La NASA ha indicato che 5.030 pianeti extrasolari sono stati confermati in 3.772 sistemi, con altri 8.974 candidati in attesa di conferma. Con gli strumenti di nuova generazione come il James Webb Space Telescope (JWST) in linea, il numero e la diversità degli esopianeti confermati dovrebbero crescere in modo esponenziale. In particolare, gli astronomi prevedono che il numero di pianeti terrestri e super-Terre conosciuti aumenterà drasticamente.

Nei prossimi anni, le opportunità per gli studi sugli esopianeti aumenteranno notevolmente man mano che ne verranno scoperte altre migliaia. In uno studio recente, un team guidato dall'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha descritto un nuovo concetto di telescopio spaziale noto come Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Questo osservatorio proposto cercherà pianeti simili alla Terra nelle zone abitabili (HZ) di stelle simili al sole entro circa 33 anni luce (10 parsec) utilizzando un metodo noto come astrometria relativa a microsecondi d'arco.

La branca dell'astronomia nota come astrometria consiste nel prendere misure precise delle posizioni e dei moti propri dei corpi celesti confrontandoli con stelle di riferimento sullo sfondo. Esempi di questo metodo includono l'Osservatorio Gaia dell'ESA, che dal 2013 misura il movimento di 1 miliardo di stelle nella Via Lattea (oltre a 500.000 quasar distanti). Questi dati verranno utilizzati per creare la mappa tridimensionale più precisa di la nostra galassia mai creata.

In questo caso, i ricercatori dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) e diversi osservatori e università cinesi propongono un telescopio spaziale in grado di effettuare misurazioni astrometriche ad alta precisione di stelle simili al sole per rilevare esopianeti in orbita attorno ad esse. La proposta missione CHES opererà nel punto di Lagrange sole-Terra L2, dove attualmente risiede il James Webb Space Telescope (JWST) della NASA, e osserverà le stelle bersaglio per cinque anni. Questi obiettivi includeranno 100 stelle entro 33 anni luce dal sistema solare che ricadono nei tipi F, G e K.

Mentre le stelle di tipo F (nane gialle-bianche) sono più calde, più luminose e più massicce del nostro sole, le stelle di tipo G (nane gialle) sono coerenti con il nostro sole, una stella G2V di sequenza principale. Nel frattempo, le stelle di tipo K (nana arancione) sono leggermente più deboli, più fredde e meno massicce del nostro sole. Per ogni stella che osserva, CHES misurerà le piccole perturbazioni dinamiche indotte dagli esopianeti in orbita, che forniranno stime accurate delle loro masse e periodi orbitali.

In quanto osservatorio spaziale, CHES non sarà soggetto a interferenze dovute alla precessione e all'atmosfera terrestre e sarà in grado di effettuare misurazioni astrometriche sufficientemente accurate da rientrare nel dominio dei microsecondi d'arco. Il dottor Jianghui Ji è professore presso il CAS Key Laboratory of Planetary Sciences di Nanchino, l'Università di Scienza e Tecnologia, e l'autore principale dello studio. Come ha detto a Universe Today via e-mail:

"Per un pianeta di massa terrestre a 1 UA attorno a una stella di tipo solare a 10 pc, l'oscillazione astrometrica della stella causata dal gemello terrestre è di 0,3 microsecondi d'arco. Pertanto è necessaria la misurazione del livello di microsecondi d'arco. L'astrometria relativa perché CHES può misurare con precisione la separazione angolare a livello di micro-secondi d'arco tra una stella bersaglio e 6-8 stelle di riferimento. Sulla base delle misurazioni di questi piccoli cambiamenti, possiamo rilevare se ci sono pianeti terrestri intorno a loro."

In particolare, CHES effettuerà le prime misurazioni dirette delle masse e delle inclinazioni reali degli analoghi della Terra e delle super-Terre che orbitano all'interno dell'HZ delle loro stelle e sono considerate "potenzialmente abitabili". Il carico utile principale per questa missione, ha affermato il dottor Ji, è uno specchio di alta qualità con un diametro di 1,2 metri (piedi) e un campo visivo (FOV) di 0,44° x 0,44°. Questo specchio fa parte di un sistema anastigmat (TMA) coassiale a tre specchi, in cui vengono utilizzati tre specchi curvi per ridurre al minimo le aberrazioni ottiche.

CHES si affida anche ai dispositivi Mosaic Charge-Coupled (CCD) e alla tecnica della metrologia laser per condurre misurazioni astrometriche nell'intervallo 500 nm~900 nm, comprendendo la luce visibile e lo spettro del vicino infrarosso. Queste capacità offriranno vantaggi significativi rispetto al metodo di transito, che rimane il mezzo più utilizzato ed efficace per rilevare gli esopianeti. In questo metodo, le stelle vengono monitorate per cali periodici di luminosità, che sono possibili indicazioni di pianeti che passano davanti alla stella (ovvero in transito) rispetto all'osservatore.

Inoltre, CHES assisterà nella transizione attualmente in corso negli studi sugli esopianeti, in cui l'attenzione si sta spostando dal processo di scoperta alla caratterizzazione. Come ha spiegato il Dr. Ji:

"In primo luogo, CHES condurrà un'indagine approfondita delle vicine stelle di tipo solare a 10 PC di distanza da noi e rileverà tutti i pianeti simili alla Terra nella zona abitabile tramite astrometria, nel caso in cui il metodo di transito non possa farlo (come TESS o PLATO). [Ciò] richiede le orbite di spigolo per i pianeti rispetto alla linea di vista degli osservatori.

"In secondo luogo, CHES offrirà le prime misurazioni dirette delle masse reali per i 'Gemelli della Terra' e le super-Terre in orbita attorno alle nostre stelle vicine, in cui la massa planetaria è davvero importante per caratterizzare un pianeta. In confronto, il [metodo di transito] può generalmente fornire il raggio del pianeta e dovrebbe essere confermato da altri metodi a terra, come la velocità radiale.

"Infine, CHES fornirà orbite tridimensionali (ad es. inclinazioni) dei pianeti terrestri, che fungono anche da un altro indice cruciale coinvolto nella formazione e caratterizzazione dei pianeti."

Queste capacità aiuteranno gli astronomi a espandere notevolmente l'attuale censimento degli esopianeti, che consiste principalmente di giganti gassosi (simili a Giove o Saturno), mini-Nettuno e super-Terre. Ma con la risoluzione e la sensibilità migliorate degli strumenti di prossima generazione, gli astronomi prevedono che il numero di analoghi della Terra crescerà in modo esponenziale. Migliorerà anche la nostra comprensione della diversa natura dei pianeti che orbitano attorno a stelle simili al sole e faranno luce sulla formazione e l'evoluzione del sistema solare.

Ma i vantaggi di una missione di astrometria spaziale di nuova generazione non si fermano qui. Come indicato dal Dr. Ji, sarà in grado di assistere con indagini che si basano sul secondo metodo di rilevamento di esopianeti più popolare ed efficace, noto come metodo della velocità radiale (noto anche come spettroscopia Doppler). Per questo metodo, gli astronomi osservano le stelle per segni di movimento apparente avanti e indietro ("oscillazione") risultanti dall'influenza gravitazionale dei pianeti orbitanti. Il Dr. Ji ha affermato:"Inoltre, CHES può condurre misurazioni articolari con strumenti a velocità radiale ad alta precisione come l'Extremely Large Telescope (ELT) e il Thirty Meter Telescope (TMT). [Può anche] verificare i potenziali pianeti abitabili scoperti da [questo metodo] e caratterizzare accuratamente le masse planetarie e i parametri orbitali."

Oltre a ciò, CHES aiuterà a far avanzare le frontiere dell'astronomia e della cosmologia aiutando nella ricerca della materia oscura, nello studio dei buchi neri e in altri campi di ricerca. Questa ricerca fornirà nuove intuizioni sulla fisica che governa il nostro universo, la formazione e l'evoluzione dei sistemi planetari e le origini della vita stessa. Altri osservatori, come il Nancy Grace Roman Space Telescope (e l'ELT e il TMT), saranno in grado di condurre studi di imaging diretto di esopianeti più piccoli che orbitano più vicino alle loro stelle, esattamente dove ci si aspetta che si trovino pianeti rocciosi HZ.

In combinazione con misurazioni astrometriche che potrebbero rivelare centinaia di esopianeti rocciosi nei sistemi vicini, gli astronomi potrebbero essere sul punto di trovare la vita oltre la Terra. + Esplora ulteriormente

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