nuova porta sull’universo e le cose accadono. Possiamo solo chiederci che aspetto avranno la scienza, e la fantascienza, tra un secolo a partire da oggi.

L’articolo di riferimento è “Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger,” Physical Review Letters 116 (11 febbraio 2016) 061102. Si veda anche questo utile riferimento dalla rivista online Physics, dell’American Physical Society: Berti, “Viewpoint: The First Sounds of Merging Black Holes”.

Traduzione di Simonetta Ercoli

Editing di Donatella Levi

 

Titolo originale: “Pondering Gravitational Waves” di Paul Gilster, pubblicaato l’11 febbraio 2016 su Centauri  Dreams

23 febbraio 2016 Posted by | Astrofisica, Fantascienza, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI | , , , , | 2 commenti

Astroingegneria, nuova frontiera del SETI

L’anno scorso il programma New Frontiers in Astronomy & Cosmology, creato dalla John Templeton Foundation per distribuire borse di studio, ne ha assegnate tre con un orientamento che Clément Vidal definirebbe Zen-SETI.

Kardashev( nella foto: Nikolai Kardashev, astronomo russo)

L’idea di cercare tra i dati astronomici già disponibili e fare nuove osservazioni per rilevare possibili segni di una civiltà extraterrestre al lavoro non è nuova, e nell’articolo precedente abbiamo dato un’occhiata al contributo anticipatore di Freeman Dyson. Carl Sagan and Josif Shklovskii fanno anch’essi parte di una discendenza che possiamo estendere all’indietro almeno fino agli inizi del ventesimo secolo.

Questi ultimi riconoscimenti dimostrano una tendenza crescente affinché il SETI allarghi i suoi orizzonti verso nuove direzioni. La squadra di Jason Wright (Pennsylvania State University), alla quale si aggiungono  i colleghi  Steinn Sigurðsson and Matthew Povich, sta per dare inizio ad una ricerca per le Sfere di Dyson che, se osservate in una lontana galassia colonizzata da una civiltà di tipo Kardashev III, dovrebbero mandare un’inequivocabile firma nell’infrarosso. Potremmo rintracciare un dato simile fra quelli ricevuti  dal WISE, il satellite per l’osservazione dell’infrarosso, attualmente operativo in orbita terrestre?

E riguardo a Kepler, quali novità? Lucianne Walkowicz, della Princeton University, ha vinto una delle tre borse di studio in palio nel 2013 per la sua ricerca di indizi di origine tecnologica o almeno artificiale attorno a stelle lontane. Il terzo vincitore è stato il cacciatore di pianeti extrasolari Geoff Marcy (UC-Berkeley), che ha lavorato con Andrew Howard (University of Hawaii) and John Johnson (Caltech) sui dati di Kepler. Quando Clément Vidal scrive del SETI come di un programma dedicato all’osservazione piuttosto che alle comunicazioni (in The Beginning and the End, Springer, 2014), egli dà una forte spinta ai principi che stanno dietro a queste ricerche.

Quello di Vidal è un libro ricco e densamente costruito, ecco perché in questi ultimi giorni ho tentato  di estrarne alcune idee chiave fra quelle più attinenti con ciò che facciamo a Centauri Dreams. I primi capitoli sono dedicati soprattutto a costruire una punto di vista che sia coerente con le ultime tendenze della cosmologia, e Vidal fa congetture non solo sulle teorie del “multiverso”, ma anche su un ruolo per la vita nel cosmo che includa la cosmogenesi, cioè la creazione di nuovi universi. Viene subito in mente Olaf Stapledon, perché l’ambiziosa fuga in avanti di Vidal verso nuovi ambiti intellettuali mi ricorda tanto lo scrittore inglese. Questi si sarebbe sentito a casa con le idee di Vidal di una selezione cosmologica artificiale, che si rifanno, estendendole, a idee proposte originariamente da un altro pensatore profondamente creativo, Lee Smolin.

Maccone

(nella foto Claudio Maccone, Chair of the IAA SETI Permanent Committee, lo scienziato italiano più influente in ambito SETI)

 

I Buchi Neri e il loro uso

Cosa possiamo dire, ad esempio, dei buchi neri in un contesto SETI? Prima di tutto offrono l’opportunità di avvalersi di una delle più potenti lenti gravitazionali esistenti. Claudio Maccone ha scritto a proposito del potenziale dei buchi neri  posizionati nel centro delle galassie simili alla Via Lattea, che vengono circondati da sciami di stazioni d’osservazione allineate con bersagli sparsi in tutto l’universo. Del resto, l’effetto che ha la lente gravitazionale sulle radiazioni elettromagnetiche nei pressi di un buco nero è così intenso che si potrebbe allestire un apposito canale di comunicazione intergalattico su lunghissime distanze (aspettare le risposte sarà tutt’altra faccenda).
Ma i buchi neri offrono ben altro. Nella loro qualità di oggetti più densi tra quelli noti nell’universo, essi possono soddisfare le esigenze di una civiltà di tipo Kardashev III posta di fronte alla continua necessità di sostenere i propri consumi energetici. Vidal esamina la letteratura sull’argomento cominciando da Roger Penrose, che immaginava l’estrazione dell’energia di rotazione di  un buco nero tramite l’iniezione di materia, e proseguendo con altri scienziati che elaborarono i dettagli di come estrarre energia da buchi neri roteanti (la bibliografia è vasta e abbastanza buona). Ma ecco un’altra possibilità: raccogliere energia dalle onde gravitazionali generate dalla collisione fra buchi neri o addirittura manipolare la fusione di alcuni dei più piccoli. In tempi recenti Louis Crane ha studiato i piccoli buchi neri come fonte di energia, perché questi oggetti convertono materia in energia (la radiazione di Hawking) ad alti livelli di efficienza.

Ci sono anche usi computazionali per i buchi neri  che ci spingono fino ai confini dell’informatica con la teoria degli “ipercomputer”, i quali ricorrono ad effetti relativistici per dilatare il tempo in prossimità dei buchi neri. Le idee filosofiche di Vidal a proposito di una selezione cosmologica artificiale partono dall’ipotesi che una civiltà di tipo Kardashev III possa imparare ad usare i buchi neri per creare interi universi nuovi di zecca. Comunque si veda la questione, l’idea che  se ne trae è che, per una varietà di ragioni, i buchi neri dovrebbero essere una sorta di calamita per l’intelligenza. Vidal vuole sapere come si potrebbero presentare le manifestazioni osservabili di questi utilizzi. Si riuscirebbe a rilevarli?

Sorgenti di energia per civiltà avanzate

Ma non dobbiamo limitare la nostra ricerca ai soli buchi neri. Se estrarre energia dal sottile disco di accrescimento attorno a un buco nero rotante potrebbe essere una delle più efficienti fonti di energia che si possa immaginare, possiamo anche cercare simili configurazioni attorno a stelle di neutroni o nane bianche. Ecco quindi una domanda chiave: potrebbe una civiltà imbrigliare l’energia della propria stella a un livello di efficienza che si avvicini alla densità dei buchi neri? L’interessante famiglia dei sistemi binari chiamati “stelle doppie a raggi X”, per via della loro caratteristica emissione elettromagnetica, meriterebbe, secondo Vidal, la nostra attenzione come un possibile segno di un sistema astrofisico artificiale. Ce ne sono altre, inclusa una grande varietà di stelle doppie a contatto dove le stelle scambiano tra loro materia ed energia in modi complicati. Vidal presuppone che queste binarie siano oggetti naturali, ma non vuole escludere la possibilità che almeno in qualcuna di loro potremmo vedere qualcos’altro in azione. E qui vorrei citare direttamente l’autore:

Wise(nell’immagine: il telescopio orbitale WISE)

“L’accrescimento è un processo astrofisico nella formazione dei pianeti e delle galassie che si verifica dovunque, quindi si potrebbe obiettare che tutti i sistemi binari potrebbero semplicemente essere sempre naturali. Ma lasciate che vi presenti un’analogia. La fissione si trova nei processi naturali così come la fusione, che è uno dei processi energetici di base nell’evoluzione stellare. Eppure l’uomo cerca di copiarle entrambe, e sicuramente trarrebbe grande beneficio se potesse averle sempre sotto controllo. Quindi non è perché sia noto che un certo processo possa verificarsi in natura, che il suo uso in un dato caso non possa essere sotto controllo intelligente. In effetti, la questione potrebbe essere ancora più complessa. La formazione di lampi a raggi-X potrebbe essere naturale, ma gli extraterrestri potrebbero assumerne il controllo successivamente, proprio come un fiume che scorre giù da una montagna è una sorgente di energia gravitazionale che gli uomini possono imbrigliare con impianti idroelettrici.“
In altre parole, c’è un’ampia varietà di sistemi stellari binari, in cui troviamo dischi di accrescimento che potrebbero fornire utili fonti di energia a una civiltà avanzata. Vidal ha creato il termine “stellivoro“ per descrivere una civiltà che potrebbe “cibarsi“ delle stelle. Più precisamente:

“Si tratta di una civiltà extraterrestre in grado di usare l’energia stellare (e quindi del tipo Kardashev II), nella configurazione di una binaria lenta, (non-conservative transient) con disco di accrescimento… in cui la primaria densa… sia un pianeta, una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero”.

E infatti Vidal cita il romanzo di Stapledon Star Maker per dimostrare che l’idea di estrarre energia da un sistema binario non è nuova. E un giorno la nostra civiltà potrebbe proprio dirigersi  verso uno scenario ipotetico di questo tipo. Man mano che le nostre tecnologie funzionano secondo scale sempre più piccole e dense e noi avanziamo lungo la progressione di Kardashev, usando così sempre più energia, alla fine ci troveremo in debito di energia anche se dovessimo coprire tutta la superficie terrestre con pannelli solari. Così portiamo la Terra più vicina al Sole (è una nozione di Stapledon) per ottenere più energia, mentre i nostri discendenti si trasformano in esseri postbiologici. Ma abbiamo bisogno di ancor più energia, così gli ingegneri stellari costruiscono un disco di accrescimento attivo dal Sole trasformando quello che era stata la specie umana in una civiltà stellivora. La densità della Terra evoluta ora si avvicina a quella di una nana bianca, e il nuovo sistema binario assomiglia a quello che nei nostri dati vediamo come una variabile cataclismica, un sistema binario con una nana bianca come componente. Vidal:

clement-vidal2(nella foto: Clément Vidal)

“ Se tali sistemi binari sono stellivori, allora dovremmo trovare che le loro versioni primitive estraggono energia da una stella accoppiata ad un pianeta che non è denso se paragonato  a una nana bianca, a una stella di neutroni o a un buco nero. Ciò avverrebbe a un tasso di accrescimento più contenuto, così l’accrescimento planetario è una delle predizioni concrete derivabili dall’ipotesi stellivora (e in effetti di recente sono state scoperte interazioni tra stelle e pianeti).”

L’ipotesi di Vidal dell’esistenza delle stellivore ci lascia intravvedere un’astrofisica delle alte energie da un punto di vista astrobiologico. Solo congetture? Certo, ma Vidal è un filosofo per il quale giocare con le idee è coinvolgente come il fluire delle note in una fuga di Bach. Piuttosto che rivendicare l’esistenza di civiltà stellivore, egli offre dati su un’ampia varietà di sistemi binari e la possibilità di estrarne energia, fornendo previsioni su cosa potremmo vedere se tali civiltà esistessero. Viene presentata un’agenda dell’astrobiologia delle alte energie che propone specifiche ricerche (…..).

Per concludere, l’idea della stellivora è il modo in cui Vidal descrive la nuova direzione del SETI, un esempio concreto di come possiamo studiare dei corpi celesti di cui possediamo i dati cercandovi tracce di ingegneria extraterrestre. Costruire un robusto bagaglio teorico per tali ricerche è il fulcro di The Beginning and The End, i cui principi sono espressi e messi a punto dalle ricerche SETI ancora in corso menzionate all’inizio di questo articolo. Come nel caso del Progetto Ozma dei primi tempi del SETI, noi non possiamo sapere cosa troveremo finché non diamo il via alla ricerca effettiva. Trovare culture del tipo Kardashev II o III, o ciò che ne rimane, ci mostrerebbe quello di cui la vita intelligente è capace, facendo al contempo sorgere la domanda ormai familiare su quanto a lungo una specie tecnologica possa sperare di sopravvivere.

traduzione ed editing di ROBERTO FLAIBANI e DONATELLA LEVI

Titolo originale: A Test Case for Astroengineering di Paul Gilster

pubblicato su Centauri Dreams il 30 ottobre 2014

19 gennaio 2015 Posted by | Astrofisica, Fantascienza, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI | , , | 2 commenti

I presupposti teorici del SETI

ZenSetiLibro Questo articolo fa seguito al precedente  Lo Zen del SETI e porta avanti l’esame dei principi teorici del SETI, che si concluderà tra breve con un terzo post sull’astroingegneria e i buchi neri.(RF)

Se tentassimo di ampliare i confini della ricerca di vita extraterrestre intelligente, come dovremmo procedere? Avere una mente speculativa è essenziale, e una delle gioie della fantascienza è la capacità di muoversi senza porsi dei limiti attraverso uno spazio immaginario, elaborando le possibili conseguenze dei più diversi scenari. Ma occorre stabilire delle priorità, ed è per questo che Freeman Dyson concepì l’idea di cercare esempi cospicui di tecnologie create da intelligenze extraterrestri. Non ci stupisce dunque che il termine “Dysonian SETI” sia usato per descrivere il metodo con il quale tale ricerca può procedere.

La cosiddetta “Sfera di Dyson” ne è un esempio. Immaginiamo una civiltà enormemente più antica e tecnologicamente più avanzata della nostra che decida di ottimizzare la quantità di energia estraibile da una stella. Sebbene la Sfera sia talvolta descritta come una sorta di guscio che circonda completamente una stella, l’idea di Dyson è meglio raffigurabile come uno sciame di ordigni che assorbono dalla stella quanta più energia possibile. Tra le diverse varianti spicca il “ringworld”  immaginato da Larry Niven nel romanzo che porta lo stesso nome. Un’opera di mega-ingegneria come questa emetterebbe una firma astronomica caratteristica. Perfino una stella completamente racchiusa in un guscio potrebbe essere rilevata grazie alle sue emissioni nella gamma dell’infrarosso, ed è qui infatti che in passato sono state condotte le ricerche delle Sfere di Dyson.

Una civiltà potente costruirebbe davvero oggetti simili? È una domanda chiave e, come fece notare Clément Vidal nel suo libro The Beginning and the End (Springer 2014), il documento di Dyson del 1966 sull’argomento partì dal presupposto che un’intelligenza aliena si servirebbe di una tecnologia che noi saremmo in grado di comprendere. L’idea è stata giustamente tacciata di antropocentrismo, e perfino lo stesso Dyson la definì “totalmente irrealistica” . Ma dobbiamo pur fissare un qualche punto di partenza, accettando la prospettiva assai realistica che una civiltà davvero avanzata opererebbe secondo modalità che imitano i processi naturali. Sviluppare criteri basati su ciò che effettivamente comprendiamo ci offre almeno una chiave per studiare cose che vediamo nei nostri dati astronomici e che potrebbero segnalare la presenza di opere di astroingegneria. Siamo limitati dal nostro livello di conoscenza scientifica, ma dobbiamo comunque usarlo.

Come ho detto in passato, il SETI Dysioniano (oppure lo Zen SETI di Vidal), non  è in conflitto con i precedenti metodi di ricerca SETI (radio e ottico).  Cercando nei nostri dati astronomici segni evidenti di tecnologia al lavoro, lo Zen SETI abbandona del tutto l’idea del SETI come tentativo di intercettare comunicazioni intenzionali, cercando invece di identificare anomalie su vasta scala che ci possano mostrare un’altra civiltà in azione. Questa forma di SETI ci permette di dirigere le nostre indagini non solo verso la nostra galassia, ma anche verso qualsiasi oggetto astronomico osservabile con i nostro telescopi. Come detto in precedenza, tutto questo somiglia un po’ all’archeologia, con possibili scoperte che potrebbero essere vecchie di migliaia di anni.

Così, mentre il SETI tradizionale prosegue con la sua ricerca pur sempre valida, nuove forme di SETI allargano lo spazio di ricerca e ci danno modo di interrogarci sulle basi filosofiche dei nostri assunti. Dovremmo, per esempio, dare per scontato che stiamo cercando forme di vita basate sul carbonio e l’acqua? Vidal segnala una definizione della vita del 1980, dovuta a Gerard Feinberg e Robert  Shapiro (in Life Beyond Earth, ed. Morrow), che descrive la vita stessa come una serie di sistemi altamente ordinati di materia ed  energia “caratterizzati da cicli complessi che conservano o aumentano gradualmente l’ordine del sistema attraverso lo scambio di energia con l’ambiente.”

clement-vidal2(nella foto: Clément Vidal)

Commenta Vidal: “Si noti l’estrema genericità di tale definizione. Carbonio, acqua e DNA non sono nemmeno nominati. Ciò che rimane sono scambi energetici che portano a un incremento di ordine. Liberi da presupposti limitanti (come l’acqua e il carbonio), i due autori immaginano esseri che vivono in colate laviche, nel magma terrestre, o sulla superficie di una stella di neutroni, un’idea, quest’ultima, che fu  esplorata non  solo dagli scrittori di fantascienza… ma anche dallo scienziato Frank Drake.”

Il riferimento alla fantascienza allude a Dragon’s Egg di Robert Forward (Ballantine, 1980), un intenso racconto condotto con l’abituale passione dall’autore. Meno conosciuto è l’articolo di Drake, Life on a  Neutron Star, (uscito in Astronomy – vol.1, n.5 –  1973), che si trova ancora sepolto tra pile di vecchie riviste in un armadio qui in ufficio. Lo ricordo volentieri come uno di quegli scritti che ti aprono la mente e ti fanno vedere il mondo in modo differente; ti rendi conto di quanto tu sia un prodotto del tuo stesso ambiente, e allora ti metti a pensare a quanti ambienti ci sono là fuori…

Il campo che si apre alle congetture è vasto. Robert Freitas ha scritto perfino che potrebbero esistere metabolismi di sistemi viventi basati sulle quattro forze fisiche fondamentali, cioè l’interazione nucleare debole, quella forte, l’elettromagnetismo e la gravitazione. Dovremmo anche considerare la possibilità (o la probabilità?) che una civiltà avanzata sia composta in buona parte da esseri postbiologici. Vidal ci ricorda quante generazioni di computer si sono succedute nel corso delle nostre vite, con il computer molecolare tridimensionale come possibile successore degli attuali circuiti integrati. E si chiede come si muoverebbe un ricercatore informatico degli anni ‘40 nel mondo digitale di oggi. Sarebbe in grado di riconoscere e comprendere gran parte della nostra tecnologia?

Vidal aggiunge: “La morale della storia è che nel SETI la materia non ha poi così (tanta ) importanza. Ciò che conta è l’abilità nel manipolare l’energia della materia e l’informazione, non il substrato materiale in sé. La tesi a favore dell’ipotesi postbiologica è alquanto plausibile….. Abbandonare l’ipotesi che gli extraterrestri usino un substrato biologico come carbonio, acqua, molecole del DNA o proteine permette di concentrarci sulla teoria dei sistemi funzionali, che punta a essere indipendente da uno specifico substrato materiale. Ciò rende questa  teoria dei sistemi il campo di ricerca interdisciplinare per eccellenza e anche uno strumento indispensabile in astrobiologia e nel SETI.”

Forse questi estratti danno un’idea di quanto provocatorio sia questo studio densamente scritto, e quanto spesso esso metta in discussione i presupposti della astrobiologia. Vidal ritiene in effetti che un’analisi stringente del SETI  possa contribuire a liberarci da quei presupposti che si applicano solo alla vita terrestre così da tentare di scoprire quali siano le caratteristiche essenziali della vita in quanto tale. Egli è alla ricerca di concetti relativi ai sistemi viventi, e magari anche intelligenti, che possano essere validi anche in ambiti extraterrestri, mentre noi rendiamo i nostri criteri sempre più aderenti allo studio dei dati astronomici anomali.

Freeman_Dyson(nella foto: Freeman Dyson)

Quali tipi di scoperte possiamo sperare di fare qualora esista davvero un qualcosa come un’astroingegneria su scala interstellare? Oltre alle già menzionate Sfere di Dyson , potremmo rilevare vasti scavi minerari nelle cinture di asteroidi di sistemi esoplanetari? E che dire delle stelle anomale, di gran lunga troppo giovani per stare nelle regioni dove le abbiamo trovate, oppure di quelle che mostrano spettri non abituali, possibili indicatori di civiltà che cercano di prolungare il ciclo della fusione dell’idrogeno nel proprio sole? Come ho già detto, i lettori possono vedere un sommario delle recenti idee sull’argomento nel mio articolo intitolato Distant ruins, apparso su Aeon.

Tra breve concluderò la discussione su [questa parte di] The Beginning and the End con l’opinione di Vidal sul possibile candidato per quella che possiamo definire “astrobiologia delle alte energie”, un fenomeno abbastanza interessante da richiamare l’attenzione dei teorici del SETI dysoniano. Vorrei però subito chiarire che il valore di questo libro non è in uno specifico candidato SETI, ma nel contesto molto più vasto che Vidal offre alla ricerca umana di altre civiltà, un contesto che sfida i lettori a mettere in discussione il proprio punto di vista su quale sia il posto degli esseri intelligenti nell’Universo.

 

traduzione ed editing  ROBERTO FLAIBANI

DONATELLA LEVI

FONTI:

Original Title:  “Examining SETI Assumptions” written by Paul Gilster on October 28, 2014 and published on Centauri Dreams. The original Dyson paper covering a broadened search for ETI is “The Search for Extraterrestrial Technology,” in Marshak, R.E. (ed.) Perspectives  in Modern Physics (Wiley, 1966), pp. 641-655.

 

5 gennaio 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Fantascienza, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI, Volo Interstellare | , , , | 2 commenti

Lo Zen del SETI

Il SETI cresce e si diversifica

Già da tempo la così detta Archeologia Interstellare rappresenta, nella ricerca SETI, una valida alternativa al tradizionale metodo di investigazione, basato sul monitoraggio di una ben delimitata finestra spettrale, nella speranza di rintracciare segnali emessi da una civiltà extraterrestre. L’Archeologia Interstellare si occupa invece di cercare le prove dell’esistenza di tali civiltà a distanze extragalattiche e quindi molto indietro nel tempo. Ci siamo già occupati in passato di questo nuovo paradigma di ricerca nell’articolo “Dal SETI archeologico nuove idee e obiettivi “, che consigliamo vivamente a tutti di (ri)leggere.

m51whirlpool(nella foto: M51, la Galasssia Vortice). In estrema sintesi si tratta di questo:  alcuni ricercatori ritengono ragionevole credere che le  civiltà catalogate al secondo livello della scala Kardashev  (completo controllo dell’energia liberata dal loro sole pari a 4*1026 W per stelle del calibro della nostra), nello sforzo di raggiungere il terzo livello (completo controllo dell’energia emessa da tutte le stelle di una intera galassia – tipicamente 4*1037W), potrebbero servirsi estesamente di congegni chiamati “Sfere di Dyson”. Sono una specie di gigantesche conchiglie che vengono costruite tutto intorno alle stelle prescelte e sono in grado di assorbire l’energia da esse prodotta. Le Sfere possono esistere anche in versione ridotta, per esempio composte da un anello soltanto.

Nello svolgere i propri compiti la Sfera di Dyson produce una certa quantità di radiazione infrarossa che si espande nello spazio lasciando dietro di se un vuoto localizzato nella lunghezza d’onda del visibile.  Il fronte d’onda è un luogo geometrico nello spazio che è raggiunto, nello stesso istante, da una perturbazione ondosa generata da una sorgente in un momento ben preciso.  L’emissione nella lunghezza d’onda dell’infrarosso si propagherà nella forma della sfera di Dyson stessa, definita in termini tecnici come “fronte d’onda sferico”. Questo è ciò che  i ricercatori chiamano una “Bolla di Fermi” e ritengono dovrebbe essere bene individuabile a distanze galattiche. (RF)

Lo Zen del SETI

L’attività del SETI è stata spesso paragonata all’archeologia, e a ragione. In ambedue i casi tentiamo di recuperare informazioni su culture del passato. Quando Heinrich Schliemann incappò nel corso dei suoi scavi nei numerosi strati di Troia, e facendolo danneggiò inavvertitamente preziosi reperti di ere successive, lui e la sua squadra stavano esplorando l’età eroica raccontata da Omero. Allo  stesso modo, qualsiasi scoperta effettuata dal SETI ha a che fare con un segnale proveniente dal passato. Quanto questo sia antico dipende da quanto lontana sia la sorgente dell’emissione, poiché tale informazione viaggia alla velocità della luce.

linguaetrusca(nell’immagine: scrittura greca). L’analogia con l’archeologia è lungi dall’essere perfetta, perché sulla Terra abbiamo a che fare con manufatti della nostra stessa specie e lavoriamo spesso con reperti linguistici la cui decifrazione aiuta la nostra comprensione. Risolvere l’enigma dei geroglifici egiziani non è stato facile, ma la Stele di Rosetta, fornendoci lo stesso testo in tre lingue diverse, ci ha permesso di decodificarli. Anche la  scrittura Lineare B, utilizzata dai micenei prima dell’emergere dell’alfabeto greco, può essere considerata come un’espressione del più antico dialetto greco apparentemente presa in prestito dal Lineare A minoico. Ma un segnale SETI sarà un puro messaggio e, in assenza dei numerosi indizi linguistici e culturali su cui contiamo per dare un senso a un linguaggio non decifrato, in che modo potremo accostarci ad esso?

Mentre abbiamo notevoli problemi con alcuni antichi linguaggi – la soluzione di quello Maya ha dovuto attendere che i glifi fossero visti in un contesto fonemico e morfologico completamente nuovo,  mentre l’Etrusco rappresenta tuttora una sfida aperta – tali problemi sono ben poca cosa di fronte a un linguaggio realmente alieno, originario di un altro sistema stellare. Il che mi porta a Clément Vidal, il quale in un suo libro scava con passione nella problematica  SETI, chiedendosi  quale tipo di rilevazione ci aspettiamo di fare. Quello che si potrebbe chiamare SETI “tradizionale” ipotizza in linea di massima che una civiltà lontana cercherà di inviarci dei messaggi, poiché è altamente improbabile che si possa riuscire a captare segnali radio che non siano stati emessi nella nostra direzione.

ZenSetiLibroIl suo libro The Beginning and the End  (L’inizio e la Fine) (Springer 2014) ha come sottotitolo ”Il significato della vita in una prospettiva cosmologica”, e il SETI è solo uno degli aspetti di una discussione che procede in tre direzioni. Ma la sua analisi del SETI a partire da una visione cosmologica del mondo ci aiuta a inserire gli sforzi attuali del SETI in un quadro più vasto. Il presupposto della comunicazione era ed è ragionevole, date le origini del SETI e la scelta voluta di cercare segnali nella porzione più probabile dello spettro, che i primi sostenitori individuavano tra le linee spettrali dell’idrogeno e del radicale idrossile (1420 – 1665 Mhz). La zona prescelta per le comunicazioni era priva di interferenze ed era verosimile che le culture alla ricerca di altri esseri senzienti ne sarebbero attratte. Ma ci sono altri modi per cercare la vita che aggiungono validi strumenti alla nostra ricerca.

Vidal è un filosofo e, come dimostra il suo libro, un eclettico, il quale nel corso della sua discussione affronta ambiti quali l’astrobiologia, la scienza della complessità, la cosmologia e molto altro. Egli analizza quelli che considera i punti deboli dei nostri presupposti, facendone un parte centrale del suo ragionamento. È convinto, infatti, che non abbiamo  bisogno di comunicazioni per fare ricerche SETI, e che non dobbiamo limitare i nostri sforzi alla nostra galassia. Il metodo delle onde radio ci dà la speranza di poter un giorno stabilire una comunicazione bidirezionale con altre specie, preferibilmente le più vicine, ma quella che io spesso chiamo “archeologia interstellare“ (cercare cioè la prova dell’esistenza di esseri intelligenti nei dati, anche in quelli provenienti da altre galassie) dà meno importanza alle comunicazioni, enfatizzando invece la rilevazione di civiltà che potrebbero  essere ben più potenti della nostra.

“Zen Seti” è il nome intrigante che Vidal conia per questo tipo di approccio, il quale è stato sostenuto in tempi recenti soprattutto da Milan Ćirković, pur se analizzato nel corso degli anni da numerosi scienziati come Freeman Dyson, Nikolai Kardashev, James Annis, Richard Carrigan, e gli attuali membri del gruppo della Penn State University: Jason Wright, Matthew Povich e Steinn Sigurðsson. Non ne farò in questa sede un riassunto, mentre si può trovare una discussione sullo stato attuale della ricerca nel mio articolo Distant Ruins apparso su Aeon. Il punto è riconsiderare creativamente le informazioni che potrebbero già esistere trai nostri dati astronomici, e organizzare  nuove ricerche che puntino ad individuare la firma che potrebbe essere lasciata da una civiltà di Tipo II o III secondo la scala di Kardashev.

sfera dyson(nell’immagine: una Sfera di Dyson). Ovviamente lo Zen SETI non pretende di essere l’unico tipo di approccio alla disciplina, e indubbiamente questi metodi andrebbero considerati come complementari alle ricerche in gamma radio e ottica attualmente in corso. Quando Richard Carrigan cominciò a cercare dati in gamma infrarossa raccolti dal satellite IRAS allo scopo di individuare le firme di possibili Sfere di Dyson  (vedi: Toward an Interstellar Archaeology), egli stava ampliando i tentativi di studiare oggetti SETI in luoghi distanti come M51, la cosiddetta Galassia Vortice, riflettendo su come una cultura di Kardashev di tipo III potesse cominciare la trasformazione in massa di stelle in fronti d’onda sferici grazie alla massimizzazione delle proprie risorse energetiche.

Tale ricerca non preclude la possibilità di comunicazioni provenienti da civiltà molto più vicine, ma pone una domanda meditata. Oggi noi stimiamo l’età dell’Universo intorno ai 13,7 miliardi di anni circa, e la nascita della più vecchia stella tipo-Sole intorno ai 12,5 miliardi di anni, come anche dei primi pianeti rocciosi. Date alla vita 5 miliardi di anni per emergere, com’è successo sulla Terra, e avrete la possibilità che i primi esseri intelligenti siano apparsi intorno a 6 miliardi di anni dopo il Big Bang. Poiché si  suppone che la Via Lattea si sia formata tra i 10 e gli 11 miliardi di anni fa, l’intelligenza potrebbe essere apparsa  nella nostra galassia 5 miliardi di anni prima che noi terrestri incominciassimo a puntare le parabole dei nostri radiotelescopi sulle stelle più vicine.

Charles Lineweaver, dell’Australian National University, è il punto di riferimento in questa materia, e i suoi lavori indicano come in altri sistemi stellari i pianeti simili alla Terra siano mediamente 1,8 miliardi di anni più antichi del nostro, con un margine di 0,9 miliardi di anni. Dati i risultati di Lineweaver, non è probabile che qualsiasi civiltà dovessimo scoprire sarà significativamente più avanzata della nostra? Milan Ćirković sostenne quest’idea in un documento del 2006:

elliptical_galaxy_eso(nell’immagine: galaxy cluster Abell S0740). “Applicando l’assunto copernicano alla lettera, ci si aspetterebbe che corrispondentemente le forme  di vita complesse su questi altri mondi siano in media 1,8 miliardi di anni più vecchie. Società intelligenti, quindi, sarebbero più vecchie della nostra in egual misura. In effetti la situazione è perfino peggiore, perché questo è il valore medio, ed è ragionevole presumere che ci sarà, da qualche parte nella galassia, un pianeta abitabile, diciamo di 3 miliardi di anni più antico del nostro. Poiché l’insieme delle società intelligenti sarebbe probabilmente dominato da un piccolo numero fra quelle più antiche e avanzate… è probabile che incontreremo una civiltà ancora più antica di 1,8 miliardi di anni (e magari molto di più).”

Tutto ciò spinge Vidal a considerare che i termini della nostra ricerca SETI devono essere flessibili:

“Non abbiamo bisogno di essere così cauti nelle nostre  speculazioni astrobiologiche, al contrario, dobbiamo spingerle ai limiti estremi se vogliamo intravedere a cosa potrebbero somigliare civiltà così avanzate. Naturalmente ricerche così ambiziose andrebbero bilanciate con conclusioni ben ponderate. Inoltre, considerata la nostra totale ignoranza rispetto a tali civiltà, sarebbe saggio incoraggiare e sostenere una larga varietà di strategie. Rimanere fedeli all’osservazione, al metodo scientifico e alle principali teorie generali rimane il nostro miglior punto di riferimento.”

Paul Davies dice sostanzialmente la stessa cosa, e Vidal ne riporta la seguente citazione: ”L’Universo è un’arena ricca e complessa, in cui i segni di un’intelligenza aliena potrebbero essere sepolti in mezzo a un marasma di dati di origine naturale e potrebbero essere riportati alla luce solo grazie a un ingegnoso lavoro di vagliatura.”
Nei prossimi giorni andremo avanti occupandoci degli assunti del SETI e dove possono essere messi alla prova, usando la raffinata dialettica di Clément Vidal a proposito dello Zen del SETI e delle sue conseguenze sul modo di procedere.

TRADUZIONE DI ROBERTO FLAIBANI E DONATELLA LEVI

FONTI:

  • Titolo originale: “The Zen of SETI” by Paul Gilster, pubblicato su Centauri Dreams il 27 ottobre 2014
  • The MIlan Ćirković’s paper is “Macroengineering in the Galactic Context” (full text).
  • Charles Lineweaver’s study is “An Estimate of the Age Distribution of Terrestrial Planets in the Universe: Quantifying Metallicity as a Selection Effect,” Icarus Vol. 151, No. 2 (2001), pp. 307-313 (full text).

22 dicembre 2014 Posted by | Astrofisica, Fantascienza, News, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI | , , , , , , , | 3 commenti

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