Il telescopio NASA Spitzer ha studiato l’atmosfera dell’esopianeta roccioso LHS 3844b

Dobbiamo iniziare ad abituarci a queste notizie: è solo l’inizio.
Capire bene se c’è o non c’è un’atmosfera su un esopianeta ci può far scoprire moltissime cose sui meccanismi che riguardano l’evoluzione dei pianeti in generale.

Gli esopianeti sono pianeti che orbitano attorno a stelle diverse dal Sole nella nostra galassia. Al momento, gli esopianeti conosciuti sono ormai più di 4000.

Il maggior contribuente alla scoperta di nuovi esopianeti è stato sicuramente il telescopio spaziale NASA Kepler, ormai andato in pensione dopo un decennio di attività.

In orbita nello spazio ora abbiamo il telescopio NASA TESS, con l’obiettivo di scovare esopianeti attorno alle stelle più luminose e vicine a noi. Questo obiettivo nasconde in realtà il vero obiettivo della missione: se troviamo pianeti vicini sarà più facile studiarne l’atmosfera con altri telescopi, dallo spazio oppure anche da terra.

TESS è ormai in orbita da più di un anno (fu lanciato il 18 aprile 2018) e ha già scoperto diversi esopianeti vicini. Ma per quanto riguarda le osservazioni di questi pianeti con altri telescopi per studiarne l’atmosfera?

Oggi vi racconto di un esempio di ciò. Vi racconto il caso dell’esopianeta LHS 3844b, scoperto nel 2018 da TESS.

Che tipo di pianeta è LHS 3844b?

LHS 3844b si trova a 48,6 anni luce da noi, quindi è relativamente vicino (come ci aspettiamo dalle scoperte di TESS) e dovrebbe essere un pianeta di tipo roccioso, cioè di tipo terrestre.

I dati e i modelli ci dicono che il pianeta LHS 3844b dovrebbe essere fatto principalmente di basalto (Fonte: [1])

Questo pianeta è stato scoperto grazie al metodo dei transiti: quando LHS 3844b passa davanti alla stella attorno a cui orbita (che si chiama LHS 3844) allora si nota un calo di luminosità della stella stessa. Siccome il pianeta passa regolarmente davanti alla sua stella (perché ci orbita attorno), allora i cali di luminosità pure sono periodici: ecco scoperto l’esopianeta.

Il calo di luminosità della luce della stella indica il passaggio di un pianeta (Fonte: [1])

La stella LHS 3844 è una stella di classe M: è molto piccola, di colore rosso e ha una temperatura superficiale dell’ordine dei 3000 gradi Celsius (il Sole, per confronto, ha una temperatura superficiale di circa 5500 gradi Celsius). Le stelle di classe M sono del tipo più abbondante presente nella nostra galassia e la probabilità di trovarci un pianeta attorno è elevata. Per questo è molto importante studiare per bene questo tipo di sistemi stellari e planetari, quando li becchiamo.

Ma c’è un’atmosfera su LHS 3844b?

Il telescopio spaziale NASA Spitzer è stato costruito per osservare l’universo alle lunghezze d’onda della luce infrarossa.

In generale, tutti i corpi che hanno una certa temperatura emettono luce a una certa lunghezza d’onda. La Terra, per esempio, è scaldata dal Sole, raggiunge una certa temperatura e poi emette proprio luce infrarossa. In questo modo i corpi emettono energia sotto forma di luce.

La stessa cosa accade all’esopianeta LHS 3844b: emette luce infrarossa e NASA Spitzer non si è lasciato sfuggire questa luce da osservare.

E che cosa ha scoperto Spitzer?

Prima di tutto una premessa: secondo i dati, l’esopianeta LHS 3844b impiega 11 ore per fare un giro intorno alla sua stella; ciò vuol dire che LHS 3844b, con un’orbita così rapida, mostrerebbe sempre la stessa faccia alla sua stella durante l’orbita, un po’ come fa la Luna con la Terra. Quindi, mezzo esopianeta è scaldato di continuo dalla stella e mezzo invece no.

Spitzer ha potuto misurare, durante l’orbita dell’esopianeta, la temperatura di entrambe le metà del pianeta e ha trovato una differenza di temperatura molto elevata, di circa 1000 gradi.

Perciò, la conclusione è : su LHS 3844b non ci dovrebbe essere alcuna atmosfera.

Questa conclusione nasce dal fatto che se ci fosse atmosfera allora l’aria calda da lato illuminato avrebbe contribuito, circolando, a diminuire la differenza di temperatura con l’altro lato sempre al buio. Tecnicamente, i dati escludono fortemente la presenza di una pressione atmosferica pari a circa 10 volte quella della Terra; inoltre escludono una pressione atmosferica circa quella della Terra, ma in caso di improbabili condizioni ancora non verificate per bene, questa eventualità potrebbe ancora essere considerata.

Ma quest’ultimo scenario è altamente improbabile, anche perché data la vicinanza del pianeta alla stella madre, l’atmosfera sarebbe tirata via a causa dell’intensa attività della stella stessa. Infatti le stelle di tipo M, sebbene più piccole del nostro Sole, sono molto più malefiche: emettono una gran quantità di luce ultravioletta in grado di distruggere le molecole presenti in una eventuale atmosfera di un pianeta. E, più vicino un pianeta alla sua stella di classe M, peggiore è la situazione.

Insomma, alla fine sarebbe meglio se avessimo trovato, attorno a una stella di tipo M, un esopianeta con atmosfera al seguito. Tuttavia, anche studi come quelli relativi all’esopianeta LHS 3844b sono utili e importantissimi (e ci mancherebbe!) perché possono mettere dei vincoli importanti sui meccanismi (esterni e interni al pianeta) che spiegano perché un pianeta riesce o non riesce a trattenere un sottile strato di gas attorno alla sua superficie, cioè un’atmosfera che renderebbe il pianeta estremamente interessante.


[1] Kreidberg et al., “Absence of a thick atmosphere on the terrestrial exoplanet LHS 3844b,” Nature 19 August 2019 [pdf su ArXiv]

Elon Musk vuole bombardare Marte. Ma non è una buona idea

Elon Musk l’ha sparata grossa. Non solo: ciò che ha proposto non può proprio funzionare.

Qualche giorno fa Elon Musk, il milioniario a capo di Space X, se n’è uscito su Twitter così.

Facepalm.

Nuke Mars!” cioè “Bombardiamo Marte con delle testate nucleari!” è, senza giri di parole, una grossa sciocchezza (e non è la prima volta che Musk lo dice, tra l’altro).

Ma andiamo con calma: perché Musk vuole bombardare Marte?

L’idea di Musk sarebbe quella di bombardare in particolare le calotte polari di Marte, in modo da liberare gas serra (come il vapore acqueo e l’anidride carbonica) intrappolati nel ghiaccio così da liberarli nell’atmosfera. Questi gas innescherebbero quindi il ciclo dell’effetto serra a ritmo più intenso e Marte si scalderebbe. Così, a occhio, vi sembra un buon piano? Bene, ora vi dico perché non lo è neanche per sbaglio.

L’idea non è fattibile per tre motivi semplici

Partiamo da una considerazione base: non è possibile fare questa cosa. Anche volendo provarci, le bombe nucleari a disposizione non sono abbastanza potenti. Ecco, potremmo fermarci qui. Ma qualcuno potrebbe dire: OK, allora costruiamo bombe nucleari più potenti. Gosh.

Va bene, allora darò altri due motivi seri per farvi capire che l’idea di Musk non è da considerare.

Primo punto importante: Elon Musk non ha alcun diritto di bombardare Marte. E, inoltre, non spetta a Elon Musk decidere che cosa fare su Marte, nel senso che non decide una persona sola che cosa fare su un altro pianeta.

Dal punto di vista de trattati, ne esiste uno prodotto nel 1966 dalla risoluzione 2222 (XXI) dell’ONU: si chiama The Outer Space Treaty e in qualche modo stabilisce come gli Stati della Terra devono comportarsi nei riguardi di territori nello spazio.

In particolare:

Gli Stati non devono usare armi nucleari o di distruzione di massa in orbita o sulla superficie dei corpi celesti, oppure posizionare tali armi nello spazio in altro modo;

Gli Stati devono evitare di contaminare lo spazio e i corpi celesti in modo nocivo.

The Outer Space Treaty

Ci siamo capiti, insomma. Questo trattato è del 1966, quindi stipulato in un’epoca di piena Guerra Fredda, corsa allo spazio e agli armamenti; perciò è chiaro l’intento del testo. Tuttavia non vedo perché le stesse cose non debbano valere anche nel 2019: una nazione in grado di stazionare bombe nucleari nello spazio eserciterebbe sicuramente una pressione notevole su qualunque altro stato e sarebbe pericoloso per tutti.

Tornando a questioni più scientifiche, ecco un altro motivo per cui l’idea è bislacca: bombardare Marte con testate nucleari potrebbe contaminare non poco il pianeta rosso. Infatti, se ormai sappiamo che la superficie di Marte non presenta forme di vita, (ancora) non possiamo dire la stessa cosa per il sottosuolo di Marte. Un’esplosione nucleare comprometterebbe seriamente qualsiasi futura ricerca di questo tipo.

Ma facciamo due conti: c’è abbastanza gas serra intrappolato su Marte?

Piccola premessa: una buona sintesi di quello che leggerete tra poco la trovate in questo post di Luca Nardi sul blog Cronache dal Silenzio.

Ora qui proviamo ad andare insieme un po’ più nel dettaglio per capire la non fattibilità dell’idea di Musk.

Nel 2018 qualcuno ha provato a fare dei conti e i risultati di questa ricerca hanno prodotto un articolo pubblicato su Nature dagli scienziati Jakoski e Edwards: a prescindere dalle bombe o meno, se davvero liberassimo tutti i gas serra di Marte, riusciremmo a creare una nuova Terra?

Il punto è capire se la quantità di gas serra intrappolata su Marte sia abbastanza per fare due cose: 1) scatenare un effetto serra che porti le temperature a livelli accettabili per la vita; 2) avere una pressione tale da ottenere acqua allo stato liquido in maniera stabile sulla superficie di Marte.

Nello studio del 2018, Jakoski e Edwards mostrano che se liberassimo tutti i gas serra dalle calotte polari e anche dal suolo marziano, arriveremmo a un effetto serra in grado di aumentare la temperatura di circa 10 gradi e al massimo arrivare a una pressione atmosferica di circa 20 mbar (si legge milli-bar). Per confronto, sulla Terra la pressione atmosferica è di circa 1013 mbar.

Ho dato i valori di pressione e temperatura perché le due quantità vanno a braccetto per capire se c’è possibilità di avere acqua liquida. Infatti, sulla Terra noi ragioniamo in termini di temperatura perché sappiamo che la pressione atmosferica ha un valore ben definito. Ma se variasse anche la pressione, allora le temperature delle diverse fasi dell’acqua non sarebbero più le canoniche 0°C e 100°C ma sarebbero altre.

Ecco, questo discorso va fatto su Marte. Qui sotto c’è un diagramma pressione-temperatura per le fasi dell’acqua su Marte.

La linea gialla del grafico indica ciò che accade sulla Terra e che sappiamo tutti: alla pressione atmosferica terrestre, aumentando la temperatura (asse orizzontale), l’acqua passa da solida (zona verde) a liquida (zona blu) e a gas (zona viola).

La linea rossa invece descrive la situazione attuale su Marte: la pressione è 6 mbar e, come potete vedere, la linea rossa non passa mai per la zona blu, cioè su Marte, oggi, non può esistere l’acqua liquida. Se però potessimo alzare la pressione su Marte, magari aumentando la quantità di gas nell’atmosfera, ecco allora che la linea rossa si sposterebbe più in alto e attraverserebbe la zona blu. Ma, allo stesso tempo, dovremmo avere anche le temperature adatte per stare nella zona blu.

Su Marte, le temperature vanno dai -140°C notturni ai circa 20°C di giorno. Con un aumento di circa 10 gradi (come previsto dallo studio di Jakoski e Edwards nel caso di un aumento di pressione di 20 mbar), potremmo avere dunque acqua liquida in alcune parti della giornata, ma non riusciremmo ad averla in maniera stabile durante tutto il giorno (se si fanno i conti, la temperatura dovrebbe aumentare di almeno 60 gradi per avere acqua liquida in corrispondenza di un aumento di pressione di 20 mbar).

In più, c’è un ulteriore ingrediente da aggiungere a questo racconto: Marte perde continuamente gas serra. Marte ha una massa più piccola di quella della Terra e già questo vuol dire una gravità più bassa e quindi una capacità minore di trattenere del gas nella propria atmosfera. E in questo contesto poi operano anche la luce ultravioletta e le particelle cariche provenienti dal Sole: questi due agenti spaccano le molecole di vapore acqueo e anidride carbonica che si trovano nell’atmosfera marziana. Le molecole spaccate scappano via nello spazio: in questo modo parte dei gas serra sono persi e non c’è modo di farli tornare indietro nell’atmosfera.

Insomma, tutto questo ragionamento è per dire: anche avendo la capacità tecnologica per liberare tutti i gas serra e anche chiudendo (più di) un occhio sulla distruzione del suolo marziano, comunque non ci sarebbero le condizioni per rendere Marte simile alla Terra, come segue dallo studio di Jakoski e Edwards. Le future missioni su Marte potrebbero fornire dati più precisi, ma le stime fatte da Jakoski e Edwards si basano su ipotesi piuttosto conservative e non credo saranno smentite dalle missioni ExoMars o MAVEN, per esempio.

Mettersi l’anima in pace e fare meno propaganda

Elon Musk ha di nuovo fatto propaganda, insomma. L’ultima volta lo aveva fatto con il lancio del Falcon Heavy con a bordo la Tesla, ma almeno là c’era il successo di un lanciatore che sarà molto utile in futuro alla NASA e all’esplorazione spaziale.

Stavolta (e non credo sia un caso), subito dopo il tweet “Nuke Mars!”, Musk ha subito tweetato un link per acquistare magliette, e poi ha cambiato la sua immagine del profilo. Ma insomma, tanto rumore per nulla, se non per il merchandising di Musk.

Possiamo dire, visto il tweet, che Musk l’ha sparata davvero grossa.

Come ruotano i pianeti

I pianeti girano su se stessi, ma in che modo? Lo fanno velocemente o lentamente? Scopriamolo insieme e vediamo anche perché.

Di recente, l’astrofisico James O’Donoghue (postdoc alla JAXA, agenzia spaziale giapponese) ha realizzato un’animazione bellissima sulla rotazione dei pianeti (più Plutone e Cerere). Eccola qua.

Ci sono gli otto pianeti del Sistema solare e per ciascuno sono indicati due dati:

1) inclinazione del pianeta rispetto all’orbita attorno al Sole; l’angolo che leggete è quello tra l’asse di rotazione e il piano su cui orbitano tutti i pianeti.

2) la durata (in giorni, ore e minuti terrestri) del giorno siderale, cioè del tempo che impiega un pianeta per fare un giro completo attorno al proprio asse e rivedere le stelle in cielo nella stessa posizione del giorno prima. I moti nell’animazione sono correttamente in proporzione tra i vari pianeti.

Ci sono alcune cose interessanti, vediamole insieme.

Tutti insieme appassionatamente

Per esempio, tutti i pianeti (visti dall’alto) ruotano in senso antiorario.

Le uniche eccezioni sembrerebbero essere Venere e Urano, che ruotano in senso orario. In realtà, se diciamo che Venere e Urano sono a “testa in giù”, se guardiamo anche questi due pianeti dall’alto verso il basso (cioè con la freccia gialla che punta verso l’alto) abbiamo che anche Venere e Urano ruotano in senso oraio. Naturalmente se non definiamo le cose in questo modo, possiamo dire che Venere e Urano (e, a proposito, anche Plutone) ruotano in senso anti-orario, ma ecco, secondo me non ne vale la pena visto che abbiamo un modo per catalogare la rotazione di tutti i pianeti, pianeti nani e asteroidi (ma tenete a mente che stiamo solo usando una particolare definizione delle cose).

Urano è anche molto particolare perché il suo asse di rotazione è quasi parallelo al piano delle orbite dei pianeti: praticamente Urano è come una palla che rotola su un tavolo.

Il fatto che tutti i pianeti ruotino nello stesso senso non è un caso, ma ha una spiegazione. Tutto inizia con la nube di gas e polveri che ha formato il Sistema solare. La nube è collassata su se stessa mentre ruotava: l’informazione sulla rotazione si è conservata, perché non ci sono state interazioni esterne sulla nube, e quindi ora abbiamo i pianeti (anche quelli nani come Cerere e Plutone e poi pure gli asteroidi) che ruotano tutti nello stesso verso. L’informazione che si conserva ha un nome: si chiama momento angolare.

NOTA: il momento angolare si ottiene moltiplicando tra loro il raggio dell’orbita e la velocità di rotazione. Il risultato di questa moltiplicazione, nei sistemi isolati resta sempre costante. Perciò se diminuisce il raggio dell’orbita, aumenta la velocità di rotazione, e viceversa. Inoltre, al momento angolare è anche associata una direzione, cioè la direzione iniziale di rotazione: anche questa si conserva in assenza di interazioni esterne e questa cosa spiega perché tutti i pianeti ruotano nella stessa direzione. Poi, certo: la formazione del Sistema solare non è stata una passeggiata e tutti i pianeti sono inclinati in modi diversi.

Su Venere è sempre lunedì, su Giove e Saturno invece è sempre sabato

Per quanto riguarda la durata del giorno siderale, notate la lentezza di Venere. Come potete vedere, una giornata su Venere dura circa 243 giorni terrestri; un anno su Venere invece (questo ve lo dico io che non c’è scritto nell’animazione) dura circa 225 giorni terrestri. Ciò vuol dire che un giorno venusiano dura più di un anno venusiano. Questo giusto per dire quanto possa essere bizzarro l’universo, almeno secondo i nostri canoni terrestri.

L’alta velocità di rotazione di Giove e Saturno è dovuta al fatto che, a causa della loro grande massa, hanno pescato materiale anche a grandi distanze nella nube originaria del Sistema solare.

Infatti, una massa grande corrisponde a un campo gravitazionale più intenso; quindi gas che si trovata più lontano è caduto su Giove e Saturno e ha reso i pianeti più grossi. Ma questo gas arrivato da lontano, durante la caduta è diventato più veloce (di nuovo, per la conservazione del momento angolare di cui dicevo prima). Questa velocità la vediamo oggi nella rapidità di rotazione dei due pianeti.


Ma non vi preoccupate troppo della durata del giorno sui vari pianeti. Almeno per ora, il posto migliore per prendere le ferie resta sempre e solo uno: la Terra.