Un nuovo tipo di telescopio spaziale potrebbe aiutare a trovare la vita su altri pianeti o scoprire altri sistemi solari come il nostro, secondo un rapporto recentemente realizzato dalle Accademie Nazionali delle Scienze, Ingegneria e medicina.

Bruce Macintosh, astrofisico di Stanford, che era un membro del comitato di relazione, ha detto che il telescopio proposto immaginerebbe direttamente esopianeti simili alla Terra in orbita attorno a stelle simili al nostro sole, e potrebbe lavorare in collaborazione con osservatori terrestri per raccogliere dati chimici sulle atmosfere degli esopianeti.

Stanford Report ha parlato con Macintosh di come funzionerebbe il telescopio proposto, com'è trovare sistemi solari lontani e cosa possiamo imparare cercando pianeti abitabili.

Perché il Congresso ha chiesto questo rapporto?

Questo rapporto ha evidenziato due domande chiave che guideranno il futuro della ricerca sugli esopianeti. Il grande è, ci sono altri pianeti portatori di vita là fuori? L'altra grande domanda è, come si formano ed evolvono i sistemi planetari, ed è il nostro sistema solare raro o una parte comune di quel processo?

Ora sappiamo che i pianeti intorno ad altre stelle sono piuttosto comuni, ma non capiamo completamente come si formano quegli altri sistemi solari. Infatti, capiamo meno su come si formano i pianeti ora di quanto comprendiamo su come si formano i buchi neri o le stelle di neutroni.

Come vengono scoperti e studiati gli esopianeti ora?

Esistono diversi modi per studiare gli esopianeti. Quelle dominanti sono quelle che chiamiamo tecniche indirette, dove non vedi davvero il pianeta. Il più comune di questi metodi indiretti è la tecnica del transito. Ecco dove il pianeta, mentre orbita, passa davanti alla stella, bloccandolo un po' come si vede dalla Terra e facendolo oscurare di una piccola quantità per alcune ore.

Ma ci sono limitazioni alla tecnica di transito. Per adesso, ti permette solo di studiare i dettagli atmosferici per i pianeti giganti, pianeti che sono molte volte più grandi della Terra, perché hanno grandi atmosfere che assorbono molta luce. Anche, le probabilità che funzioni aumentano se il pianeta è vicino alla stella e se la stella è piccola, quindi è un ottimo modo per studiare i pianeti vicini a piccole stelle. Interessante, ma non funziona per pianeti simili alla Terra attorno a grandi stelle e non funziona affatto per pianeti lontani dalle loro stelle.

L'altro approccio, che è ciò che fa il nostro gruppo qui, è l'imaging diretto. È lì che in realtà vedi un pianeta separato da una stella. È veramente, davvero difficile perché i pianeti sono milioni e miliardi di volte più deboli delle loro stelle. Proprio adesso, l'imaging diretto funziona solo per i pianeti più grandi di Giove e lontani dalla loro stella.

Attualmente, solo i telescopi terrestri sono in grado di riprendere direttamente gli esopianeti. I telescopi che abbiamo nello spazio non sono realmente progettati per fare questo in questo momento. Un chiaro messaggio di questo rapporto è che se vedremo pianeti come la Terra orbitare attorno a stelle come il nostro sole, abbiamo bisogno di telescopi spaziali progettati per farlo.

Come funzionerebbero questi telescopi?

Ci sono due approcci principali presi in considerazione. Il primo è quello che viene chiamato un telescopio "coronografo", che utilizza specchi e maschere all'interno del telescopio stesso per creare un'eclissi artificiale che blocca la luce delle stelle in modo che il piccolo, debole pianeta accanto ad esso è rilevabile.

L'altro approccio, chiamato un'ombra di stelle, rappresenta un modo diverso di creare un'eclissi artificiale. Per capire come funziona, immagina di voler vedere un uccello che vola vicino al sole. cosa fai? Alzi la mano e blocchi il sole. Un'ombra di stelle funziona secondo lo stesso principio, tranne che è spazio, quindi hai una gigantesca lancetta spaziale larga circa 50 metri e circa 30, 000 a 50, 000 miglia di distanza dal tuo telescopio.

This giant hand, or starshade, flies lined up between your telescope and the star so that the star's light is blocked and the planet can peep out around its edge. Every time you want to look at a new star, you move the pair of them around to point in a different direction.

When they're operating, they have to hold their alignment to about a meter or so relative to each other. That's hard, but it's engineering hard. The physics is really easy. We can show that the shape of the starshade is crucial for making the shadow dark enough so that it really, really blocks the star. And some of us at Stanford are working on a microsatellite to test the concept.

What would an exoplanet that has been imaged by one of these telescopes look like?

We're not making pictures like the Apollo 8 picture, where you see the continents and so on. Proprio adesso, and for the foreseeable future, exoplanets imaged this way will still look like a dot – but it's a dot that we can use to measure a planet's chemistry and understand what it's made of.

What can you learn about an exoplanet through direct imaging that you can't with indirect methods?

Because you've blocked out the star, you're actually seeing reflected light from the planet itself, not just inferring it's there. And if you see light from objects, you can do what we call spectroscopy, where you look for the light signatures of particular atoms or molecules that are present in the planet's atmosphere.

The hope is you'd see the signature of oxygen because we think the only way you can get a lot of oxygen in a planet together with other substances like methane is if something changes the chemistry of that planet and kicks it out of equilibrium.

The reason we have oxygen on Earth is life. If you kill everything on Earth, then the oxygen will go away in a few million years. It's not impossible other planets could make oxygen on their own, but by far the best explanation we know of is the presence of life, so that's really what you're looking for is that signature of oxygen.

When could the first of these planet-imaging telescopes launch?

That's the less good news. We already have the next big space telescope, il telescopio spaziale James Webb, which is currently scheduled to launch in 2021.

The next project beyond that is a telescope called WFIRST. The proposed planet imager would have to start after WFIRST. That probably translates into a launch in something like 2035 or even a little bit later.

Nel 2015, your group discovered a Jupiter-like exoplanet using the Gemini South Telescope in Chile, and before that, you helped discover a four-planet system. What does it feel like to discover a new world?

It's pretty awesome. We've had Kepler's laws for 400 years, but when we discovered the HR8799 planets, we were witnessing Kepler's laws in action – in a system with four giant planets that's light-years away. It's just spectacularly awesome.

Why is studying exoplanets important?

That's a legitimate question to ask. This is not knowledge that leads to concrete results on Earth, and we're not going to visit these planets for hundreds of years at least, but it's important to our perspective on the universe.

Once upon a time, humans were the center of the universe, and then astronomers proved that we were not the center of the universe. That shifted, fundamentally, our view of how important we are, and how the universe doesn't really revolve around us, but we're still the only life we know of in the universe.

If we discover that life exists elsewhere in the universe, that's a similarly epochal shift in our perception of how we fit in it. Or it's possible that life is really rare, and the exact circumstances that made Earth such a beautiful planet haven't happened in all these other thousands of solar systems, and we're the only one that got it right.

That's almost as important to know. If we're the only habitable planet within 1, 000 light-years, we really should do a good job of looking after this one habitable planet because it's even more precious and special than we knew.

We could build the equipment that's needed to answer that fundamental question, but it's going to take us 20 years to build it, so we better get started now.