Alla scoperta di pianeti con Kepler

Probabilmente la scoperta di pianeti al di fuori del nostro sistema solare rappresenta una delle scoperte più eccitanti mai fatte dall’essere umano. Con tale scoperta abbiamo scoperto quello che già sospettavamo, ovvero che la Terra e il sistema solare non sono un qualcosa di speciale nell’universo bensì l’ordinarietà.
Ufficialmente, il primo pianeta extrasolare (o, se volete, esopianeta) è stato scoperto il 5 Ottobre 1995 dai due astrofisici Michel Mayor e Didier Queloz dell’osservatorio di Ginevra: trovarono un pianeta con massa paragonabile a quella di Giove orbitante attorno alla stella chiamata 51 Pegasi (che si trova a circa 50 anni luce da noi).

Il 6 Marzo 2009 entra in scena Kepler.

Kepler è un satellite della NASA ideato e costruito con il compito specifico di trovare esopianeti. Si tratta, per farla breve, di un telescopio, capace di osservare un bel mucchio di stelle contemporaneamente, alla caccia di variazioni nella luminosità proveniente da tali astri. Il progetto dovrebbe durare cinque anni e ora siamo al quarto anno della missione e quindi possiamo cominciare a parlare di alcuni risultati aspettando magari di averne di nuovi.
Innanzitutto vediamo come fa Kepler a scovare gli esopianeti.
Idealmente il concetto è molto semplice. Se un sistema planetario è visto di taglio allora il passaggio di un pianeta davanti ad una stella dovrebbe provocare una piccola eclissi parziale, ovvero una diminuzione della luce proveniente dalla stella. In realtà il termine esatto per questo fenomeno è transito.

Ora bisogna tenere conto che un pianeta è molto piccolo rispetto ad una stella. Ad esempio il Sole ha un diametro di circa un milione e quattrocento mila chilometri mentre la Terra ha un diametro di circa 12 mila chilometri. Giusto per rendere l’idea insomma. Dunque questi cambiamenti di luminosità sono davvero piccoli; ma d’altronde questo è pane per i denti di Kepler!
Comunque tornando ai transiti, essi durano poco; dipende dalle dimensioni del sistema pianeta-stella ma in genere si parla di poche ore. Il punto fondamentale è che se si tratta di un pianeta allora il transito è un fenomeno periodico, cioè si dovrebbe ripresentare dopo un certo lasso di tempo in quanto il pianeta sta effettuando un moto di rivoluzione (proprio come la Terra ci mette un anno per fare un’orbita completa attorno al Sole). Inoltre un pianeta non è una stella e quindi non emette luce perciò i transiti dovrebbero essere tutti identici.
Una volta misurato il periodo necessario per un’orbita e la massa della stella grazie ad una legge matematica chiamata proprio legge di Keplero è possibile determinare il raggio dell’orbita.
Con le dimensioni dell’orbita in mano, le dimensioni del pianeta sono quindi determinate dalla misura della diminuzione di luce proveniente dalla stella a causa del transito e dalle dimensioni della stella.
Dopodiché si può anche determinare la temperatura del pianeta e capire se esso è abitabile o meno.
E ora parliamo delle cose pratiche.
Iniziamo da una foto: questa è la zona di cielo osservata da Kepler.

Fonte: http://kepler.nasa.gov

Come abbiamo detto, per essere scovati i sistemi extrasolari devono essere visti di taglio in modo da poter osservare i transiti. Ovviamente non è detto di avere questa fortuna. Perciò il satellite Kepler osserva più di 100 mila stelle in maniera tale da avere una probabilità più alta di osservare pianeti.
Inoltre, dal nostro sistema Solare abbiamo imparato che i pianeti devono essere alla giusta distanza dal Sole per poter essere abitabili, altrimenti le condizioni di temperatura, ad esempio, sarebbero invivibili. Prendiamo come esempio la Terra dunque. Il nostro pianeta impiega un anno per orbitare attorno al Sole. Perciò la Terra produce un transito una volta all’anno. Per essere sicuri che un transito sia effettivamente un pianeta gli astronomi necessitano di osservare almeno quattro transiti. Dunque Kepler ha bisogno di almeno quattro anni per trovare pianeti simili alla Terra!

Inoltre i pianeti simili alla Terra sono davvero piccoli e quindi la probabilità di trovare sistemi visti di taglio è, in questo caso, molto minore della probabilità di trovare sistemi extrasolari con pianeti giganti.

Dunque tutto questo spiega perché all’inizio sono stati trovati da Kepler pianeti simili a Giove e perché solo ora iniziano a venir fuori pianeti simili alla Terra.

Insomma, se vi eravate chiesti come mai ci fosse adesso questo boom di scoperte di pianeti simili alla Terra ora sapete che si trattava soltanto di avere pazienza e confidare nella teoria della probabilità (a meno che i pianeti simili alla Terra non siano un qualcosa di rarissimo nell’universo, ma non sembra il caso).
Bene, ora avete abbastanza informazioni per essere preparati ad una eventuale scoperta di una Terra 2.
Finiamo come abbiamo iniziato: probabilmente la scoperta di pianeti al di fuori del nostro sistema solare rappresenta una delle scoperte più eccitanti mai fatte dall’essere umano.

Indirizzi galattici

Tutti sappiamo più o meno dove abitiamo. Abbiamo un indirizzo, un numero civico. Tutto questo all’interno di una città, la quale fa parte di una provincia di una qualche regione di un certo stato.
Tutto questo, ovviamente sulla Terra.
Ah sì, poi la Terra si trova nel sistema solare; in particolare la Terra si trova a circa 150 milioni di chilometri di distanza dal Sole.
Bene. E il Sole? La nostra stella è nella nostra galassia, la Via Lattea.
Già ma dove? E poi, cos’è una galassia? Rispondiamo prima alla seconda domanda. Una galassia è un sistema stellare. Cioè è un insieme di stelle tenute insieme dalla gravità. Non ci sono solo stelle: c’è anche poco o tanto gas (prevalentemente idrogeno) e altre piccole particelle di materia (chiamate polvere). La Via Lattea poi è una galassia spirale ed è costituita da bracci di spirale, appunto. In tutto questo dov’è il Sole e quindi dove siamo noi? Dati raccolti qualche anno fa dal telescopio Spitzer della NASA potrebbero essere in grado di dircelo. La notizia è del 2008 o giù di lì ma credo che sia sempre un bene rinfrescarsi la memoria sulla nostra posizione nell’universo. Tenete presente che si tratta comunque di stime e gli astronomi non sono certi al cento per cento poiché noi siamo all’interno della Via Lattea e vediamo la nostra galassia solo di taglio. Sappiate che la possiamo vedere tutte le notti nel cielo:

La Via Lattea nel cielo della campagna del Texas (Fonte: Larry Landolfu, Rochester).

Insomma con tutte quelle polveri e nubi non è facile vedere le parti centrali della galassia e capire dove ci troviamo noi. Ma Spitzer è un telescopio che guarda la luce infrarossa e per fortuna la polvere non emette nell’infrarosso e per questo ha potuto effettuare le sue misurazioni. Il risultato? Secondo gli scienziati della NASA siamo in uno dei bracci a spirale, precisamente nei pressi del piccolo braccio di Orione, come potete vedere da questa ricostruzione artistica:

Ricostruzione artistica della Via Lattea con la posizione del Sole (Fonte:R.Hurt (SSC), JPL-Caltech, NASA).

In particolare sembra che ci troviamo a circa 240 milioni di miliardi di chilometri dal centro della nostra galassia!
Ma non è finita. Potremmo andare avanti a dire dove si trova la Via Lattea, ma ci fermiamo qua per il momento.
Insomma, ora lo sapete dove siamo più o meno nell’universo o almeno nella nostra galassia. Se aspettate  un pacco da un alieno che abita nella Via Lattea ora potete dare il giusto indirizzo. Completo, ovviamente.

O Sole mio!

Si dice che il Sole dia alla testa se si è troppo esposti. Beh, allora bisogna vedere l’abbronzatura del Solar Dynamics Observatory (SDO), un satellite della NASA che punta, osserva e studia il Sole praticamente per mestiere.
Infatti l’SDO è stato lanciato l’11 Febbraio 2010 per una missione della durata iniziale di cinque anni (ma poi chissà, magari anche di più) e ha iniziato a studiare la nostra stella 24 ore su 24. A studiare cosa? Parecchia roba: la variabilità in luminosità, le caratteristiche di emissione a diverse lunghezze d’onda elettromagnetica e anche studiare l’espulsione di particelle che poi vanno a danneggiare i nostri satelliti di comunicazione.
Il Sole è una stella, si sa. Si tratta di un’enorme palla di idrogeno principalmente, ma vi è anche un po’ di Elio e qualche altro elemento.
Il Sole ruota. Eh già. Proprio come la Terra. Anzi non proprio così; infatti la rotazione del Sole è differenziale. Questa parolona indica che, siccome si tratta di un corpo non solido, diverse parti a diverse latitudini ruotano con tempi differenti. In particolare si va dai 25 giorni della zona equatoriale ai 35 dei poli.
Il Sole è caldo? Sicuramente più di quello che possiamo sopportare noi essere umani. La temperatura superficiale del Sole è di circa (un po’ meno di) 6000 kelvin. Insomma fa parecchio caldo.
All’interno le temperature però sono davvero esagerate: 15 milioni di kelvin! Roba da fusione nucleare dell’idrogeno in elio. Appunto.
A volte è possibile notare da video e/o foto le cosiddette macchie solari; si tratta di zone nere, sicuramente molto affascinanti.
Innanzitutto capiamo perché sono nere. Il punto è che il colore non è altro che luce, ovvero radiazione elettromagnetica recepita dal nostro occhio e dai nostri rivelatori. Ovviamente un corpo emette a diverse lunghezze d’onda, ma generalmente ce n’è sempre una per cui l’emissione è maggiore. Inoltre l’emissione massima è legata alla temperatura.
Come la lama del fabbro quando è caldissima è blu incandescente mentre quando si raffredda è rossa, così le stelle: le più calde sono blu, le più fredde (ma siamo sempre sui 3000 kelvin!) sono rosse. Il Sole è diciamo a mezza via con il suo giallo.
Ora le macchie solari non sono zone freddissime ma hanno una temperatura intorno ai 4000 kelvin. Ma il fatto che le zone circostanti sono più calde forniscono un contrasto visivo per cui le macchie solari appaiono scure.
Per non parlare poi delle violenti eruzioni di gas che avvengono sulla superficie solare. Si tratta di un qualcosa di tanto spettacolare quanto violento. E soprattutto enorme. Nella foto seguente potete vedere le dimensioni di una relativamente piccola eruzione comparate con le dimensioni della Terra; l’immagine parla da sola:

Fonte: http://sdo.gsfc.nasa.gov

Perché vi racconto tutte queste cose?
Perché ieri è stato messo in rete un video molto bello che mette insieme tre anni di osservazioni dell’SDO.
Il satellite della NASA ha osservato il Sole con diversi filtri in modo da studiare l’emissione a differenti lunghezze d’onda e ha fornito (e continuerà a farlo) parecchi dati utili agli scienziati.
Ora, magari il video che vi faccio vedere in questo post è un po’ monotono… ma pensate che quello è il Sole, la stella che permette la vita sulla Terra e che, con questo video, potrete ammirare senza mettervi la mano sulla fronte per attenuare la luce!
Nella prima parte vi è un collage di tre anni di Sole visto come emette nella banda della radiazione ultravioletta (lunghezze d’onda più piccole della luce blu). Nell’ultima parte vi sono differenti lunghezze d’onda messe a confronto. In particolare in quella in alto a destra (4500 Angstrom) si riescono anche a notare le macchie solari di cui abbiamo accennato molto brevemente in precedenza.
Ecco il video della NASA (con musica, ovviamente):

Questo post è stato scritto principalmente per sottolineare come l’astrofisica sia bella, spettacolare, a volte anche selvaggia date per esempio le enormi esplosioni di gas che si possono ammirare sul Sole.
Ma l’astrofisica è anche utile è necessaria. Monitorare il Sole vuol dire cercare di capire come funziona la stella che permette la nostra vita e anche capire i rischi e/o pericoli per le cose che vogliamo far funzionare sul nostro pianeta che potrebbero essere danneggiate dall’attività solare.
Quindi ringraziamo SDO che tiene sotto controllo il nostro gigante buono.

Per altre informazioni: http://sdo.gsfc.nasa.gov/