La navicella spaziale Kepler tiene d'occhio più di 156, 000 stelle. Finora, Il famoso telescopio spaziale della NASA è riuscito nella sua caccia agli esopianeti. Guarda altre immagini di esplorazione dello spazio. Immagine per gentile concessione della NASA Molto prima che esistessero i telescopi, astronomi o storia scritta, la gente guardava le "stelle vaganti" che gli osservatori successivi avrebbero chiamato pianeti. Mentre applicavamo i nostri miti di regni lontani a questi corpi celesti, abbiamo cominciato a interrogarci sulla possibilità di vita su altri mondi, un'idea che da allora ci ha affascinato.
Negli ultimi decenni, astronomi armati di radiotelescopi, osservatori orbitali e altri potenti strumenti ad alta tecnologia hanno iniziato a rispondere a questa domanda. Nel 1995, Gli astronomi dell'Università di Ginevra Michel Mayor e Didier Queloz hanno annunciato la scoperta del primo pianeta al di fuori del nostro sistema solare, un gigante simile a Giove che orbita attorno a una stella della "sequenza principale" simile al nostro sole, 51 Pegasi [fonte:sindaco e Queloz]. Da allora, altri, inclusi gli scienziati della missione Kepler della NASA, hanno cercato di trovarne altri esopianeti , come vengono chiamati dagli astronomi. In particolare, mirano a identificare roccioso, Sfere simili alla Terra che si trovano all'interno della cosiddetta "zona di Riccioli d'Oro" - cioè, alla giusta distanza dalle loro stelle per avere temperature superficiali che sosterrebbero l'acqua liquida, e quindi almeno rendere possibile lo sviluppo della vita [fonte:Borucki].
Armati di telescopi all'avanguardia e altri strumenti ad alta tecnologia, gli astronomi stanno individuando nuovi mondi a una velocità sorprendente. All'inizio del 2012 Gli scienziati di Keplero, che ha scansionato 150, 000 stelle lontane in cerca di segni di pianeti che le orbitano, hanno identificato circa 2, 300 "candidati, " o oggetti che potrebbero essere pianeti [fonte:Brumfiel]. Alla fine di gennaio 2012, hanno annunciato la scoperta di 11 nuovi sistemi planetari, inclusi 26 esopianeti confermati, che apparentemente vanno da possibili pianeti rocciosi a circa una volta e mezzo il raggio della Terra, ai giganti gassosi più grandi di Giove. Una stella, Keplero-33 , ha un sistema solare di cinque pianeti, che variano in dimensioni da una volta e mezzo a cinque volte le dimensioni della Terra [fonte:NASA].
Ma quelle scoperte potrebbero essere solo la punta dell'iceberg. Gli scienziati di Kepler stimano che potrebbero esserci fino a 50 miliardi di esopianeti nella Via Lattea [fonte:O'Neill]. Giuseppe Catanzarite, un astronomo del Jet Propulsion Laboratory della NASA, ha detto a Space.com nel 2011 che fino a 2 miliardi di loro potrebbero essere di dimensioni simili alla Terra. "Con quel gran numero, ci sono buone probabilità che la vita e forse anche la vita intelligente potrebbe esistere su alcuni di quei pianeti, " ha aggiunto [fonte:Choi].
Così, quali strumenti e tecniche usano gli scienziati per localizzare gli esopianeti, e come funzionano?
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Cercare pianeti al di fuori del nostro sistema solare è un po' come cercare di leggere un francobollo attaccato alla lampada di un faro lontano:le stelle madri brillano così intensamente che il loro bagliore copre tutto il resto. Compensare, gli scienziati hanno escogitato metodi ingegnosi per rilevare gli esopianeti misurando i loro effetti sulle stelle madri.
Un pianeta influenza la sua stella in due modi utili. Primo, la sua gravità trascina leggermente la stella avanti e indietro mentre il pianeta le orbita intorno. Secondo, il pianeta blocca una piccola quantità di luce mentre passa davanti alla stella (dal nostro punto di vista).
Siamo in grado di rilevare questi effetti utilizzando alcuni metodi utili, ognuno con i suoi punti di forza e di debolezza. Affrontiamo astrometria primo. Mentre la gravità di un pianeta in orbita attrae la sua stella madre, fa sì che la stella oscillare nel suo percorso attraverso il cielo. Possiamo discernere questo minuscolo movimento misurando con precisione la posizione della stella. Basato sul periodo , o il tempo che la stella impiega per completare un'oscillazione, possiamo calcolare il periodo e il raggio dell'orbita del pianeta, insieme alla massa del pianeta. L'astrometria è la migliore per trovare pianeti massicci con orbite lontane dai loro soli.
Spettroscopia Doppler sfrutta anche questa spinta gravitazionale, ma mentre l'astrometria usa il moto relativo da lato a lato della stella, questo metodo utilizza il spostamento Doppler che risulta dal pianeta che tira la sua stella verso la Terra, poi lontano da esso. Mentre la stella si muove verso la Terra, la sua luce è compressa, o "spostato in blu, " verso le lunghezze d'onda più corte dello spettro. Mentre si allontana da noi, vediamo le onde luminose estendersi verso l'estremità rossa (lunghezza d'onda maggiore) dello spettro. Misurando lo spettro di una stella nel tempo, possiamo rilevare gli spostamenti Doppler causati da uno o più pianeti che spostano la stella verso e lontano da noi.
Gli spostamenti Doppler ci dicono anche quelli delle stelle velocità radiale (quanto velocemente la stella si avvicina e si allontana da noi). Come ci si potrebbe aspettare, velocità radiali maggiori significano pianeti più grandi. In base alla massa della stella e al periodo dello spostamento, possiamo anche calcolare il raggio orbitale del pianeta. Questo metodo è più adatto per rilevare pianeti massicci situati vicino alla loro stella madre, e può solo stimare la massa minima di tali pianeti.
Fotometria non cerca oscillazioni o spostamenti. Anziché, osserva l'oscuramento rivelatore della luminosità di una stella che si verifica quando un esopianeta orbitante transiti , o passa tra esso e noi.
La combinazione dei tre metodi consente agli astronomi di sviluppare un'immagine molto più chiara di questi pianeti. Prossimo, esploreremo come la missione Kepler utilizza la fotometria per eseguire un censimento stellare di pianeti potenzialmente abitabili.
Kepler è la prima missione della NASA in grado di trovare pianeti delle dimensioni della Terra attorno ad altre stelle. Il suo obiettivo principale è generare una stima di base, o censimento, del numero di tali pianeti in orbita all'interno di zone abitabili, dove ci sono le condizioni per l'esistenza di acqua liquida.
Il pacchetto dello strumento non orbita attorno alla Terra in un satellite:è alloggiato all'interno di un veicolo spaziale di 9 piedi (2,7 metri) di diametro e 15,3 piedi (4,7 metri) di altezza che orbita attorno al sole, trascinando il nostro pianeta natale.
Keplero utilizza un telescopio a campo molto ampio e un fotometro (esposimetro) per misurare le variazioni di luminosità in più di 156, 000 stelle contemporaneamente [fonte:Ames Research Center, La NASA trova candidati a pianeti delle dimensioni della Terra]. Effettua queste letture ogni 30 minuti perché i transiti possono richiedere da un'ora a mezza giornata, a seconda dell'orbita del pianeta e del tipo di stella coinvolta.
Gli scienziati della missione impiegano anche dati spettroscopici da osservatori terrestri per aiutare a confermare i candidati pianeti e utilizzare osservazioni stellari per rimuovere altri fattori di confusione, come le stelle binarie (una coppia di stelle che ruotano attorno a un comune centro di massa).
Il quartiere Cygnus-Lyra è stato scelto come area di studio perché è ben popolato di stelle e si trova abbastanza in alto sopra il piano orbitale della Terra che il sole, Terra e luna non ostacoleranno le osservazioni di Keplero. Le stelle sono tra 600 e 3, 000 anni luce di distanza. Dal nostro punto di vista, coprono un'area equivalente a 1/400 del cielo [fonte:Harwood].
Kepler rileva i pianeti tramite il metodo fotometrico o di transito, il che significa che rileva il piccolo calo della luminosità di una stella che si verifica quando un pianeta in orbita passa tra la sua stella e noi. Una volta che l'analisi dei dati identifica un evento di attenuazione, gli scienziati cercano ulteriori cali della stessa grandezza, durata e periodo per confermare l'esistenza del pianeta.
Non è un'impresa da poco:un pianeta delle dimensioni della Terra che attraversa di fronte a una stella delle dimensioni del sole attenua la sua luce di appena lo 0,01 percento. Alla gente della NASA piace dire che rilevare un tuffo così piccolo è come individuare una pulce che striscia attraverso un faro a diverse miglia di distanza. I pianeti delle dimensioni di Giove proiettano un'ombra più grande. Comunque, visto dall'esterno del nostro sistema solare, Il transito di Giove riduce solo la luminosità del nostro sole dall'1 al 2% [fonte:Ames Research Center, FAQ].
C'è più. Affinché il metodo di transito funzioni, un pianeta deve passare quasi perfettamente lungo la nostra linea di vista, le cui probabilità sono circa lo 0,5 percento per un pianeta delle dimensioni della Terra (in un'orbita delle dimensioni della Terra) e il 10 percento per un pianeta delle dimensioni di Giove (se orbita vicino alla sua stella) [fonte:Ames Research Center, FAQ].
Per dirla in un altro modo:anche se abbiamo verificato 100, 000 stelle che in realtà avevano pianeti simili alla Terra, saremmo in grado di "vedere" solo 500 di loro tramite il metodo di transito. Usando probabilità come queste, gli scienziati possono stimare la popolazione del pianeta della nostra galassia dalle osservazioni di Keplero.
La zona dei riccioli d'oroPerché un pianeta sia suscettibile di vita, una serie di fattori devono essere "giusti". Un buon candidato dovrebbe essere un pianeta terrestre (roccioso). Idealmente, dovrebbe misurare tra la metà e il doppio delle dimensioni della Terra, ma l'importante è che sia abbastanza massiccio da contenere un'atmosfera ma non così grande da gonfiarsi fino a diventare un gigante gassoso come Giove o un gigante di ghiaccio come Nettuno.
Dovrebbe anche essere situato nella zona abitabile, una distanza dalla stella madre in cui la temperatura superficiale non congelerà l'acqua liquida o la farà bollire. La posizione di questa zona varia a seconda delle caratteristiche della stella.
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Prima che arrivasse Keplero, la scuderia di pianeti lontani individuati dagli astronomi numerati a decine e centinaia, non migliaia. Tuttavia, questo era un numero straordinario considerando i limiti affrontati dagli scienziati che utilizzano gli strumenti disponibili - in particolare i telescopi terrestri, che richiedono ai ricercatori di compensare le distorsioni atmosferiche.
Tra il 2005 e il 2008, i ricercatori hanno scoperto cinque super-Terre, ognuno vanta masse tra le cinque e le dieci volte superiori a quelle della Terra.
Nel 2008, Gli astronomi che utilizzano la Near Infrared Camera e lo spettrometro multioggetto del telescopio spaziale Hubble hanno rilevato per la prima volta l'anidride carbonica su un esopianeta. Il metodo prevedeva la sottrazione dei dati spettroscopici della stella madre dai dati combinati di stella e pianeta. Sfortunatamente, l'esopianeta grande quanto Giove HD 189733 b orbita troppo vicino alla sua stella per essere abitabile, ma la tecnica potrebbe fornire informazioni preziose se applicata ad altri candidati abitabili. Gli scienziati sono interessati all'anidride carbonica perché, come il metano, può indicare processi biologici.
Nel 2009, gli astronomi hanno riportato il primo esopianeta mai trovato attraverso l'astrometria, aggiungendolo all'elenco dei 350 pianeti precedentemente trovati con il metodo dello spostamento Doppler. Se fosse stato confermato, VB 10b avrebbe inclinato la bilancia a sei volte più massiccio di Giove. Però, le successive osservazioni con la spettroscopia Doppler non sono riuscite a rilevare gli spostamenti previsti della velocità radiale nella sua stella madre, VB 10, e l'affermazione è stata confutata [fonte:Bean].
Quello stesso anno, utilizzando sei mesi di osservazioni da telescopi di tipo amatoriale a terra, gli scienziati hanno annunciato GJ 1214b , un pianeta 6,5 volte più massiccio della Terra e 2,7 volte più largo. I ricercatori ritengono che il pianeta potrebbe essere costituito principalmente da acqua. GJ 1214b orbita attorno a una stella nana rossa a più di 40 anni luce dalla Terra a una distanza equivalente a un quarantesimo dello spazio tra Mercurio e il nostro sole.
Quali scoperte sono state fatte nel 2010 e nel 2011?
Missioni futureLe scoperte di Kepler supporteranno due missioni pianificate:la Missione di interferometria spaziale (SIM) e il Cercatore di pianeti terrestri (TPF) -- determinando quali tipi di stelle vicine possono possedere pianeti. Queste informazioni diranno a SIM e TPF dove puntare i loro strumenti.
Entrambe le missioni utilizzeranno una tecnica chiamata interferometria di annullamento per eliminare l'abbagliamento da una stella bersaglio e rivelare i pianeti in orbita. Due telescopi guardano la stessa stella, ma la luce di un telescopio viene sfasata di mezzo passo rispetto alla luce dell'altro prima che vengano combinate, facendoli annullare a vicenda. Al contrario, la luce del pianeta è combinata in un modo che rafforza il suo segnale.
TPF combina le sue osservazioni interferometriche con i dati di a coronografo , che annulla l'abbagliamento bloccando la luce diretta della stella con un oggetto fisico in modo che sia visibile solo la corona della stella, come un pilota che blocca il sole con il pollice. Con la maggior parte dell'abbagliamento ridotto, i pianeti orbitanti diventano più visibili.
Per saperne di più
Un'interpretazione artistica del sistema planetario Kepler-11 e del nostro sistema solare da una prospettiva inclinata. Questa prospettiva aiuta a mostrare che le orbite di ciascuno giacciono su piani simili. Immagine per gentile concessione della NASA Nel marzo 2010, i ricercatori hanno annunciato un'altra pietra miliare:un pianeta simile a Giove 1, 500 anni luce dalla Terra che era relativamente fredda e che poteva essere studiata in dettaglio. Perché il satellite COROT l'ha scoperto, è stato doppiato COROT-9b . Il lavoro precedente aveva già trovato altri pianeti fantastici, ma COROT-9b è stato il primo a transitare tra la sua stella e la Terra. Ciò significava che gli scienziati potevano studiare sia le sue dimensioni (dalla quantità in cui diminuiva la luce della sua stella madre) sia la sua composizione atmosferica (dal modo in cui la luce delle stelle interagiva con essa mentre attraversava la sua atmosfera) [fonte:ESA].
COROT-9b si trova nella zona abitabile della sua stella ma, perché è un mondo gassoso, gli scienziati non lo considerano probabile che sia ospitale per la vita. La sua atmosfera potrebbe contenere acqua, però, e un pianeta così grande potrebbe anche sfoggiare una luna abitabile [fonte:ESA].
A fine settembre 2010 un gruppo di astronomi negli Stati Uniti utilizzando dati spettroscopici da strumenti a terra ha annunciato la scoperta di un pianeta potenzialmente ospitale, Gliese 581g , orbitante intorno alla stella Gliese 581 a soli 20 anni luce di distanza. L'annuncio ha suscitato un'eccitazione diffusa perché il pianeta è stato trovato così vicino alla Terra, e solo 15 anni dopo che gli astronomi hanno identificato i primi pianeti extrasolari. Subito dopo l'annuncio, però, gruppi scientifici hanno iniziato a sollevare dubbi sulla scoperta [fonte:Wall].
I ricercatori avevano già trovato prove per altri pianeti nello stesso sistema di nane rosse, di cui due ( Gliese 581d e Gliese 581e ) orbitava ai margini della zona abitabile. Così, quale dei figli di Gliese 581 prenderebbe la corona come miglior candidato finora trovato per sostenere la vita? Il problema era troppo complicato per essere risolto facilmente. Il rilevamento spettroscopico dei pianeti richiede l'attenuazione del rumore inerente ai dati osservativi e quindi la determinazione delle ipotesi da utilizzare. Gli stessi dati possono sostenere un diverso numero di pianeti a seconda che si prestino orbite eccentriche (altamente ellittiche) o quasi circolari. Gli scienziati dovevano ancora raggiungere un consenso al momento della stesura di questo articolo.
Gennaio 2011 ha visto la missione Kepler confermare di aver trovato il suo primo pianeta roccioso, stimato a 1,4 volte la dimensione della Terra. Situato ben al di fuori della zona abitabile, Kepler-10b si distingue come il pianeta più piccolo scoperto finora al di fuori del nostro sistema solare.
E nel febbraio 2011, Gli scienziati di Keplero hanno annunciato la scoperta di cinque pianeti, ognuna orbitante nelle zone abitabili di stelle più piccole e più fredde del nostro sole. Se confermato, questi rappresenteranno i primi pianeti di dimensioni simili alla Terra trovati in zone abitabili. Quello stesso mese, Keplero ha individuato sei pianeti confermati in orbita attorno a una stella simile al sole, Keplero-11, 2, 000 anni luce dalla Terra. Questo costituisce il più grande gruppo di pianeti in transito in orbita attorno a una singola stella mai scoperto al di fuori del nostro sistema solare [fonte:NASA].
Mentre quelle scoperte sono state importanti, è importante ricordare che finora Keplero ha cercato solo una piccola frazione dell'universo conosciuto. Può darsi che negli anni a venire, gli scienziati faranno scoperte ancora più sorprendenti, tra cui, forse, un pianeta simile alla Terra che ospita gli esseri viventi.
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