CoRoT: alla ricerca di altre Terre Understand article

Tradotto da Francesca Iannuzzi. Malcolm Fridlund, dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), descrive la ricerca di pianeti extrasolari e spiega come questi possono aiutarci a capire l’origine della vita sulla Terra.

CoRoT

Il 27 dicembre 2006, l’agenzia spaziale francese CNES (Centre National d’Etudes Spatiales), insieme ad ESA^w1 e ad i suoi partner^w2, ha spedito nello spazio il satellite CoRoT; lo scopo è quello di cercare piccoli pianeti simili alla Terra al di fuori del sistema solare (pianeti extrasolari o esopianeti) e di studiare i “terremoti” stellari. Il nome del satellite è una composizione dei termini Convezione (Co), Rotazione (Ro) e Transito planetario (T) ed i suo scopi scientifici sono di studiare la rotazione delle stelle e la convezione – la risalita di gas caldo – dagli interni stellari, oltre che di osservare eventuali passaggi di pianeti nello spazio fra la Terra e la superficie della stella (un transito planetario).

Tutti e tre questi fenomeni possono essere studiati misurando i cambiamenti nella luce emessa dalla stella osservata. La convezione causa variazioni di qualche parte per milione nell’intensità della luce emessa. Le aree che presentano intensa attività magnetica tendono a sopprimere la convezione, causando una riduzione della temperatura superficiale che si manifesta con la presenza di macchie scure. Dato che la stella ruota, la luce che riceviamo varia a seconda del numero di macchie scure presenti nell’emisfero visibile; il monitoraggio di queste macchie ci dice, quindi, quanto rapidamente la stella ruota. Infine, quando un pianeta appartenente alla stella transita fra questa e CoRoT, il piccolo oscuramente che ne deriva può essere osservato come una variazione periodica nella luce emessa dall’astro.

I transiti planetari sono utilizzati per la ricerca di esopianeti, mentre le misure di convezione e rotazione servono a descrivere la stella attorno alla quale questi pianeti orbitano. CoRoT verrà usato anche per l’astrosismologia, ovvero lo studio delle onde acustiche che, generate nelle zone più profonde delle stelle, si propagano fino alla superficie, generando “stellamoti”. Lo studio di queste increspature nella superficie di una stella permette agli astronomi di calcolarne la massa, l’età e la composizione chimica. In questo articolo, tuttavia, ci concentreremo solo sulla ricerca di esopianeti.

La misura di questi fenomeni richiede un telescopio spaziale con un fotometro (un “misuratore” della luce) molto preciso. A differenza del più grande Telescopio Spaziale Hubble (lanciato in orbita nel 1990), CoRoT – che ha un diametro di soli 30 cm – è stato disegnato appositamente per questo. L’unico strumento a bordo è una “macchina fotografica” che scatta una fotografia ogni 32 secondi. Il computer di bordo misura le variazioni nell’emissione di luce da ogni stella e produce, infine, una cosiddetta curva di luce. Il satellite è puntato verso la stessa regione del cielo per un periodo di massimo 150 giorni e osserva simultaneamente fino a 12000 stelle. Quanto più a lungo rimane puntato verso le stesse stelle, tanti più transiti planetari può osservare.

CoRoT può identificare pianeti vicini alle proprie stelle – che non impiegano più di 50-75 giorni per girar loro intorno (questo periodo di tempo rappresenta, di fatto, il loro “anno”) – e può trovare pianeti piccoli come la nostra Terra. Le caratteristiche della curva di luce (vedi diagramma qui sopra) ci svelano come il pianeta si muove, la sua dimensione e danno informazioni sul comportamento degli strati esterni della stella. Dopo che un pianeta viene osservato da CoRoT, gli astronomi possono ricavare ulteriori informazioni sulla stella ed il suo sistema planetario con altri strumenti e telescopi da terra.

CoRoT ha già scoperto diversi, grandi, pianeti. Sta adesso cominciando a scovare anche quelli che crediamo essere piccoli pianeti. Questo dovrebbe permetterci di capire quanto il nostro tipo di pianeta sia comune nell’Universo.

Vita extraterrestre

Perchè è importante sapere quanto siano frequenti i pianeti con caratteristiche simili alla Terra (ovvero di piccola dimensione e rocciosi)? Intanto perchè vorremmo sapere se il nostro pianeta è unico nel suo genere. Inoltre, lo studio di pianeti simili alla Terra, ma fuori dal sitema solare, può aiutarci a capire come si sia originata la vita sul nostro pianeta, 3.5 miliardi di anni fa.

Basandosi su ipotesi fatte più di 30 anni fa, gli scienziati assumono che tutte le forme di vita funzionino come sulla Terra e che organismi alieni abbiano lo stesso nostro metabolismo. In sostanza, i ricercatori partono, nei propri studi, da quello che è successo sulla Terra. Sebbene i processi che hanno portato allo sviluppo di vita sulla Terra siano ancora in larga parte non noti, si crede che un ruolo fondamentale l’abbia giocato la presenza di acqua su una superfice planetaria rocciosa. E’ immediato, quindi, chiedersi se ci siano altri pianeti simili al nostro e se si sia sviluppata, su alcuni di essi, la vita.

Scovare esopianeti piccoli quanto la Terra è difficile. Ancora più difficile sarebbe osservare forme di vita, a quelle distanze. In particolare, l’impresa sembra impossibile se pensiamo che queste forme di vita potrebbero essere semplicemente batteriche; l’eventualità non è da escludere, considerando che, nei primi miliardi di anni, gli unici organismi viventi sulla Terra sono stati proprio batteri e che questi, anche oggi, superano di milioni di volte il numero di esemplari di altre specie.

La chiave è individuare quei pianeti la cui atmosfera non sia in equilibrio chimico. L’atmosfera di un pianeta (come del resto qualsiasi altra cosa) tende naturalmente ad uno stato di equilibrio (nel quale ogni reazione chimica procede alla stessa velocità della reazione inversa). La presenza di vita, tuttavia, cambia gli equilibri dell’ambiente; per esempio: tutto l’ossigeno libero (O₂) nella nostra atmosfera è stato prodotto e rilasciato da organismi viventi (piante e altro), tramite la trasformazione di anidride carbonica. L’ossigeno è talmente reattivo che, se la vita dovesse scomparire dalla Terra, esso stesso si esaurirebbe in meno di 4 milioni di anni (un periodo breve, se confrontato con l’età della terra).

Un simile squilibrio chimico si manifestò quando, agli inizi della vita sulla Terra, i batteri produssero un eccesso di metano. Cosa è successo a questi batteri? Non lo sappiamo di preciso, ma si crede che la loro scomparsa sia legata alla nascita di nuovi organismi capaci di produrre ossigeno: questo risultò velenoso per i produttori di metano e ne uccise una gran parte.

La composizione dell’atmosfera di un pianeta, assieme ad altre proprietà come la temperatura e la pressione, ci dice quale dovrebbe essere l’equilibrio chimico (nel caso della Terra dovrebbe essere si.mile a quello dell’atmosfera di Marte). Quindi, se possiamo analizzare l’equilibrio chimico dell’atmosfera di un esopianeta, potremmo determinare se questo ospita della vita e anche lo stadio della sua evoluzione (in base alla presenza di produttori di metano o ossigeno, per esempio).

Le atmosfere di due esopianeti grandi e caldi sono già state studiate tramite misure fotometriche dei telescopi Hubble e Spitzer, oltre che da osservatori terrestri, portando alla scoperta di acqua e metano in uno di essi (vedi immagine a destra). Questo è un altro passo verso la planetologia comparativa – il confronto fra esopianeti e pianeti del nostro sistema solare. Con il contributo di CoRoT, creato specificamente per trovare piccoli pianeti rocciosi simili alla Terra, possiamo aspettarci – entro pochi anni – di trovare altre stelle circondate da pianeti simili al nostro.

Purtroppo, la tecnologia attuale non ci permette di analizzare le atmosfere di pianeti così piccoli. La luce che riceviamo da un esopianeta è estremamente debole e richiede telescopi con grandi aperture: di tutti i fotoni irradiati da un esopianeta, infatti, solo una manciata per metro quadro arriva sulla Terra. Inoltre, la nostra atmosfera contiene così tanto ossigeno e metano che le tracce di questi elementi, nei fotoni che ci giungono dall’esterno, si confondono con quelle ‘interne’, rendendo di fatto impossibile la loro identificazione. Per questo motivo è necessario fare le osservazioni dallo spazio – con grandi telescopi – cosa difficile e dispendiosa di per sè. Gli scienziati stanno sviluppando la nuova generazione di strumenti in grado di compiere queste osservazioni e di dirci se questi pianeti ospitano vita.

Infine, speriamo di utilizzare queste nuove conoscenze per capire l’evoluzione della vita sul nostro, di pianeta.

Mentre andiamo in stampa

CoRoT ha individuato un pianeta intorno alla stella CoRoT-7, alla sinistra di Orione e nella costellazione del Monoceros(l’Unicorno), distante all’incirca 500 anni luce da noi, già nella primavera del 2008. L’annuncio ufficiale è però arrivato quasi un anno dopo, il 3 Febbraio 2009, dopo la conferma ottenuta grazie a lunghe osservazioni con telescopi terrestri.

Per misurare la massa e la densità del pianeta, gli astronomi usano lo strumento HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), uno spettrografo associato al telescopio di 3.6 metri nell’osservatorio cileno di La Silla (di ESO^w4); questo strumento è stato usato per un totale di 70 ore, ovvero per la più lunga sessione di osservazioni che avesse mai sostenuto fino a quel momento. Il 16 settembre 2009 furono annunciati, finalmente, i risultati.

Il pianeta, conosciuto come CoRoT-7b, ha massa simile a quella terrestre, il che lo identifica come uno fra i più leggeri esopianeti noti. Con un diametro di poco inferiore al doppio di quello terrestre, CoRoT-7b, è anche, ad oggi, il più piccolo esopianeta mai individuato.

Ogni 20.4 ore, CoRoT-7b oscura una piccolissima frazione (una parte in 3000) della luce della propria stella, per poco più di un’ora. Orbitando attorno alla stella con una velocità maggiore di 750 000 km/h, sette volte più veloce del moto della Terra attorno al Sole, CoRoT-7b è il più veloce fra gli esopianeti noti.

E non è tutto: il pianeta si trova a soli 2.5 milioni di chilometri dalla propria stella, 23 volte più vicino di Mercurio al Sole, il che lo rende il pianeta più vicino alla stella madre, tra quelli noti. E’ talmente vicino da non poter ospitare vita, almeno non la tipologia di vita che conosciamo: la sua temperatura è probabilmente superiore ai 2000 gradi centigradi di giorno e inferiore ai -200 gradi centigradi di notte.
La densità è stimata di valore simile a quello terrestre, suggerendo che la composizione del pianeta potrebbe essere rocciosa. I modelli teorici prevedono che il pianeta possa presentare lava o oceani in ebollizione sulla propria superficie.

Dall’analisi dei dati disponibili, gli astronomi hanno scoperto che CoRoT-7 ospita un altro pianeta nel proprio sistema, più distante di CoRoT-7b. Chiamato CoRoT-7c, questo ulteriore pianeta gira intorno alla stella madre in 3 giorni e 17 ore ed ha una massa circa 8 volte superiore a quella terrestre. A differenza di CoRoT-7b, CoRoT-7c non passa tra la propria stella e la Terra e, di conseguenza, gli astronomi non possono misurarne il raggio, nè quindi la densità.

Questa scoperta porta gli astronomi vicini come mai, prima d’ora, alla scoperta di esopianeti abitabili, ma questi pianeti sono ancora troppo vicini alla stella madre perchè possano ospitare la vita, almeno nella forma che noi conosciamo.

Web References

• w1 – Per maggiori informazioni sull’Agenzia Spaziale Europea, vedi: www.esa.int
• w2 – Per scoprire di più su CoRoT e i partner della missione, vedi: www.esa.int/science/corot
• w3 – Per ulteriori informazioni su ESTEC, vedi il sito^w1 dell’ESA o clicca sul link: http://tinyurl.com/39nw3r
• w4 – Per sapere di più sull’ESO, vedi: www.eso.org

Resources

• Se vuoi ascoltare il podcast dell’autore sul progetto CoRoT, puoi andare sul sito^w1 web dell’ESA o cliccare su questo link: http://tinyurl.com/ydoggpy
• Scopri di più sulla ricerca degli esopianeti in questo articolo:
  • Jørgensen UG (2006) Ci sono pianeti simili alla Terra intorno ad altre stelle? Science in School 2. www.scienceinschool.org/2006/issue2/exoplanet/italian
  • Per vedere tutti gli articoli di Science in School, clicca qui:www.scienceinschool.org/space

Institutions

Author(s)

Malcolm Fridlund è un astronomo svedese che ha lavorato per oltre venti anni al Centro Europeo per la Ricerca e la Tecnologia Spaziale (European Space Research and Technology Centre^w3 – ESTEC).  La sua area di specializzazione è negli esopianeti e nei metodi usati per scoprirli e studiarli. E’ il responsabile scientifico dell’ESA per la missione CoRoT.

Review

Questo articolo sulla ricerca degli esopianeti può stimolare discussioni scientifiche su cosa sia la vita e sul perchè siamo interessati a studiare le caratteristiche fisiche e chimiche dei corpi celesti. Può anche essere usato come base per discussioni sociali e filosofiche sull’eventuale rapporto con forme di vita aliene.

Marco Nicolini, Italy

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