Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

eso13 – Arrivano i giganti…

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

coronogafo telescopio esopianeta pianeta extra-solare spettroscopia

E-ELT – Telescopio Europeo Estremamente Grande

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

DARWIN, TPF e SIM

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

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

E-ELT

Quanto dovremmo essere pessimisti?

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

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

Thirty Meter Telescope

La sfida a terra

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

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

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

Giant Magellan Telescope

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

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

James Webb Space Telescope

Arrivano i giganti

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

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

 

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

JWST

Missioni spaziali realistiche

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

CORONOGRAFO TELESCOPIO ESOPIANETA PIANETA EXTRA-SOLARE SPETTROSCOPIA

Dott. Ignas Snellen

Ulteriori letture

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

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

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

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

 

Traduzione e adattamento di FAUSTO MESCOLINI

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

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

eso 11 – I colori della vita extraterrestre

Un giorno non lontano avremo gli strumenti in grado di esaminare in profondità la luce proveniente da un mondo di tipo terrestre orbitante intorno ad un’altra stella. Questo apre alla possibilità di identificare gas atmosferici come ossigeno, ozono, anidride carbonica e metano. Tutti questi gas possono trovarsi in un ambiente privo di vita, ma se li troviamo presenti contemporaneamente in quantità abbastanza rilevanti, avremo individuato una possibile firma biologica, perché se non c’è un’attività vitale che li ricostituisce, questi gas si ricombinerebbero e ci lascerebbero con un miscuglio atmosferico molto meno interessante.

Ma studiare le atmosfere dei pianeti per trovare le tracce di vita è solo uno dei modi di procedere. Un team interdisciplinare, guidato da Lisa Kaltenegger della Cornell University e Siddharth Hegde (Istituto Max Planck per l’Astronomia), cioè gli stessi protagonisti dell’articolo pubblicato pochi giorni fa, eso10 – I colori di un mondo che vivesta esaminando la presenza della vita con una rilevazione basata sul colore caratteristico delle forme di vita. Un organismo estraneo che copra gran parte del pianeta, per esempio pensiamo alle foreste sulla Terra, rifletterebbe la luce a particolari lunghezze d’onda, luce che potrebbe essere misurata con la spearth_reflectanceettrometria.

Immagine: In questa immagine satellitare composita della NASA, è possibile vedere una componente dominante verde nella luce riflessa del sole, un segno diretto della vita vegetale presente sulla superficie terrestre. Allo stesso modo, se la vita microbica con una particolare pigmentazione coprisse vaste zone di superficie di un pianeta extrasolare, la sua presenza potrebbe in linea di principio essere misurata direttamente grazie alla sua tinta nella luce stellare riflessa osservata attraverso i nostri telescopi. Credit: NASA Earth Observatory.

 La sfida, e quindi l’impegno del lavoro preliminare basato su questi presupposti, è quello di capire quali tracce spettrali i diversi tipi di organismo potrebbero emettere. Lavorando con i colleghi al centro di ricerca Ames della NASA , i ricercatori hanno messo insieme un catalogo tratto da colture di 137 diverse specie di microrganismi, alla ricerca di una vasta gamma di pigmentazioni delle specie presenti in ambienti diversi, come il deserto di Atacama in Cile, l’acqua marina delle Hawaii, un vecchio pezzo di legno trovato in un parco dello Stato del Missouri e le sorgenti di acqua calda del Parco Nazionale di Yellowstone. Concentrandosi sulle specie estremofile (in cui la vita è spinta al suo limite), il team ha potuto fare indagini sulla più ampia gamma possibile di condizioni fisiche e geo-chimiche sulla superficie dei pianeti extrasolari. 

Il metodo, preso in esame in un nuovo saggio su Proceedings of the National Academy of Sciences, consiste nel misurare l’impronta digitale chimica di ogni coltura di microorganismi e pubblicare i risultati in un catalogo on line. Gli spettri di riflessione sono prodotti nella lunghezza d’onda del visibile e nel vicino infrarosso e sono organizzati nella prima banca dati di questo tipo dedicata alle tracce di vita superficiale. Il catalogo era progettato per rispecchiare la più ampia gamma di vita possibile, sapendo che sul nostro pianeta le specie dominanti hanno subito profondi cambiamenti.

Dal documento:

Sebbene ci sia una considerevole conoscenza di base delle proprietà spettrali delle piante terrestri, sono pochissime le informazioni presenti in letteratura riguardo a quelle dei microorganismi. Le piante terrestri sono attualmente molto diffuse sul pianeta e sono facilmente rilevate dalle osservazioni ad alta risoluzione delle sonde spaziali. Comunque, esse occupano solo una piccola nicchia nel parametro ambientale che raggruppa la vita terrestre conosciuta. Inoltre, le piante terrestri si sono diffuse sulla Terra solo circa 460 milioni di anni fa, mentre gran parte della storia della vita è stata dominata dalla vita microbica unicellulare. All’interno degli organismi procarioti ed eucarioti c’è una diversità di pigmentazione di gran lunga maggiore che nelle piante terrestri. Per questa ragione tutte le ipotesi riguardo a una vita extraterrestre basate soltanto sulle piante terrestri finiscono per tralasciare una gran parte della vita conosciuta.”


standard_sans_rightImmagine: Otto dei 137 campioni di microrganismi utilizzati per misurare le firme biologiche per il catalogo. In ogni pannello, la parte superiore è una fotografia standard del campione e la parte inferiore è una microfotografia, una versione ingrandita a 400x dell’immagine superiore. Gli scienziati miravano a raggiungere una diversità di colori e pigmentazione. Da in alto a sinistra a in basso a destra: specie sconosciute del genere Bacillus (deserto di Sonora, AZ, USA); specie sconosciuta di genere Arthrobacter (Deserto di Atacama, Cile); Protothecoides Chlorella (linfa di un pioppo bianco danneggiato); specie sconosciuta di genere Ectothiorhodospira (Big Soda Lake, NV, USA); specie sconosciuta di genere Anabaena (con proteina fluorescente verde, d’acqua dolce stagnante); specie sconosciuta di genere Phormidium (Kamori Canale, Palau); Porphyridium purpureum (legno vecchio presso una sorgente salata, Boone’s Lick State Park, MO, USA); Dermocarpa violacea (deflusso di acquario, La Jolla, CA, USA). Credit: Hegde et al. / MPIA.

Gli organismi unicellulari che hanno dominato la storia della Terra hanno prosperato per 3.5 miliardi di anni e forse più, dimostrando ripetutamente di poter essere trovati nelle condizioni più estreme , dall’interno dei reattori nucleari (Chernobyl) ai deserti e alle regioni polari. La loro particolare pigmentazione dipenderà dalle condizioni ambientali locali e così la loro futura scoperta grazie ai telescopi spaziali ci dirà qualcosa riguardo al pianeta che essi abitano. L’indice di riflessione da parte delle forme di vita superficiali gioca anche un ruolo importante nei modelli per gli esopianeti che possono essere usati per studiare i processi chimici delle loro atmosfere.

Il presente comunicato stampa dell’MPIA riassume i metodi del team per la misura delle biotracciature, compito svolto da Hegde lavorando con Lynn Rothschild e altri ricercatori dell’Ames della NASA :

Hegde, [Ivan] Paulino-Lima e [Ryan] Kent hanno misurato le firme biologiche dei campioni presso il Centro di Tecnologie Spaziali e Telerilevamento (CSTARS) presso l’Università della California, Davis. Hanno adoperato una struttura chiamata sfera di integrazione, cava e rivestita internamente di un materiale riflettente. Questa conteneva un foro per la sorgente luminosa, il campione del microorganismo, e un rilevatore per misurare l’impronta digitale della luce riflessa dal campione. L’effetto della forma sferica è il seguente: quando la luce attraversa il foro e si riflette sul campione, si distribuisce in modo uniforme in tutte le direzioni. Pertanto il rilevatore può essere posizionato in qualsiasi punto della sfera, contro qualsiasi parte della parete, e ancora misura la stessa media (“integrata”) di impronta. Questo è importante perché in un futuro prevedibile i telescopi saranno solo in grado di misurare la luce riflessa da un esopianeta che è stato valutata in media (“integrata”) su tutta la parte visibile della superficie del pianeta.” Lisa Kaltenegger, che dirige l’Institute for Pale Blue Dot della Cornell University, all’ampia gamma di possibilità di vita, inclusi gli organismi estremofili, che si trova nel database, dicendo che “… ci dà il primo assaggio di ciò che i diversi mondi là fuori potrebbero sembrare … Sulla Terra questi sono solo ambienti di nicchia, ma in altri mondi queste forme di vita potrebbero anche avere un ruolo dominante, e ora abbiamo un database per sapere come possiamo individuarlo”. La banca dati, che è aperta per il libero uso dei ricercatori di tutto il mondo, si trova presso l’Istituto. Ulteriori aggiunte al database sono attese in futuro, man mano che nuovi campioni saranno disponibili per catalogare spettri di indice di riflessione microbica.

traduzione di SIMONETTA ERCOLI

editing di DONATELLA LEVI

Further additions to the database are expected in the future as more samples become available to catalog microbial reflectance spectra. The paper is Hegde et al., Surface biosignatures of exo-Earths: Remote detection of extraterrestrial life,” in Proceedings of the National Academy of Sciences, published online before print March 16, 2015 (abstract available). The catalog is Surface biosignatures of exo-Earths, now available online.Original title of this postThe Colors of Extraterrestrial Life by Paul Gilster, published on March 17, 2015 on “Centauri Dreams”.

9 dicembre 2015 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , | 4 commenti

eso10 – I colori di un mondo che vive

Questo articolo è stato pubblicato da Centauri Dreams il 5 ottobre 2012. Tre anni non son pochi in un settore in tumultuoso sviluppo come quello degli esopianeti, e abbiamo dovuto riscrivere completamente il primo capoverso per evitare che l’articolo risultasse obsoleto. In un successivo post, che apparirà tra breve, incontreremo di nuovo i protagonisti di ieri e potremo apprezzare gli sviluppi del loro lavoro. (RF)

32549Gliese 581d sembrava sempre più essere considerato un pianeta della zona abitabile, come Siddharth Hegde  (studente per il dottorato in Astronomia all’Istituto Max Planck) e Lisa Kaltenegger (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e direttore del Carl Sagan Institute) avevano spiegato in un nuovo saggio. Essi stavano concentrando la loro attenzione su come caratterizzare un pianeta extrasolare roccioso e puntavano su HD 85512b e Gliese 667Cc nonché su Gl581d come esempi, ma ipotizzavano anche che avremmo rilevato sempre più mondi nella zona abitabile man mano che il telescopio spaziale Kepler continuava il suo lavoro. Ma Kepler, ancor oggi il più famoso cercatore di esopianeti, per un guasto a un giroscopio avvenuto nel 2013, si trova ora impossibilitato a continuare la sua missione come era stata originariamente concepita.

Nella foto: Siddharth Hegde

In assenza di missioni quali Terrestrial Planet Finder della NASA o Darwin dell’ESA, che ci permetterebbero di analizzare l’atmosfera di un esopianeta con i biomarcatori, cos’altro possiamo fare per trovare i luoghi dove esiste la vita? Hegde e Kaltenegger concentrano la loro attenzione sul colore di un pianeta per trovare la risposta. Più precisamente sono interessati a ciò che è conosciuto come diagramma colore-colore, che sfrutta il fatto che un oggetto può essere osservato a diverse lunghezze d’onda, con una magnitudine diversa che si evidenzia in ciascuna banda osservata. ‘Colore’, in questo senso, si riferisce alla differenza di luminosità tra le diverse bande, facilmente tracciata su un diagramma colore-colore.

Lisa KlateneggerAnalizzare un esopianeta nella lunghezza d’onda del visibile in un diagramma colore-colore può rivelare qualche proprietà fisica di base del pianeta, supponendo che la copertura di nuvole non crei problemi. Il nuovo documento pone l’attenzione sui tipi di ambiente della Terra che possono dare supporto a forme estreme di vita e considera come potremmo identificare ambienti equivalenti su un esopianeta. Piccoli cambiamenti di temperatura, pH o altri fattori fisici o geochimici… possono far sì che questo tipo di ambienti siano dominanti in un esopianeta potenzialmente abitabile, fattore che potrebbe guidare l’evoluzione della vita. Questi vari ambienti “estremi” sulla superficie della Terra hanno albedo caratteristiche nella banda del visibile (0.4 µm – 0.9 µm) che potrebbero essere distinguibili da remoto. Pertanto, noi studiamo le impronte dei colori che si ottengono dagli ambienti superficiali abitati dalle specie estremofile così come mettiamo alla prova il nostro metodo utilizzando gli spettri di riflessione misurati per gli estremofili.

nella foto: Lisa Kaltenegger

Naturalmente, rilevare caratteristiche di superficie in uno spettro di riflessione non equivale di per sé a rilevare la vita e gli autori sono pronti a sottolineare che il loro metodo è una diagnosi che deve essere utilizzata in combinazione con uno studio dell’atmosfera dei pianeti extrasolari. Ma il documento è un interessante tentativo di mettere in parallelo le caratteristiche note degli ambienti abitati da estremofili con l’astronomia osservativa, riconoscendo che quando arriveremo al punto in cui potremo studiare i mondi rocciosi lontani attraverso immagini reali, lavoreremo a bassissima risoluzione, ai limiti dei nostri strumenti.

Tuttavia, c’è molto che possiamo fare per distinguere la percentuale di superficie coperta da acqua o vegetazione o deserto, un metodo che dovrebbe permetterci di dare la priorità ai pianeti extrasolari più adatti per la spettroscopia in follow-up. Il metodo si basa su studi precedenti del bordo rosso della vegetazione provocato dall’assorbimento nel vicino infrarosso dello spettro durante la fotosintesi, ma espande quel lavoro fino a prendere in considerazione diverse forme di vita che possono vivere sopra o sotto la superficie. Le Piezophilae, per esempio, prosperano sottoposte all’estrema pressione oceanica, mentre le Halophilae crescono in alte concentrazioni di sale.

spettro1Anche se alcuni organismi estremofili – licheni, colonie batteriche e alghe rosse – possono essere rilevati con misurazioni dirette dell’albedo, non avremmo modo di rilevare direttamente molte specie estremofile in uno spettro di riflessione. Possiamo fare un lavoro comunque utile: l’idea è quella di identificare il tipo di caratteristiche di superficie che sarebbero comuni negli ambienti che permettono al loro interno la vita ad organismi estremofili. E la gamma di superfici caratteristiche che possono essere rilevate da questi metodi è ampia: si va da acqua, neve e sale a sabbia, alghe rosse e alberi.

Ci sono moltissime componenti imprevedibili, tra cui il tipo di stella intorno a cui orbita il pianeta, che potrebbero avere un profondo effetto sull’impronta della vegetazione. Man mano che rileviamo pianeti rocciosi intorno a diverse classi di stelle, dovremo di conseguenza modificare i nostri metodi. Dall’articolo:

… L’impronta della clorofilla dei pianeti intorno a stelle calde, potrebbe avere un “bordo blu” per riflettere una parte della radiazione ad alta energia per impedire il surriscaldamento delle foglie… L’impronta della clorofilla dei pianeti in orbita attorno a stelle più fredde potrebbe apparire nera a causa dell’assorbimento totale di tutta l’energia nella banda del visibile tale per cui le piante ottengono tutta la luce possibile per il metabolismo fotosintetico … Pertanto, le posizioni di alberi, colonie microbiche e licheni [sul diagramma mostrato nell’articolo] sono valide solo per un pianeta simile alla Terra che orbiti intorno ad una stella simile al Sole e dovrebbero essere prese come elementi indicativi. L’albedo della vegetazione e degli organismi produttori di clorofilla in presenza stelle non simili al Sole richiede ulteriori studi.”

spettroIl documento di Hegde e Kaltenegger ci indica il primo tipo di lavoro che saremo in grado di eseguire su un pianeta extrasolare nella zona abitabile, una volta che saremo stati in grado di acquisire una sua immagine diretta. Lavorando con organismi estremofili, i ricercatori stabiliscono i limiti ambientali per la vita sul nostro stesso pianeta, base utile per i nostri primi esami in altri mondi di tipo terrestre. La fotometria di base nel visibile usata qui può fornire un primo passo per sondare questi pianeti identificandone i colori caratteristici, collegandoli a nicchie ambientali che permettono la vita. Dovremmo poi attendere che vengano lanciati nello spazio gli strumenti necessari per analizzare le atmosfere di obiettivi di alto valore.

ATTENZIONE: NOTIZIE DELL’ULTIMO MINUTO

Lettera aperta a Facebook

Avviso agli amministratori dei  Gruppi FB

 

Titolo originale: “Colors of a living world” by Paul Gilster, pubblicato il 5 ottobre 2012 su Centauri Dreams. Abbiamo consultato inoltre il documento denominato “Colors of Extreme ExoEarth Environments” in Astrobiology (preprint).

Traduzione di SIMONETTA ERCOLI

Editing DONATELLA LEVI

23 novembre 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Planetologia, Scienze dello Spazio, Senza categoria | , , | 4 commenti

eso7. attribuire un nome

eso7 VenetiaC’era una volta …

Venetia Burney, una ragazzina di 11 anni, viveva a Oxford, nella casa del nonno Madan Falconer, ex-direttore della prestigiosa Bodleian Library. Quel giorno, il 14 marzo 1930, durante la prima colazione, Venetia stava raccontando ai commensali cosa aveva imparato nel corso della passeggiata virtuale attraverso il Sistema Solare organizzata dalla sua maestra nel parco dell’università il giorno prima. Ma il vocione del nonno interruppe le parole di Venetia: “Proprio a fagiolo!”, esclamò il vegliardo, dispiegando sul tavolo una copia del Times fresca di stampa, dove si annunciava la scoperta del nono pianeta del Sistema Solare e la necessità di attribuirgli un nome. Venetia, appassionata di mitologia greco-romana, colse l’attimo e disse forte e chiaro: “Perché non lo chiamano Plutone? Il dio degli Inferi vive nell’oscurità e indossa un elmo che lo rende invisibile: ciò spiegherebbe il fatto che ci son voluti 84 anni per scoprirlo”. Al colmo dell’entusiasmo nonno Madan si precipitò dal suo buon amico Herbert Turner, ex Astronomo Reale, per mettere in moto la procedura che il primo maggio successivo impose il nome Plutone al nuovo pianeta.

eso7 - zombi planet

Migliaia di candidati

Quasi un secolo dopo quegli avvenimenti, la comunità scientifica è in subbuglio di fronte a un problema analogo, ma di dimensioni molto maggiori: dare un nome alle migliaia di esopianeti che sono stati scoperti negli ultimi 20 anni, stabilendo regole chiare e univoche. Il primo passo è stata la conferma dell’Unione Astronomica Internazionale (IAU) come unico organismo in grado di gestire tale operazione. L’IAU, una ONG costituita da un grande numero di astronomi professionisti, ha quindi annunciato la creazione del concorso NameExoWorlds, da tenersi entro la fine di ottrobre 2015, dove, dopo aver vagliato un gruppo di 305 tra stelle ed esopianeti scoperti prima del 31 dicembe 2008, a 15 stelle e 32 esopianeti verrà assegnato un nome che figurerà accanto alle loro designazioni alfanumeriche nel catalogo ufficiale. Il nuovo regolamento prevede che le associazioni e i club di astrofili, debitamente registrati, si occupino di proporre rose di nomi candidati, e che l’accesso al voto sia consentito a chiunque, una volta installati opportuni algoritmi che impediscano, dallo stesso computer, di inoltrare più di un voto per ogni corpo celeste candidato. Sarà solo l’inizio, perché la lista d’attesa è già pronta e conta, per il momento, oltre 2000 candidati, solo tra gli esopianeti, che saranno presi in considerazione nei prossimi concorsi.

eso7 Epsilon_Eridani_bTutti hanno diritto al voto

Sempre che tutto vada bene. Infatti la temperatura tra IAU e Uwingu, una società che offre servizi di denominazione, nella fattispecie nomi per gli esopianeti e i crateri di Marte, stava arrivando al calor bianco. La querelle era esplosa nel 2006, nel bel mezzo della tempesta scoppiata per la retrocessione di Plutone a pianeta nano, ad opera dell’IAU. La decisione era stata contestata, con varie motivazioni, da un gruppo eterogeneo di space enthusiasts e di ricercatori, tra i quali anche Alan Stern, Principal Investigator della missione New Horizons. La contestazione si era estesa in un lampo a tutta l’attività della IAU, puntando principalmente sulla durezza del regolamento delle denominazioni, considerato troppo restrittivo. La Uwingu, da parte sua, non scherzava: chiedeva 9,99 dollari per proporre un nome e 1000 voti da 0,99 dollari ciascuno per rendere quel nome eleggibile. In cambio dava un artistico certificato e nient’altro, e certamente non il riconoscimento della IAU. Alan Stern, circonfuso di gloria e all’apice della carriera dopo il flyby di Plutone, saprà condurre la sua Uwingu a un ragionevole compromesso con la IAU? Affari loro, intanto New Horizons fila veloce sempre più addentro alla Cintura di Kuiper, in cerca di nuove scoperte e nuovi corpi celesti a cui attribuire un nome.

Noi space enthusiasts non perderemo certo questa occasione per votare, sperando che sia la prima di molte altre.

di ROBERTO FLAIBANI  

 editing STEPHEN P. BIANCHINI

Le illustrazioni: (dall’alto verso il basso): Venetia Burney, Fomalhaut b (zombie planet), Epsilon Eridani b

FONTI:

  • To Play or not to Play The Exoplanet Name Game?”, by Lee Billings

    pubblicato da Scientific American il 14 agosto 2015

  • The Hunt for Planet X” by Govert Schilling

    Springer – 2007

Credits: NASA, JPL, CalTech, ESA, Hubble, Springer, G. Schilling

10 settembre 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, News, Scienze dello Spazio | , , , , , | Lascia un commento

eso6. Esopianeti, una sfilata di stranezze spaziali

Prima di tutto facciamo un aggiornamento del numero dei pianeti extra-solari individuati, che tende a cambiare nel tempo, grazie a nuove scoperte, osservazioni, e così via. Al 9 aprile 2015, risultavano localizzati oltre 1900 pianeti extra-solari. Le ultime statistiche davano 1953 pianeti in 1210 sistemi. Di questi, 480 sono sistemi planetari multipli come il nostro. Se avete voglia di stare al passo con loro, mettete un segnalibro alla pagina exoplanet.eu/catalog, che si può consultare anche per categoria o utilizzando le caratteristiche planetarie. Dopo aver navigato nel database utilizzando le più importanti chiavi di lettura (vedi eso1-5) in questo articolo presenteremo alcuni corpi celesti decisamente bizzarri.

Strani corpi celesti

Avevo menzionato il pianeta di diamante nell’articolo precedente come valida introduzione a questa galleria. Ora che solo caratteristiche non comuni sono state incluse nell’articolo di oggi, il posto in galleria è confermato. Inoltre ho trovato un breve video su questo pianeta eccezionale, che includo qui.

La faccenda si fa tanto più pazza quanto più si consulta il database per valori anomali. Prendiamo per esempio il già noto HAT-P-1, che altri non è se non Il Pianeta Vaporoso, per ottimi motivi. La sua massa è pari a metà di quella di Giove, ma è 1,76 volte più grande, più ancora di quanto previsto dalla nostra attuale teoria sulla formazione dei pianeti.

Pianeti inclinati e altre bizzarrie

Altrettanto intrigante è anche la varietà dei cosidetti pianeti “inclinati”. Inclinati cioè non solo rispetto ai loro assi, come Urano, ma anche rispetto all’equatore della loro stella di riferimento, come XO-3b, la cui inclinazione è di circa 37 gradi. Qualcosa di così insolito è stato fino ad oggi rilevato solo con Plutone, ritenuto dai ricercatori non più un pianeta, lo sappiamo, ma la missione New Horizons potrebbe cambiare anche questo. Sono state formulate delle teorie per spiegare come questo sia accaduto, date un’occhiata qui per maggiori informazioni.

Un’altra stranezza è quando un pianeta ruota così vicino alla sua stella d’origine che il suo moto orbitale – un anno terrestre in paragone – è più rapido di un giorno sulla Terra. Impossibile? Figuriamoci. Distante solo 3.400.000 km. dal suo sole, un anno su SWEEPS-10 dura 10 ore. E questo pianeta non è un caso isolato, anzi appartiene ad una categoria di mondi nota come “zippy planets”, o se volete “ultra short period planets” (USPPs) tutti con periodo orbitale pari a meno di un giorno terrestre.

I pianeti “tipo Star Wars”, luoghi di fantasia descritti nei film e nei racconti di fantascienza, e fino ad oggi ritenuti tali, cioè pura fantascienza, sono stati anch’essi trovati, e non solo pianeti parte di sistemi doppi o tripli o perfino multipli (per adesso il massimo che abbiamo trovato è uno stupefacente sistema quadruplo); sembra che esistano anche mondi la cui superficie è completamente ricoperta d’acqua, come GJ1214b, un pianeta tre volte la Terra, dotato di atmosfera (dato confermato).

 

 

eso6 planet-eaten-away

Il caso del pianeta divorato

E che dire di un mondo in bilico sul bordo di un tragico epilogo? L’attrazione gravitazionale del suo sole sarebbe infine capace di inghiottirlo. E’ il caso di WASP-18, che i ricercatori tengono attualmente sotto stretto controllo per rilevare qualsiasi cambiamento nei dati orbitali che confermi, o smentisca, il suo destino. Anche peggio il fato annunciato per WASP-12b, sulla strada di essere letteralmente “divorato” sotto i nostri occhi. Conosciuto anche per essere il più caldo pianeta della Via Lattea, questo sfortunato corpo celeste è in procinto di essere spogliato della sua materia, come lo Spettrografo delle Origini Cosmiche (COS), strumento con cui è equipaggiato il telescopio spaziale Hubble, ha recentemente rivelato. Come è spiegato sul sito della NASA, la sua storia è affascinante: “Il pianeta è così vicino alla sua stella (simile al sole) che viene surriscaldato fino a temperature altissime, e praticamente “sdraiato” sulla sua orbita fino ad assumere la forma di una palla da rugby, a causa delle enormi forze di marea a cui è soggetto. L’atmosfera è aumentata a dismisura fino a 3 volte il raggio di Giove, e sta facendo fuoriuscire materiale in direzione della stella. Il pianeta è del 40% più grande di Giove. Questo effetto di scambio di materia tra due corpi celesti di natura stellare si vede comunemente nei sistemi binari, specie quelli ravvicinati, ma è la prima volta che il fenomeno è stato osservato così chiaramente per un pianeta. Si vede una grande nube di materiale intorno al pianeta, che sta tentando di allontanarsi, ma sarà invece catturata dalla stella. Abbiamo anche identificato elementi chimici mai visti prima su pianeti extra-solari”. In base alle valutazioni della NASA, WASP-12b esisterà ancora per altri 10 milioni di anni, più che abbastanza per qualche bella foto.

 

di  STEPHEN P. BIANCHINI

traduzione ed editing di ROBERTO FLAIBANI e DONATELLA LEVI

Pubblicato per la prima volta da The Earthian Hivemind il 16 aprile 2015

Titolo originale: Exoplanet series – strange creatures

Credits: NASA, JPL, CalTech, ESA, Hubble

31 agosto 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Scienze dello Spazio | , , | Lascia un commento

eso5. Massa e dimensioni planetarie influiscono nell’ospitare la vita

Grazie a Stephen Bianchini, autore del presente articolo, dei precedenti quattro e dei prossimi tre (otto in tutto) avremo coperto, anche se un po’ sommariamente, un settore importantissimo, quello sui pianeti extrasolari. Dopo aver esaminato quattro importanti caratteristiche utili per classificare gli esopianeti, e cioè abitabilità, età, distanza e temperatura, questo articolo è dedicato alla massa e alle dimensioni. (RF)

eso5-a_moon-size_line_up1Nell’aprile 2014, la scoperta di un pianeta di dimensioni paragonabili alla Terra nella zona di abitabilità della sua stella ha provocato un sacco di entusiasmo nella comunità scientifica. Per ottimi motivi: oltre a trovarsi nella zona abitabile, con tutte le conseguenze del caso, la dimensione è l’altra variabile che viene subito a mente quando si pensa a un pianeta che potrebbe ospitare la vita. Una massa scarsa provoca una insufficiente attrazione gravitazionale, e quindi niente atmosfera. Se capitasse il contrario, probabilmente registreremmo l’accumulo di grosse quantità di idrogeno ed elio, come nei giganti gassosi Giove e Saturno, cioè un ambiente non proprio accogliente per la vita come noi la conosciamo. Ma i pianeti di dimensioni simili alla Terra, sebbene siano risultati più numerosi di quanto ci si aspettasse, sono in realtà solo una frazione di quanti ne esistono realmente, mentre alcuni presentano dimensioni così estreme da farci dubitare se possano essere considerati o meno degli esopianeti.

 

eso5-kepler-37b-exoplanet-illustration

Cominciamo dai più piccoli

Partendo dal fondo della lista, ci sono alcuni “più piccoli”; basandosi sui criteri che ispirano questa selezione, in termini assoluti di massa il titolo di pianeta più piccolo  sembra appartenere a un mondo roccioso chiamato Kepler-37b (nell’immagine artistica qui a sinistra), che ha un raggio di poco superiore a quello della Luna ed è leggermente più piccolo di Mercurio (ma più vicino al Sole. La sua pazzesca temperatura è di circa 400°C.)

 

 eso5509304main_kepler_rocky_planet_fullPrima che Kepler-37b fosse localizzato nel 2013, il titolo era detenuto da Kepler-10b (nell’illustrazione qui a sinistra) appena 1,4 volte più grande della Terra. Scoperto nel 2011, è stato anche il primo esopianeta roccioso confermato da Kepler utilizzando i dati raccolti tra il maggio 2009 e l’inizio di gennaio del 2010.

 

 

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 HAT-P-11b, (nell’illustrazione qui a fianco) recentemente scoperto, vanta circa le dimensioni del nostro gigante di ghiaccio Nettuno, quindi rapidamente etichettato come Eso-Nettuno. Si trova a 120 anni luce di distanza nella costellazione del Cigno ma, a differenza del suo pianeta di riferimento (Nettuno) orbita molto più vicino alla sua stella madre. 

L’altra estremità della gamma 

Esistono mondi enormi. Tuttavia, qui il problema è quando un esopianeta smette di essere tale e diventa una nana bruna, vale a dire una stella mancata. Dopo tutto, le nane brune sono molto vicine ai giganti gassosi in quanto a composizione. Tant’è che il pianeta più massiccio registrato nell’archivio NASA, DENIS-P J082303.1-491201 b, con circa 30 volte la massa di Giove, probabilmente è qualificabile più come una nana bruna. CT Cha, citato nella lista del Laboratorio di Abitabilità Planetaria, con il massimo raggio e con circa 17 volte la massa di Giove, è un altro esempio.

eso5-070806_big_exoplanet_02Un caso interessante di pianeta massiccio è TrES-4, un pianeta davvero strano (immagine a sinistra). Perché? Perché è enorme in termini di dimensioni (70% più grande di Giove), ma meno denso, e sfida tutte le teorie correnti sui pianeti giganti surriscaldati. Si trova nella costellazione di Ercole, e orbita intorno a una stella che è più grande e più calda del Sole ma solo 10 volte più grande del pianeta stesso. Tutti questi fattori fanno sì che una piccola frazione della sua atmosfera esterna riesca a sfuggire al pozzo gravitazionale del pianeta e formi una specie di coda di cometa intorno al pianeta. Strano davvero.

TrES-4 e la sua minore densità sono un promemoria per segnalare che questa variabile è rilevante anche nella classificazione esopianeti. E se consideriamo la densità (cioè il rapporto tra massa e volume) ci accorgiamo facilmente che nel Sistema Solare i giganti gassosi variano molto da questo punto di vista… con Saturno che dovrebbe galleggiare su un ipotetico oceano, essendo meno denso dell’acqua stessa (tecnicamente parlando, però, questo non succede).

eso5-081006-exo-02Uno dei più densi esopianeti conosciuti fino ad oggi è un remoto corpo celeste chiamato COROT-exo-3b.(immagine a sinistra) Fa circa le dimensioni di Giove, ma più di 20 volte la sua massa, il che lo rende due volte più denso del piombo. Un altro buon candidato per il nostro catalogo delle nane brune.

Per quanto compatto possa essere, COROT-exo-3b non è nemmeno lontanamente denso come PSR J1719-1438 b, quest’ultimo senza alcun dubbio tra gli oggetti più fantastici mai rilevati in questa categoria. Conosciuto anche come il “pianeta pulsar”, ha una massa che è quasi la stessa di Giove, ma solo il 40% delle dimensioni di quest’ultimo. È uno strano mondo, largamente composto di carbonio cristallino, ma con una densità molto maggiore del diamante. È così: un pianeta enorme fatto di diamante.

 

di  STEPHEN P. BIANCHINI

traduzione ed editing di ROBERTO FLAIBANI e DONATELLA LEVI

Pubblicato per la prima volta da The Earthian Hivemind il 25 novembre 2014

Titolo originale: Does size matter for life? Giant and tiny exoplanets

Credits: NASA, JPL, CalTech, ESA, Hubble

29 agosto 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , | 1 commento

eso4 – supercaldo o ultrafreddo?

Eccoci infine al quarto e conclusivo episodio del nostro piccolo esperimento ferragostano. Se qualcuno fosse interessato a conoscerne i risultati, può segnalarcelo nei commenti. Le pubblicazioni riprenderanno lunedì prossimo con un articolo del nostro Mongai  su due novità cinematografiche interessanti: Ant Man e Ex Machina (RF)

Fra le variabili sin qui considerate, l’abitabilità, l’età e la distanza dei pianeti sono state fin qui in primo piano. Questa volta parlerò di un altro fattore, la temperatura, soprattutto perché ha un impatto diretto sull’abitabilità. Ci sono alcuni pianeti freddi che abbiamo rilevato grazie a Kepler e altri telescopi, ma questo li batte tutti. Il suo nome è OGLE-2005-BLG-390L b (OGLE per gli amici): spero davvero che nella gara continua per la nomina degli esopianeti venga prodotto qualcosa di più fantasioso.

OGLE è stato scoperto nel 2005 dal telescopio danese dell’ESO (1,54m), situato a La Silla in Cile. La sua stella di riferimento è una nana rossa lontana 28mila anni luce, più vicina di noi al centro della Via Lattea. Il pianeta ha una massa pari a 5,5 volte quella della Terra. Una rivoluzione dura circa 10 anni, e si suppone che abbia una superficie rocciosa. Inoltre, con una temperatura in superficie di -220 gradi Celsius, è imbattuto come il più freddo mondo alieno scoperto fino ad oggi.

Ci sono altre cose che vale la pena segnalare a proposito di questo pianeta. Ad esempio, OGLE è solo il terzo pianeta extrasolare scoperto fino a oggi grazie alle ricerche di microlensing, dice Jean-Philipe-Beaulieu (Institut d’Astrophisique de Paris, France). “Mentre gli altri due pianeti scoperti in questo modo hanno massa pari ad alcune volte quella di Giove, la scoperta di un pianeta la cui massa è solo cinque volte quella della Terra (benché molto più difficile da rilevare di quelli più massicci) fa pensare che questi corpi celesti di massa più piccola siano molto comuni”.

È anche il caso di osservare che mentre la distanza dei pianeti dalla stella di riferimento ha una diretta relazione con la loro temperatura, cosa prevedibile, questo però non è sempre vero. Qualche volta i pianeti lontani sono relativamente “più caldi”. Questa non dovrebbe del tutto sorprendere, perché la temperatura è funzione di numerose variabili.

Volete un esempio che vi suoni familiare? Prendete il nostro Sistema Solare: l’atmosfera planetaria più fredda non appartiene a Nettuno, ma a Urano che si trova a circa 19,2 AU dal Sole, mentre Nettuno si trova a 30 AU. Con una temperatura minima di -216 °C oppure -224 °C, (le fonti di informazione differiscono su questo punto – qui sto citando NASA e BBC), Urano appare come il più freddo tra i mondi completamente sviluppati. Plutone è stato declassato qualche anno fa alla condizione di pianeta-nano, e quindi non lo abbiamo considerato in questa statistica.

Perché succede questo? Ci sono differenti teorie, una delle quali fa riferimento alla strana inclinazione del suo asse polare. Se ne fosse stato responsabile un impatto gigantesco avvenuto molto tempo fa, questo avrebbe anche potuto causare la fuoriuscita nello spazio di calore dall’interno del nocciolo. Inoltre Urano manca della interazione mareale che Nettuno ha con la sua luna Tritone, fenomeno che si traduce alla fine in calore. Tanto per chiarire, i pianeti non sono affatto gli oggetti più freddi dell’Universo. Il luogo più freddo mai trovato dagli astronomi è una nebulosa di spettrale bellezza, la Nebulosa Boomerang, che si trova a 5000 anni luce da noi, nella costellazione del Centauro. Con i suoi glaciali-272 °C, è perfino più fredda dello spazio circostante.

E cosa dire del contrario – del più caldo esopianeta finora conosciuto? È cognizione comune che anche in questo caso la distanza non è il solo fattore importante, e infatti Venere, grazie alla sua densa atmosfera, è più calda di Mercurio. Ma nello spazio profondo, questo record appartiene ad un pianeta chiamato WASP-12b, situato a 870 anni luce da noi. Con i suoi 2200 °C, una composizione gassosa di massa pari a una volta e mezza quella di Giove, e il doppio della sua stazza, è il pianeta più caldo mai scoperto.

Inoltre, con la durata di una sua rivoluzione pari a un solo giorno terrestre, e una distanza dalla sua stella di riferimento di poco più di 3 milioni di kilometri, è il pianeta dall’orbita più stretta mai trovato. Non è però destinato a rimanere così a lungo. Già, perché è così vicino alla sua stella di riferimento che le forze di marea che ne derivano stanno trasformando la sua forma in quella di un uovo, e disperdendo la sua atmosfera.

Mentre parliamo la sua stella se lo sta letteralmente cannibalizzando, e la NASA ha dato al povero pianeta soltanto una decina di milioni d’anni prima che sia divorato completamente. Ma lascerò le storie di horror galattico per un altro articolo

STEPHEN p BIANCHINI

traduzione di ROBERTO FLAIBANI  e DONATELLA LEVI

20 agosto 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Planetologia, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , | Lascia un commento

eso3 – Pianeti extrasolari fotogenici

Domani finisce il nostro breve test. I colonnini, intesi come metodo di lettura alternativo del blog, rimarranno di sicuro, mentre le modalità di presentazione saranno probabilmente rivoluzionate. Ma… tempo al tempo.(RF)

La distanza conta, non se ne discute. Ho già accennato all’importanza della Zona Abitabile, che ovviamente è in relazione con la distanza del pianeta dal suo sole. La Terra è un buon esempio di un pianeta né troppo vicino, né troppo lontano, che quindi gode di condizioni favorevoli alla vita. Nel caso del Sistema Solare abbiamo una certa varietà in termini di distanza dal Sole. È comunque sorprendente che queste non siano le distanze più estreme che possono esistere in un sistema solare anche supponendo che nel sistema ci sia un’unica stella.

eso3 tabella

Infatti se si trattasse di un sistema doppio (o multiplo) le cose potrebbero cambiare drasticamente. Circa un anno fa, dei ricercatori dell’Università di Montréal, conquistarono l’attenzione della stampa identificando un pianeta sorprendente, di massa pari a molte volte quella di Giove, lontano 2000 Unità Astronomiche (UA) dal suo sole. Tanto per farsi un’idea, 40 o 50 volte la distanza di Plutone dal Sole (sì, anche le distanze possono variare). Sorprendente, considerando che oggetti celesti così distanti sfidano tutte le teorie correnti sulla formazione dei pianeti. GU Psc b, tale è il nome di questa piccola meraviglia, è così lontana dalla stella da cui ha avuto origine, che il telescopio Gemini, a sua volta un’altra meraviglia, è stato in grado di fotografarla senza l’aiuto di alcuna ottica adattiva, e i lettori dovranno leggere l’intera storia per capire veramente quanto essa è sorprendente. Oppure credermi sulla parola.

Eccolo qui, un piccolo punto indipendente di luce infrarossa separato dalla sua stella. Ciò è fondamentale per una serie di ragioni, come per esempio mettere alla prova il modello computerizzato di meccanica della formazione dei pianeti, anche tenendo conto delle sue caratteristiche fisiche come massa e temperatura, di solito difficili o impossibili da valutare correttamente a causa della presenza della stella.

Passiamo invece alla situazione opposta. Qual è la distanza minima di un pianeta da una stella se vogliamo evitare che ne venga divorato? Non parliamo per metafore, accade davvero e ne abbiamo le prove. Ma di questo parleremo in un altro articolo. La domanda, invece, è una di quelle a cui al momento è impossibile rispondere: quanto più il pianeta è vicino alla stella, tanto più è difficile rilevarlo. Possiamo solo affidarci a teorie e modelli matematici – quegli stessi che GU Psc b ha gia’ dimostrato essere inaccurati, quando non completamente sbagliati. C’è invece un’altra domanda a cui possiamo rispondere: qual è l’esopianeta più vicino al Sistema Solare? In effetti abbiamo un ottimo candidato in Epsilon Eridani b, il quale orbita intorno a una graziosa stella simile al Sole ad appena 10,5 anni luce dalla Terra. La porta accanto, in termini astronomici, ma alla portata dei nostri telescopi. Chissà che un giorno o l’altro non ne avremo qualche buona fotografia.

STEPHEN p BIANCHINI

traduzione di ROBERTO FLAIBANI  e DONATELLA LEVI

19 agosto 2015 Posted by | Astrofisica, News, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , | Lascia un commento

eso2 – Si faccia avanti Matusalemme

Il primo test, svoltosi ieri, ha avuto risultati interessanti e inattesi. La faccenda si complica. Ma è troppo presto per parlarne. Diamo inizio al secondo test, s’avanzi Matusalemme….

Nell’articolo precedente ho parlato dell’incredibile varietà degli esopianeti che abbiamo appena incominciato a scoprire. Ho anche menzionato cosa troviamo normalmente e cosa ci possiamo aspettare di trovare in accordo con l’astrofisica, inclusi gli obiettivi più desiderabili, per esempio i pianeti nella Zona Abitabile. D’ora in poi mi occuperò specificamente di questa categoria, e porterò come esempi alcune cose veramente strane … tutta roba buona per gli scenari di fantascienza. Il prescelto: Matusalemme, il pianeta più antico.

Si, ma quanto più antico? Per avere un’idea dell’età degli oggetti celesti è bene ricordare che l’anno zero, altrimenti noto come Big Bang, è avvenuto circa 13,78 GY fa (1 GY = un miliardo di anni), milione più milione meno, in accordo con il modello cosmologico standard Lambda-CDM. L’età della nostra galassia, la Via Lattea, è di 13,2 GY ma tra le stelle che la compongono ve ne sono alcune di gran lunga più giovani. Il Sistema Solare, per esempio, ha appena 4,60 GY, e tutti i pianeti, Terra compresa, 4,54 GY circa.

Si faccia avanti Matusalemme

Scoperto nel 1994, questo pianeta non va confuso con la stella HD140283 che ha lo stesso appellativo ma differente posizione, ed è noto tra gli astronomi come PSR B1620-26 b. Ha un’età stimata di 12,7 GY e una massa almeno doppia di quella di Giove. Questo gigante gassoso si trova a 5600 anni luce da noi, in un antico ammasso globulare nella costellazione dello Scorpione. Percorre la sua orbita in un sistema doppio formato da una nana bianca e una pulsar, e, considerata la sua età, ci sono forti possibilità che eventi stellari violenti come l’esplosione di una supernova, o altri, abbiano interessato la sua evoluzione. E’ difficile immaginare che una qualsiasi forma di vita possa essersi sviluppata in un simile ambiente. Scrittori di fantascienza: provateci!

Se il caso di Matusalemme vi ha messo in una buona predisposizione verso le anticaglie, potreste dare un’occhiata alla già menzionata, e recentemente scoperta HD140283, un apparente paradosso e di per se uno strano oggetto. Questo video è un buon punto di partenza:

Vi piacciono i più giovani, invece? Provate con LkCa 15 b, che a quanto si dice ha meno di un milione di anni. Su scala cosmica, appena un bambino

 STEPHEN p.BIANCHINI

traduzione di ROBERTO FLAIBANI

e DONATELLA LEVI

18 agosto 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, News, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , | Lascia un commento

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