Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Abitabile o colonizzabile?

exoplanets1

Le sonde dedicate alla ricerca degli esopianeti continuano a fornire risultati interessanti. Sappiamo ora che la maggior parte delle stelle possiede sistemi planetari, e che una sorprendente percentuale di questi sarà costituita da pianeti delle dimensioni della Terra, situati nella loro zona di abitabilità, cioè la regione in cui non fa né troppo caldo né troppo freddo, e la vita come noi la conosciamo può svilupparsi. Gli astronomi sono completamente affascinati dal concetto di zona di abitabilità e da quello che potrebbero trovare. Abbiamo l’opportunità, nell’arco della nostra esistenza, di scoprire se la vita esiste fuori dal nostro sistema solare e forse quanto essa è comune. Abbiamo anche un’altra opportunità , meno frequentata dagli astronomi ma comune tra gli scrittori di fantascienza. Per la prima volta nella storia, possiamo essere in grado di identificare mondi dove potremmo trasferirci e vivere. Nel momento in cui decidiamo di riflettere sulla seconda possibilità, è importante tenere bene in mente che abitabile e colonizzabile non sono sinonimi.

Nessuno sembra accorgersene, ma non è possibile trovare alcun termine se non “abitabilità “ per descrivere gli esopianeti che stiamo trovando. Che un pianeta sia abitabile, in accordo con la definizione corrente del termine, non ha niente a che vedere con la possibilità che degli esseri umani si stabiliscano in quel luogo. Cosi il termine si applica a luoghi che sono di importanza vitale per la scienza ma non si applica necessariamente a luoghi dove noi vorremmo effettivamente andare. In altre parole il fatto che un pianeta sia abitabile (secondo l’attuale definizione) non ha niente a che fare con l’eventuale fondazione di una colonia.

exoplanets2Per vedere la differenza tra abitabile e colonizzabile, rivolgiamo la nostra attenzione verso due pianeti molto diversi tra loro: Gliese 581g e Alpha Centauri Bb. Non abbiamo conferma dell’esistenza di nessuno dei due ma abbiamo abbastanza dati per poter dire a che cosa assomigliebbero se la loro esistenza venisse confermata. Gliese 581g è una super-terra che orbita nel mezzo della zona di abitabilità della sua stella, ciò significa acqua liquida che scorre liberamente in superficie e lo rende un mondo abitabile secondo l’attuale definizione.

Centauri Bb, al contrario, orbita molto vicino alla sua stella e la sua temperatura in superficie è probalbilmente abbastanza alta da rendere uno dei suoi emisferi un mare di magma (il pianeta è collegato alla sua stella da un sistema di maree come la Luna lo è alla Terra). Alpha Centauri Bb viene considerato dai più non abitabile. Gliese 581g è abitabile e Centauri Bb non lo è ; ma ciò significa forse che il primo è più colonizzabile del secondo? In effetti non lo è. Dato che Gliese 581g è una super-terra, ovviamente la gravità in superficie sarà maggiore che sulla Terra. Le stime variano ma si arriva anche a ippotizzare una forza di gravità pari a 1,7g, come dire che un uomo di 78 chili ne peserà oltre 125 su Gliese 581g. Se il nostro uomo convertisse tutto il suo attuale grasso corporeo in massa muscolare potrebbe essere in grado di andare in giro senza usare supporti ortopedici per la deambulazione, se non proprio una sedia rotelle. Comunque il suo sistema cardiovascolare sarebbe sottoposto a uno sforzo permanente e  non ci sarebbe modo di rendere il suo habitat più confortevole.

All’opposto, Centauri Bb è circa delle stesse dimensioni della Terra, e la gravità in superficie è probabilmente la stessa. Siccome si trova in risonanza mareale con il suo sole, un emisfero è sicuramente ricoperto da un mare di lava, ma l’altro emisfero, quello permanentamente in ombra, sarà più freddo, potenzialmente molto più freddo. È probabile che non ci sia nemeno un soffio di atmosfera, né acqua liquida, ma come posto dove costruire un avanposto non sarebbe da buttar via. Bisogna considerare anche che spostare materiali dalla superficie all’orbita bassa sarebbe più facile nel caso di Centauri Bb, mentre l’atmosfera presumibilmente spessa di Gliese 581g renderebbe più difficile la soppravivenza degli esseri umani. Senza dubbio Gliese è un buon candidato per lo sviluppo della vita, ma secondo me Centauri Bb è un candidato migliore per ospitare una colonia.

Definizione di colonizzabilità

Abbiamo una definizione molto buona di cosa rende abitabile un pianeta: una temperatura stabile, atta alla formazione di acqua liquida. È possibile sviluppare una definizione di colonizzabilità per un pianeta, egualmente o più soddisfacente. Come prima cosa un mondo colonizzabile deve avere una superficie accessibile. Una super-terra con un’atmosfera incredibilmente spessa e una gravità di superficie di 3 o 4g è del tutto non colonizzabile, sebbene vi si possa trovare abbondanza di vita.

exoplanets3 In secondo luogo, gli elementi giusti devono essere accessibili sul pianeta perchè esso sia colonizzabile. A prima vista sembra un po’ sconcertante, ma che succederebbe se Centauri Bb fosse l’unico pianeta nel suo sistema, e ci fossero solo tracce di azoto? Non è un problema di quantità, un pianeta come quello (in un sistema stellare come quello) non potrebbe dare supporto a una colonia di forme di vita terrestre. L’azoto, anche solo tracce di esso, è un componente critico della vita biologica.

 In un articolo intitolato “The Age of Substitutibility”, pubblicato su Science nel 1978, H.E. Goeller e A.M. Weinberg hanno proposto un” minerale artificiale “ chiamato Demandite. Si presenta in due forme. Una molecola di Demandite industriale conterrà tutti gli elementi necessari per una industria edile e manifatturiera nelle proporzioni che uno otterrebbe se prendesse, diciamo, una città di media dimensione e la riducesse in polvere finissima. Ci sono 20 elementi nella Demandit industriale, incluso carbonio, ferro, sodio, cloro, ecc…

All’opposto, la Demandite biologica è composta quasi interamente di solo 6 elementi: indrogeno, ossigeno, carbonio, azoto, forforo e zolfo. (Se un intero sistema ecologico venisse macinato e si osservassero le proporzioni di questi elementi, potresti in realtà scoprire che esiste una singola molecola con le stesse esatte proporzioni: si chiama cellulosa).

 Terzo, in superficie deve esserci un flusso di energia in qualche modo gestibile. Il posto può essere tanto rovente che ghiacciato, ma deve essere possibile per noi muovere liberamente il calore. Di sicuro questo non è fattibile sulla superficie di Venere, che, con i suoi 800 gradi obbligherebbe il vostro sistema di aria condizionata a un demenziale super lavoro solo per superare l’inerzia termica. L’accesso a un gradiente termico o energetico è quello che rende possibile il lavoro fisico. Ovviamente cose come la pressione superficiale, l’intensità stellare, la distanza della Terra giocano una grande parte, questi sono i tre fattori più importanti che io posso vedere. Dovrebbe essere ovvio all’istante che essi non hanno nessun rapporto con la distanza dei pianeti dal loro sole. Non c’è una “zona colonizzabile” come invece esiste una “zona abitabile”. Bisogna osservare la situazione pianeta per pianeta.

exoplanets4Si noti che, secondo queste definizioni, Marte è solo marginalmente colonizzabile. Perchè? Non a causa della sua temperatura o della bassa pressione atmosferica, ma perchè è scarsamente dotato di azoto, almeno in superficie. Una combinazione di Marte e Ceres potrebbe essere qualcosa di colonizzabile, se Ceres avesse una buona scorta di azoto nella sua borsetta del trucco, e questa idea di ambienti combinati in attesa di colonizzazione complicava la visione d’insieme. Probabilmente non siamo in grado di rilevare un oggetto delle dimensioni di Ceres, se orbitasse intorno ad Alpha Centauri. Cosi la lunga distanza che ci separa da un pianeta candidato alla colonizzazione difficilmente potrebbe esere considerata come un elemento a sfavore. Al contrario, se possiamo rilevare la presenza di tutti gli elementi necessari per la vita e per l’industrializzazione in un pianeta all’incirca di dimensioni terrestri, possiamo considerarlo come candidato alla colonizzazione senza badare al fatto che si trovi o meno nella zona abitabile della sua stella.

 La colonizzabilità di un pianeta accessibile e dotato di un buon gradiente termico, può essere valutata in funzione di quanto la sua composizione si avvicini alla composizione della Demandite industriale e biologica. Probabilmente dovremo diventare molto accurati nella determinazione di tali valori. Questo, e non l’abitabilità, è il giusto modo di valutare quali mondi dovremmo desiderare visitare.

 Ricapitolando, propongo che venga aggiunto un secondo criterio di misura oltre alla già esistente scala di abitabilità nello studio degli esopianeti. L’abitabilità di un pianeta non ci dice nulla in merito al grado di attrazione che potrebbe avere sui visitatori. Colonizzabilità è la metrica perduta per giudicare il valore dei pianeti intorno ad altre stelle.

Traduzione di ROBERTO FLAIBANI

 

Titolo originale :”A tale of two worlds: habitable, or colonizable?” di Karl Schroeder, pubblicato su Karl Schroeder’s Blog il 18 febbraio 2013

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30 settembre 2013 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , | 2 commenti

I Terrestri alla ricerca di Pandora: le missioni minori

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ROBERTO FLAIBANI

Lista degli acronimi:

JASMINE (Japan Astrometry Satellite Mission for INfrared Exploration)

TESS (Transiting Exoplanets Survey Satellite)

CHEOPS (CHaracterizing ExOPlanet Satellite)

FINESSE (Fast INfrared Exoplanet Spectroscopic Survey Explorer)

EXCEDE (Exoplanetary Circumstellar Environments and Disk Explorer)

BigBENI (Big Balloon Exoplanet Nulling Interferometer)

OPTIIX (OPtical Testbed and  Integration on ISS eXperiment)

Fonti e ringraziamenti:

I siti ufficiali di ESA e NASA

PHL – Planetary Habitability Laboratory

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

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

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

Si ringraziano ESA e NASA per le immagini

23 gennaio 2013 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Carnevale della Fisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , , , , , , | 1 commento

Gli Europei alla ricerca di Pandora

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 ROBERTO FLAIBANI

Credits: NASA, ESA, Wikipedia

Fonti:

KEPLER – http://kepler.nasa.gov/

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

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

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

27 novembre 2012 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , | 7 commenti

Alla ricerca di Pandora, tra manovre di bilancio e mine vaganti

I primi pianeti extrasolari (esopianeti)  furono scoperti intorno alla metà degli anni ’90 e fino a oggi ne sono stati individuati circa 500, grazie a notevoli progressi delle tecniche di ricerca e a due telescopi spaziali opportunamente equipaggiati, l’europeo CoRoT, lanciato da Baikonur negli ultimi giorni del 2006, e Kepler, lanciato dalla NASA nel marzo del 2009. La ricerca degli esopianeti viene effettuatta, sia da CoRoT che da Kepler, col metodo del transito, ossia misurando la variazione d’intensità nella luce di una stella mentre un pianeta transita interponendosi tra la stella stessa e l’osservatore. Questo metodo funziona egregiamente anche per stelle lontanissime e fornisce dati accurati sulla dimensione, massa e densità del pianeta in transito, nonché dati relativi alla sua orbita. Il metodo, però, funziona solo se il transito avviene in posizioni di allineamento particolari, e quindi un numero imprecisato di pianeti extrasolari potrebbe sfuggire al rilevamento. Inoltre nulla può dirci sull’atmosfera e la geologia dei pianeti tipo Terra eventualmente avvistati.

Per far progredire la ricerca sugli esopianeti, in particolare quelli tipo Terra, e mappare accuratamente i dintorni del Sistema Solare, bisogna evidentemente affidarsi a una tecnologia diversa. La tecnologia c’è, si chiama interferometria, se ne fa gran uso in Astronomia, ma ancora non è stata sperimentata nello spazio. C’è anche un vero e proprio progetto per un sistema costituito da due telescopi che lavorano in coppia osservando lo stesso oggetto da due posizioni leggermente diverse. Elaborando insieme le immagini raccolte dai due strumenti se ne ottengono altre in altissima definizione. Il sistema porta il nome di Space Interferometry Mission (SIM) e sarà pronto al lancio entro il 2015, dopo aver seguito un durissimo, pluriennale percorso, che ha visto il team del progetto non solo confrontarsi  con la NASA in occasione dei controlli periodici sull’andamento dei lavori, ma anche attivarsi per evitare che SIM fosse risucchiato nel naufragio di Constellation.

Questa era la situazione fino allo scorso agosto, ma ora voglio citare direttamente l’articolo che mi ha ispirato queste righe, pubblicato il 18 ottobre scorso su The Space Review a firma del planetologo Philip Horzempa:”Mentre l’attenzione della comunità scientifica era distratta dal protrarsi del dibatttito sulla sorte di Constellation, una controversia altrettanto importante stava attraversando la Divisione di Astronomia della NASA. Anche se può sembrare assurdo, l’Agenzia è sul punto di tagliare i finanziamenti alla ricerca di pianeti tipo Terra nelle vicinanze del Sistema Solare, mentre continuerà, con poco sforzo, l’individuazione dei giganti gassosi tipo Giove, che però sono inadatti a ospitare la vita.” Horzempa è giunto a questa conclusione perchè Astro2010, l’importantissimo report che riesamina ogni 10 anni l’attività della NASA in campo astronomico e suggerisce all’Agenzia una lista delle missioni più importanti per l’intera decade successiva, non cita più il Progetto SIM se non nelle note a fondo pagina. “La commissione Astro2010, invece – continua Horzempa – ha inserito in lista la sua missione di Fisica, battezzata WFIRST, un progetto di altissimo profilo dedicato alla ricerca dell’energia oscura. ….. Hanno perfino offerto un contentino agli studiosi di esoplanetologia, cioè dotare il WFIRST, che è un telescopio per l’infrarosso, di funzionalità microlensing.”

In effetti, nella sua polemica contro l’abbandono di SIM a vantaggio di WFIRST, Horzempa ha molti buoni argomenti:

  • mentre WFIRST esiste solo sulla carta, SIM ha già superato a pieni voti le fasi A e B del severo protocollo NASA per l’ammissione dei nuovi progetti, ed è pronto a iniziare la fase C, quella conclusiva

  • Abbandonare SIM proprio ora sarebbe uno spreco di tempo e risorse pubbliche

  • realizzare WFIRST costerebbe due miliardi di dollari, mentre realizzare SIM solo uno, e il rimanente potrebbe essere assegnato a una versione leggera di WFIRST

  • L’abbandono di SIM significherebbe rinunciare anche alle altre applicazioni spaziali dell’interferometria, che si prospettano molto interessanti

  • Se l’abbandono di SIM dovesse comportare un ritardo nell’indagine approfondita dei dintorni del Sistema Solare alla ricerca degli esopianeti tipo Terra, ne sarebbero influenzati negativamente anche i progetti di nuova generazione come Life Finder e Planet Imager, nonché l’europeo Darwin

Su questo ultimo punto va registrato un parziale disaccordo da parte del noto opinionista scientifico americano Paul Gilster, blogger di “Centauri Dreams”, che prima commenta l’articolo di Horzempa, e poi, in un successivo post, esordisce così: ”Mentre mi lamento per i problemi di finanziamento di missioni basate nello spazio, come SIM, l’interferometro spaziale, spesso mi sorprendo a pensare che il progresso tecnologico ci mette in grado di fare sulla superfice terrestre cose che eravamo soliti credere di poter fare solo nello spazio” L’articolo riporta interessanti informazioni riguardo al telescopio gigante Magellan e al progetto HETDEX sull’energia oscura.

Vorrei aggiungere che lo sviluppo dell’interferometria spaziale sembra essere un fattore cruciale anche per la missione FOCAL, diretta al fuoco della lente gravitazionale del Sole, che è, almeno sulla carta, il più potente strumento per l’indagine astronomica offertoci dalla natura nel Sistema Solare. Nessuno dei due interlocutori vi fa cenno, ma forse il concetto suona ancora un po’ troppo fantascientifico, mentre la ricerca astronomica di Pandora, l’esopianeta stracolmo di vita del film Avatar, rimane invece un obiettivo comprensibile e condivisibile dal grande pubblico.

Allora ridiamo un’ultima volta la parola a Horzempa: “Se la NASA accettasse le raccomandazioni di Astro2010 e decidesse di cancellare SIM, dovrebbe darne spiegazione al Congresso e all’opinione pubblica americana. La ricerca di esopianeti tipo Terra è un obbligo. E’ un aspetto del lavoro della NASA che gli Americani capiscono implicitamente, che eccita la loro immaginazione. Chiedete a un amico qualsiasi, o anche a un estraneo, quali sono le sue opinioni sulla ricerca di altri pianeti che possano ospitare la vita. Vi faranno una testa così. C’è in noi un innato, urgente desiderio di esplorare.

[In seguito, la SIM è stata effettivamente cancellata dai programmi della NASA – addendum 03/12/10]

Fonti: The Space Review, Wikipedia, NASA

30 ottobre 2010 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Scienze dello Spazio | , , , , | 4 commenti

   

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