Astronomia: alla scoperta dei pianeti extrasolari


PIANETI EXTRASOLARI: UNA DELLE SFIDE DELL’ASTROFISICA DEL FUTURO.

L’umanità, attraverso la filosofia e la religione, ha ragionato per millenni sulla presenza o meno di altri pianeti ed altra vita nell’Universo, senza però poter mai stabilire con certezza la loro esistenza. Solo negli ultimi tre secoli la scienza e la tecnica hanno prodotto mezzi e teorie che hanno permesso di avviare un’indagine scientifica utile anche alla scoperta di pianeti alieni. Nonostante il lungo sforzo intellettuale fu solo negli anni ottanta del XX secolo che il progresso della tecnologia permise di poter concretamente arrivare alla tanto agognata quanto preziosa scoperta.Facciamo però un passo indietro prima di entrare nel merito di questa bellissima pagina dell’astronomia contemporanea e futura. Perchè facciamo tutto questo? Perchè ogni anno miliardi di dollari vengono investiti in questa ricerca? La domanda madre e motrice di tutti questi sforzi è: siamo soli nell’Universo?
Essendo la tecnologia troppo arretrata al momento per compiere epici viaggi interstellari alla ricerca di pianeti attorno ad altre stelle, l’umanità ha deciso di sfruttare il messaggero più rapido e capillare dell’universo per il loro studio: la luce. Vedremo tra breve come ciò avvenga.
Scoprire pianeti simili alla Terra è, prima ancora che una sfida della scienza, una necessità per il futuro della nostra specie. Il fatto che oggi la Terra, pur tra mille cambiamenti, stia ancora coccolando la nostra specie è solamente questione di tempo. Conoscere la posizione di uno o più di questi gemelli della Terra è innanzi tutto una garanzia per l’umanità del futuro, ma anche una sorta di sfida volta alla ricerca della vita al di fuori del nostro pianeta.

Un pianeta extrasolare è innanzi tutto un pianeta che orbita attorno ad una stella diversa dal nostro Sole. Quanto appena affermato è la regola generale, ma sono stati scoperti moltissimi pianeti che vagano solitari nello spazio interstellare, senza una stella che li illumini. Secondo alcuni calcoli questi pianeti vaganti potrebbero addirittura essere molti di più di quelli che orbitano attorno alle loro stelle in sistemi convenzionali. L’esistenza di questi pianeti erranti potrebbe essere spiegata dagli attuali modelli teorici di formazione planetaria che prevedono una fase iniziale di formazione di questi sistemi planetari assai turbolenta in cui le poche orbite stabili attorno alla stella sono contese da un gran numero di planetesimi (ovvero pianeti in formazione). Quando queste orbite stabili vengono occupate, i restanti planetesimi vengono espulsi a grande velocità dai sistemi planetari a causa di intense interazioni gravitazionali.

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pianeta gioviano caldo

Ad oggi (fine 2013) conosciamo 1043 pianeti in orbita attorno ad altre stelle e 3588 sono quelli ancora in attesa di conferma. Fino a dieci anni fa scoprivamo in media un pianeta ogni 12 giorni….oggi uno ogni 12 ore.

Da qui comprendiamo l’enorme progresso tecnologico che c’è stato in questi pochi anni, accompagnato da studi tanto complicati quanto efficaci nell’elaborare strategie utili a scovare questi preziosi mondi. Telescopi sempre più grandi e sensori sempre più all’avanguardia vengono impiegati per la scoperta e lo studio di questi pianeti allo scopo di trovare il primo vero sosia della Terra.
Come accennato, oggi conosciamo oltre un migliaio di pianeti e altre migliaia sono in attesa di conferma. Vediamo dunque la loro struttura e le tipologie di pianeti extrasolari oggi noti.

Nel nostro sistema planetario esistono pianeti giganti gassosi come Giove, pianeti di taglia intermedia come Nettuno e pianeti di taglia terrestre come, per l’appunto, la nostra Terra.

Stessa cosa vale per i pianeti extrasolari, che per un’agevole e primaria classificazione in base alla dimensione tiene presente la massa di Giove, Nettuno e della Terra.

Esistono quindi i pianeti Gioviani, enormi pianeti gassosi che possono possedere temperature elevate se situati nei pressi della stella, temperature miti se posti ad una distanza intermedia tra la stella ed i confini del sistema planetario oppure freddi se si tratta di pianeti giganti che orbitano nella periferia del loro sistema. Stessa suddivisione vale per i pianeti Nettuniani, mondi di taglia intermedia tra quella gioviana e quella terrestre. Arriviamo poi ai pianeti che tra tutti interessano maggiormente gli astronomi: i pianeti terrestri. Simili per dimensioni e struttura alla nostra Terra, sono considerati i migliori candidati per lo sviluppo della vita.

Questa tipologia di pianeti presenta una suddivisione al suo interno. Esistono pianeti terrestri leggermente più grandi della Terra che vengono chiamati Superterre, pieneti di dimensioni analoghe alle nostre detti Terre e pianeti più piccoli del nostro noti come Subterre o pianeti Mercuriani.

Interessantissimi sono i numeri legati al numero di questi pianeti conosciuti e in attesa di conferma. Oggi conosciamo 711 pianeti gioviani ( altri 377 sono da confermare), 148 pianeti nettuniani ( e altri 806 da confermare) ed infine 135 pianeti terrestri (e ben 2405 da confermare). Alla luce di questi dati risulta naturale pensare che i pianeti di tipo terrestre siano i più diffusi nella nostra galassia. Inoltre nella Via Lattea le stelle simili al nostro Sole o leggermente più vecchie sono la maggioranza, oltre il 70% delle stelle totali. Unendo i due dati si aprono scenari assai promettenti per la ricerca della vita. E pensare che la maggiorparte di questi pianeti è stata scoperta in una porzione assai ridotta di cielo non più estesa di una mano aperta proiettata in cielo, attorno a stelle tutto sommato vicine. Ora capiamo perchè le stime più pessimistiche parlano di migliaia di miliardi di pianeti solo nella nostra galassia, la Via Lattea. Una delle oltre 100.000 miliardi di galassie presenti nell’universo osservabile dalla Terra.

Secondo le stime più recenti i pianeti abitabili o abitati oggi presenti nella nostra galassia sarebbero nell’ordine delle decine di miliardi.

Prima di entrare nel merito dei pianeti terrestri è bene conoscere gli autori di queste meravigliose scoperte, coloro che dalla Terra e dallo spazio scrutano un gran  numero di stelle alla ricerca della più piccola variazione di luce.

Innanzi tutto Kepler, un telescopio spaziale dedicato appositamente alla scoperta e allo studio dei pianeti extrasolari transitanti. Si tratta di pianeti che, transitando di fronte alla loro stella, ne fanno diminuire la luminosità in maniera percettibile. Il telescopio osserva sempre la stessa porzione di cielo e osserva contemporaneamente la variazione di luminosità di 100.000 stelle.

Detiene senza ombra di dubbio il record di pianeti scoperti,circal’80% dei pianeti oggi noti. Si sta cercando di recuperarlo a seguito di una grave avaria avvenuta nei giorni scorsi.

Hubble Space Telescope e Spitzer Space Telescope, sono i due famosi telescopi orbitanti che sono un po’ il nostro occhio sull’universo. Vengono occasionalmente usati per confermare o meno dati legati ad una presunta scoperta, o per confermare l’effettiva esistenza di un pianeta.

Corot è una sonda francese, la prima ad essere dedicata appositamente allo studio di pianeti transitanti ed è un po’ la madre di Kepler. Ha cessato da qualche tempo la sua attività ma ci ha regalato decine di scoperte.

I telescopi terrestri più grandi del mondo danno il loro occasionale contributo nelle scoperte.

Ma la tecnologia e l’ingegno umano si sono evoluti a tal punto che oggi anche semplici astrofili sono in grado di scoprire pianeti extrasolari o aiutare i professionisti nel loro monitoraggio.

Quindi questo mondo non è più soltanto nelle mani degli astronomi che hanno accesso a strumentazioni all’avanguardia e telescopi con enormi diametri.

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Metodo diretto. Fotografia del pianeta Fomalhaut b

Ma come fanno questi gioielli della tecnologia a scoprire questi pianeti? Esistono vari modi, tutti raggruppabili in due tipologie principali, il metodo diretto ed i metodi indiretti. Il metodo diretto consiste nel fotografarli durante la loro orbita attorno alla stella, cosa assai difficile ma oggi fattibile. I metodi indiretti, assai più sofisticati, sono i più profiqui e fantasiosi. Il più produttivo si chiama ‘metodo del transito’ e sfrutta, grazie al transito del pianeta sul suo astro, il calo periodico di luminosità della stella stessa. Mettendo i dati in un grafico, che si chiama curva di luce, possiamo apprezzare la variazione di luminosità della stella e dedurre un sacco di proprietà legate al pianeta: massa, dimensione, emissione, presenza di zone calde o fredde sulla sua superficie.

A seguire ci si imbatte nel ‘metodo delle velocità radiali’. Sfrutta l’attrazione gravitazionale esercitata dal pianeta sulla sua stella ed il conseguente spostamento di questa lungo la linea di vista di noi osservatori; lo spostamento della stella si riflette sul suo spettro (insieme di tutta la radiazione, anche luminosa, emessa dalla stella) facendo si che delle linee particolari che dovrebbero stare ferme su un corpo in quiete, si spostino verso il blu (blueshift) o verso il rosso (redshift) a seconda che la stella si stia rispettivamente avvicinando o allontanando da noi osservatori. L’entità dello spostamento delle righe ci permette di conoscere massa e peso del pianeta.

Da non dimenticare il ‘metodo della variazione delle pulsar’ e il ‘metodo della microlente gravitazionale’, tanto geniali quanto utili con le loro scoperte. Questi due metodi permettono agli astronomi di scoprire pianeti lontanissimi, che altrimenti non saremmo in grado di scoprire con i metodi sopra citati.

Questi metodi geniali, uniti ai sofisticatissimi telescopi attuali, hanno portato alla scoperta di questi nuovi mondi; la conseguenza filosofica e psicologica di queste scoperte è di grande rilevanza.

Ci insegna, dopo secoli di immobilismo e di antropocentrismo, che il nostro pianeta non è affatto l’unico e non è posto al centro dell’Universo, non è un’eccezione ma bensì la regola: uno tra miliardi e miliardi. Finalmente oggi, dopo millenni, possiamo affermarlo con rigore scientifico.Immagine2

Ma quali sono in sistemi planetari più strani in cui ci siamo imbattuti finora? Molte scoperte sono andate oltre la più fervida intuizione fantascientifica.

Non abbiamo fatto in tempo ad abituarci all’idea che esistessero effettivamente altri pianeti attorno ad altre stelle che ecco saltar fuori un pianeta in orbita a ben due soli e poi più pianeti attorno a due soli. Poco tempo dopo arrivarono tre soli per un pianeta e infine addirittura quattro soli.

Venne smentita anche la convinzione quasi dogmatica che non potessero esistere pianeti all’interno di ammassi stellari, questo a causa delle intense interazioni gravitazionali di un gran numero di stelle racchiuse in un volume di spazio assai limitato. Vennero scoperti ben due pianeti attorno a due distinte stelle appartenenti all’ammasso del Presepe.

Tralasciando la struttura fisica dei sistemi e concentrandoci sulle caratteristiche dei singoli pianeti risaltano un gran numero di ‘stranezze’.

La prima, 55 Cancri e, è una superterra fatta completamente di carbonio. All’interno del pianeta la pressione e la temperatura è tale che il mantello risulta essere comporsto da diamante, mentre in superficie dove le condizioni sono relativamente più accettabili il carbonio rimane in forma di grafite. La sua atmosfera presenta qualcosa come 2000°C di temperatura. Anche Kepler-22b non è da meno. Posto nella zona abitabile della sua stella (ossia la zona alla distanza corretta dalla stella affinchè su un pianeta solido possa scorrere acqua liquida in superficie), possiede talmente tanta acqua da essere considerato un pianeta oceano, completamente sommerso da un oceano profondo decine di km. Con i sui 120-280°C, l’atmosfera di questa superterra somiglia da vicino ad una pentola a pressione.

Incredibilmente è stato scoperto anche un pianeta extrasolare extragalattico, ovvero non appartenente alla Via Lattea. Oggi, a parte rare eccezioni, non siamo ancora in grado di studiare così a fondo le stelle di altre galassie; ma possiamo aspettare che esse, per motivi di interazione gravitazionale, precipitino sulla nostra galassia e si fondano con essa. Oggi esiste una stella, appartenente ad una corrente di stelle che è il residuo di un’antica galassia fusasi con la nostra oltre 5 miliardi di anni fa, che presenta un pianeta assai vecchio, sicuramente formatosi quando ancora la galassia era integra e separata dalla Via Lattea.

Il pianeta Corot-7b sta decadendo dalla sua orbita e precipitando nella sua stella. Oggi si comporta come una cometa, lasciando dietro di sè la sua atmosfera come una cometa lascia dietro di sè una coda di polveri e gas. Sulla superficie del pianeta l’escursione termica è sconvolgente: la crosta del pianeta si frattura quotidianamente a causa dello shock termico tra i 2000°C diurni e i -220°C notturni.

Ma cosa sappiamo dei pianeti ritenuti potenzialmente abitabili? Vediamo innanzi tutto cosa si intende per ‘abitabile’. Oggi, per pianeta abitabile, si intende un pianeta in cui la vita come la conosciamo sulla Terra può prosperare. Affinchè ciò avvenga bisogna tenere presente alcune condizioni che sulla Terra hanno permesso alla vita di formarsi, diffondersi ed evolversi. Un pianeta abitabile deve possedere innanzi tutto una massa tale da poter mantere un’atmosfera possibilmente simile per composizione a quella terrestre; la gravità superficiale deve oscillare attorno al valore terrestre e la temperatura deve essere superiore a 0°C ed inferiore ai 30°C per evitare congelamento ed evaporazione; infine l’orbita deve essere sicura, ovvero sgombra da detriti ed il più circolare possibile, al pari della stella che deve possedere un’attività di tipo solare e non cataclismico.

Ebbene, solo 12 pianeti confermati godono a loro modo di queste prerogative, altri 36 sono da confermare. Ad oggi, il pianeta extrasolare più simile alla Terra è Kepler-62 e.

Si tratta di una superterra distante 1200 anni luce dalla Terra orbitante, assieme ad altri 4 pianeti, attorno ad una stella grande la metà del Sole ad una distanza pari a mezza unità astronomica. Il suo anno dura 122 giorni, uno dei più lunghi mai scoperti (ci sono pianeti il cui anno dura meno di 8 ore…), possiede un raggio pari a 1.5 raggi terrestri ed una temperatura superficiale di 31°C (in caso possegga un’atmosfera di tipo terrestre). Ulteriori studi sulla sua densità e composizione affermano che il pianeta sia strutturalmente composto da ferro e silicati e che sia assai abbondante la presenza di acqua in superficie. Sembrerebbe un vero paradiso, ma ulteriori accertamenti sono in corso.

Parliamo ora del futuro, raggiungeremo mai un pianeta extrasolare?

Se l’uomo, prima o poi, svilupperà una propulsione adatta al viaggio interstellare il primo pianeta extrasolare su cui un uomo poserà gli occhi (o il primo ad essere raggiunto da una sonda automatica) sarà quello scoperto il 15 ottobre 2012 dopo oltre 70 anni di ricerche.Si tratta si un piccolo pianeta roccioso situato attorno all’astro Alfa Centauri B, che assieme alla stella Alfa Centauri A e Proxima Centauri rappresenta il sistema stellare più vicino in assoluto alla Terra, a soli 4.3 anni luce. Con la propulsione chimica attuale anche la sonda più veloce impiegherebbe decine se non centinaia di migliaia di anni a raggiungerlo. Con ogni probabilità per fare il grande balzo verso le stelle bisognerà sviluppare una propulsione fisica che aumenti di moltissimo le velocità oggi disponibili per le passeggiate all’interno del nostro cortile di casa, il sistema solare.

Essendo quindi attualmente irraggiungibili, l’umanità ha deciso di osservarli da lontano in maniera sempre più dettagliata. Sono già in costruzione i telescopi del futuro che faranno compiere a questi studi un ulteriore salto di qualità: l’E-ELT (European Extremely Large Telescope) un telescopio di quasi 40 metri di diametro che verrà terminato attorno al 2017 e il James Webb Space Telescope che sarà il successore di Hubble, il nostro nuovo occhio sull’Universo.

In conclusione, la scoperta di un gemello della Terra è ormai imminente e tutto fa pensare che avverrà entro il prossimo decennio. Team di astronomi in tutto il mondo intanto mettono a punto sistemi sempre più sofisticati di ricerca e analisi per scovare questi pianeti. La ricerca è appena cominciata e già ha prodotto grandi risultati; lo studio di questi pianeti occuperà generazioni e generazioni di futuri astronomi nella speranza di riuscire in un modo o nell’altro a dimostrare di non essere soli in questo sterminato Universo.

Stefano Tosi

 

Stefano Tosi – Appassionato di astronomia e astrofilo da sempre, socio del Circolo Astrofili di Trezzano sul Naviglio, cerca di rendere la sua passione un lavoro. Attivo nella divulgazione della disciplina, tiene conferenze, un blog ed  un sito a tema.
http://strangenewworlds.jimdo.com      http://newworldslive.blogspot.it
Appassionato di scienza e storia, ha pubblicato un libro sulla storia di Milano e del quartiere dove vive.

 

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