STUDIARE L'ATMOSFERA DI ALTRE TERRE

Si stanno compiendo passi avanti nello studio delle atmosfere che circondano gli esopianeti rocciosi, in particolare quelle appartenenti alle superterre. Si tratta di pianeti di tipo terrestre, dunque rocciosi, di dimensioni maggiori di quelle della nostra Terra. 

Gli sforzi degli astronomi si concentrano sempre più sulla caratterizzazione di questa tipologia di pianeti e delle relative atmosfere in quanto si ritiene che siano i luoghi più promettenti per la ricerca della vita e delle tracce della sua presenza o attività.

La presenza di concentrazioni anomale di gas prodotti esclusivamente o strettamente collegati all'attività biologica può costituire un solido indizio circa la presenza di forme di vita su un determinato pianeta.

Questa volta l'attenzione si è rivolta ad una superterra in orbita attorno alla stella GJ 1132: si tratta in assoluto del pianeta più piccolo attorno a cui è stato possibile osservare e studiare l'atmosfera.

Per lo studio è stato utilizzato il telescopio da 2.2 metri dell'ESO/MPG situato in Cile. Per lo studio delle atmosfere ci si affida al buon vecchio metodo del transito: si attende che il pianeta transiti di fronte alla sua stella e, se possiede un'atmosfera, parte della luce stellare filtrerà attraverso l'involucro gassoso venendo selettivamente assorbita e rivelandoci dunque la sua composizione chimica.

Abbiamo accennato all'importanza dello studio se consideriamo le dimensioni del pianeta GJ 1132b: si tratta di una superterra ma avendo una massa ed un raggio rispettivamente pari a 1.6 e 1.4 volte quella terrestre...non è poi così super!

Insomma, questo studio certifica ufficialmente la nostra capacità di studiare atmosfere di pianeti rocciosi di piccole dimensioni, frutto del nuovo livello di sensibilità raggiunto dalla strumentazione disponibile e dai metodi di analisi dei dati.

GJ 1132b orbita in appena 1.6 giorni attorno ad una nana rossa distante circa 39 anni luce dal Sole, in direzione della costellazione della Vela. E' stato osservato simultaneamente a differenti lunghezze d'onda in 7 diverse bande dello spettro elettromagnetico. Dalle osservazioni è risultata una dimensione maggiore del pianeta ad una particolare lunghezza d'onda posta nell'infrarosso, rivelando la presenza di un'atmosfera opaca a questa particolare lunghezza d'onda. 

Utilizzando poi i dati raccolti in un modello che simuli al meglio quanto osservato, gli astronomi sono giunti ad un'atmosfera ricca di vapore acqueo e metano.

Ma, come spesso capita, la mancanza di alcuni dati al momento impedisce di saperne di più e di comparare la Terra con GJ 1132b: potrebbe essere un pianeta oceano o una terra con una calda atmosfera di vapore acqueo...
Il pianeta intanto riceve dalla sua stella 19 volte più radiazione rispetto alla Terra e la temperatura negli strati alti della sua atmosfera si stima attorno ai 260°C; la prossimità al suo sole fa ipotizzare che sia anche bloccato marealmente, rivolgendo sempre lo stesso emisfero alla stella e dunque creando complessi meccanismi climatici di trasporto del calore e di circolazione dei venti.

Se ne occuperà sicuramente a breve Hubble e nel prossimo futuro la nuova potente generazione di telescopi terrestri e spaziali. Per ora è stato fatto un altro importantissimo passo avanti.

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PROXIMA CENTAURI B. FASE 2: COMINCIA LA CARATTERIZZAZIONE.

Ricorderete molto bene la storica notizia della scoperta del pianeta extrasolare più vicino a noi: Proxima Centauri b, orbitante attorno alla stella più vicina in assoluto al Sole, ovvero Proxima Centauri. Con ogni probabilità, in un futuro forse non così remoto come potremmo pensare, si tratterà del primo mondo visitato dall'uomo (da una sonda o di persona) appartenente ad una stella diversa dal Sole.

Dopo anni ed anni di tentativi e falsi positivi la scoperta è arrivata, ma ora comincia un lavoro ancora più lungo e complicato: lo studio della struttura e della composizione del pianeta. In altre parole, la sua caratterizzazione.

I primi a cimentarsi in questa nuova fase sono stati gli astronomi francesi del CNRS e quelli statunitensi della Cornell University. I loro studi, in assenza di alcune importanti informazioni, sono basati su congetture il più possibile verosimili  organizzate in modelli che permettono il calcolo del raggio planetario e della posizione dei differenti strati di materia al suo interno.

Oltre alla conoscenza della composizione globale e della massa, il team ha assunto che il pianeta sia denso, solido e possegga acqua. Alcuni dati ignoti sono stati derivati dal sistema solare. 

Quindi il modello studiato si riconduce a quello utilizzato per lo studio di pianeti solidi senza atmosfere massive.

Tale modello ha attribuito al pianeta un raggio compreso tra 0,94 e 1,40 raggi terrestri. Il valore minimo coincide con un pianeta di 1.10 masse terrestri in cui il 65% della massa è concentrata nel nucleo, come Mercurio. Il valore massimo invece si basa su un pianeta di 1,46 masse terrestri in cui il 50% della massa è acqua. Quest'ultimo valore farebbe ipotizzare la presenza di un unico oceano d'acqua globale, rendendo Proxima b un vero e proprio pianeta oceano.

La realtà però è ancora avara di risposte sul pianeta: non conoscendo con certezza la massa, la presenza o meno di un'atmosfera e la sua struttura, risulta impossibile stimarne la densità media e quindi comprenderne la reale struttura interna. Dati fondamentali per caratterizzare un mondo, anche se questo si trova all'interno della zona abitabile del suo sistema.

I suddetti modelli si basano su evidenze statistiche che si stanno affinando in questi anni grazie al numero enorme di pianeti extrasolari scoperti, ma che non danno risposte certe: possono aiutare a restringere le probabilità indicando una direzione preferenziale.

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KEPLER: NUOVA VITA E... NUOVO PIANETA!

Il 15 maggio 2013 la NASA annunciò un guasto al giroscopio n°4 del telescopio spaziale Kepler, seguito a quello del luglio 2012 al giroscopio n°2; un danno tale da compromettere la capacità di puntamento del telescopio e dunque l'intera attività di ricerca. Si trattò di una pessima notizia per il telescopio Kepler che aveva sino ad allora scoperto migliaia di mondi in una porzione relativamente piccola di cielo e rivoluzionato la nostra concezione del cosmo in materia di sistemi planetari. Una volta compresa a fondo l'entità del danno, la missione di Kepler sembrò irrecuperabile tanto che cessarono addirittura gli studi per tentarne il recupero. Ma l'incredibile lavoro svolto dal team di Kepler e dalla NASA in generale riuscì, contro ogni probabilità, a dare nuova vita al telescopio con la sua "second light", ovvero la nuova missione estesa denominata K2. A partire dal 18 novembre 2013, sfruttando le potenzialità dei due giroscopi ancora perfettamente
funzionanti, Kepler ha concentrato il suo interesse sullo studio di oggetti del sistema solare, sulla ricerca di supernovae e.... sulla ricerca di pianeti di piccola taglia attorno alle nane rosse, in particolare quelli inclusi nella zona di abitabilità della loro stella.
Prima della missione K2, appena stabilizzato dopo la perdita del secondo giroscopio, Kepler lavorava con una precisione fotometrica di 300 parti per milione (ppm), assai inferiore alle 20 parti per milione che possedeva durante la piena operatività. La prospettiva della nuova missione estesa generò soluzioni frutto di un incredibile lavoro ingegneristico: si riuscì a portare Kepler (dotato di soli 2 giroscopi funzionanti e sottoposto agli scossoni della pressione della radiazione solare) alla precisione fotometrica di 44 ppm su una stella di 12 magnitudine sottoposta a 6,5 ore di integrazione. Sostanzialmente si è riusciti a riportare Kepler alla precisione posseduta dal telescopio prima dell'ultimo guasto, come se avesse ancora 3 giroscopi funzionanti. Durante la prima campagna osservativa di K2 il telescopio ha osservato in dettaglio una regione di cielo compresa tra la costellazione della Vergine e quella del Leone, mentre nella campagna 2 attualmente in corso il campo osservato comprende la testa dello Scoprione. Questa zona include anche i due ammassi globulari M4 e M80.

E proprio durante le osservazioni-test per la missione K2, svoltesi nel febbraio 2014, Kepler osservò un transito planetario sulla stella HIP116454, il primo della nuova vita del telescopio.
Si tratta di una stella arancione poco più piccola del Sole, posta a 180 anni luce da noi nella costellazione dei Pesci. Un sistema sofisticatissimo di compensazione della deriva del telescopio ha permesso di riconoscere il transito nei dati raccolti, evidenziandolo dal rumore di fondo. La conferma finale è stata però opera di HARPS-N, l'ultrasensibile spettrografo montato sul Telescopio Nazionale Galileo. Grazie alle sue sessioni osservative condotte in vari periodi del 2014 è stato possibile caratterizzare il pianeta.
HIP116454b è una superterra di 32200 km di diametro ( 2,5 volte la Terra ) con una massa 12 volte quella del nostro pianeta. Una così elevata densità fa ipotizzare che questo mondo sia un pianeta oceano o un piccolo pianeta nettuniano con un'estesa atmosfera gassosa. La temperatura planetaria è di poco inferiore ai 400°C. Orbitando a 13,5 milioni di km da suo astro (1/11 della distanza Terra-Sole), l'anno di questo pianeta dura solo 9,1 giorni terrestri.

Si tratta di un nuovo grande risultato collezionato da Kepler, acciaccato ma tutt'altro che spacciato, ed un grandissimo lavoro svolto dal team di ingegneri ed astronomi che seguono la sua missione. 

KEPLER 62e E KEPLER 62f : TANTA ACQUA E TANTE SPERANZE

Kepler ha scovato recentissimamente due pianeti di taglia terrestre che potrebbero avere tutte le carte in regola per ospitare forme di vita.

Non sono i primi ad essere considerati potenzialmente abitabili, ma sicuramente sono ora in cima alla lista.
I due pianeti appartengono ad un unico sistema planetario che orbita attorno alla stella di tipo solare Kepler-62.
Questo astro, classificato K2 e situato nella costellazione della Lira a 1200 anni luce da noi, ha una massa pari a 2/3 di quella del nostro Sole ed una luminosità pari ad 1/5. Il sistema planetario è composto da ben 5 pianeti: 3 orbitano troppo vicini alla loro stella (e dunque sono ritenuti inadatti ad ospitare forme di vita a causa dell'eccessivo calore superficiale) ed i 2 pianeti più esterni sono l'oggetto di questo approfondito studio.
Questi ultimi due pianeti, Kepler-62e e Kepler-62f, orbitano all'interno della zona di abitabilità del sistema e la loro taglia ridotta ha catturato l'attenzione degli astronomi.

Gli astronomi autori della scoperta suggeriscono che questi due pianeti possano essere 'pianeti oceano', ovvero pianeti interamente ricoperti da un profondo oceano e senza terre emerse.
Kepler-62e possiede una massa pari a 1.6 volte quella terrestre e rivoluziona in 122.4 giorni mentre Kepler 62f ha una massa pari a 1.4 volte quella della Terra ed il suo anno dura 267.3 giorni.

Se Kepler 62e avesse un'atmosfera di tipo terrestre sulla superficie ci sarebbero circa 30°C, mentre su Kepler-62f ci sarebbero -28°C. A causa delle caratteristiche della stella ed alla sua relativa vicinanza ai pianeti, se fossimo sulla superficie di questi due pianeti vedremmo un sole angolarmente più grande di quello che vediamo sulla Terra, ma la bassa luminosità della stella darebbe la sensazione di camminare per strada in un giorno nuvoloso.

Molto probabilmente Kepler-62e è un mondo caldo ed umido con un cielo molto nuvoloso e Kepler-62f è un pianeta più freddo ma comunque abitabile. La bella notizia è che i due pianeti mostrano un colore differente durante le analisi: questo dettaglio è alla base per lo studio di indicatori di attività biologica di qualche genere.
Restano da analizzare le atmosfere di questi due interessantissimi pianeti, che molto possono dirci sulla struttura, sulla composizione e sull'abitabilità di questi mondi.

Left to right: Kepler-22b, Kepler-69c, Kepler-62e, Kepler-62f, and Earth

Articolo
Fonti:
http://www.cfa.harvard.edu/news/2013/pr201311.html
http://www.sciencemag.org/content/early/2013/04/17/science.1234702
http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/news/kepler-62-kepler-69.html

STUDIARE L'ATMOSFERA DI UN ESOPIANETA: GJ 1214b

Nel 2009, per mezzo dell'Hubble Space Telescope, gli astronomi hanno scoperto l'esopianeta GJ 1214b in orbita attorno alla stella GJ 1214, distante 42 anni luce dal Sole nella costellazione dell'Ofiuco.
Questo pianeta è il prototipo di una nuova classe di pianeti extrasolari di taglia compresa tra quella della Terra e quella di Urano, caratterizzati da un'atmosfera ricchissima d'acqua.
Dalle prime osservazioni effettuate, non si capiva però se il pianeta fosse un mini-Nettuno con una spessa atmosfera di idrogeno ed elio oppure un pianeta oceano grande tre volte la Terra.
Per svelare l'arcano, Jacob Bean, un professore associato dell'Università di Chicago ha utilizzato un nuovo metodo di ricerca chiamato 'spettroscopia multi-oggetto' (MOS) avvalendosi delle osservazioni compiute dai più grandi telescopi terrestri. La tecnica permette di raccogliere gli spettri di centinaia di oggetti celesti simultaneamente. Il team guidato da Bean ha cercato di capire se il pianeta fosse realmente un gigante gassoso come immaginato o qualcosa di completamente differente, cioè un mondo con un'atmosfera prevalentemente composta da acqua.
Questo studio è ritenuto talmente importante che l'Hubble Space Telescope si è prestato allo studio del pianeta per un tempo 4-5 volte superiore a quello normalmente concesso. Bean, tramite l'utilizzo della spettroscopia di trasmissione, analizzerà la composizione atmosferica del pianeta con una precisione senza precedenti.
Tutto ciò servirà ad uno scopo ancora più importante: la ricerca di segnali chimici atmosferici generati da attività biologiche.
I primi dati farebbero pensare ad un pianeta oceano, ma ancora non si può dire con certezza. Intanto GJ 1214b sarà un ottimo banco di prova per determinare l'efficacia di questa tecnica e l'affidabilità della strumentazione, aprendo la strada allo studio intensivo e dettagliato delle atmosfere extrasolari.

UNA NUOVA CLASSE DI PIANETI EXTRASOLARI

Credit: Nature

E' di questi giorni l'annuncio della scoperta di una nuova classe di pianeti extrasolari, caratterizzata da pianeti di taglia intermedia tra quella terrestre e quella di Urano, che possiedono una spessa atmosfera ricchissima di vapore acqueo.

Il prototipo di questa interessantissima classe è GJ 1214b : una frazione importante della sua massa è costituita da acqua (25% roccia e 75% acqua). Il pianeta in questione è stato scoperto nel 2009 dal progetto MEarth Project e la sua peculiare caratteristica è stata evidenziata considerando il suo diametro pari a 2.7 volte quello terrestre ed il suo peso, ben 7 volte quello del nostro pianeta. Orbita attorno ad una nana rossa alla distanza di 2 milioni di km in sole 38 ore e possiede una temperatura superficiale oscillante tra i 120°C ed i 250°C.

Nel 2010 è stata osservata la sua atmosfera, rivelandone la composizione principalmente a base di acqua.

L'osservazione di grandi quantità di acqua potrebbe anche essere il frutto dell'emissione di uno spesso strato di vapore acqueo presente in quota nell'atmosfera del pianeta, senza che questa debba esserne necessariamente satura.

Per osservare la composizione atmosferica del pianeta è stata utilizzata la Wide Field Camera 3 (WFC3) dell' Hubble Space Telescope osservando la luce della stella che durante il transito planetario filtra attraverso l'atmosfera planetaria , rivelandoci il mix dei gas che la compone.

L'osservazione infrarossa di Hubble supporta l'ipotesi dell'atmosfera satura di vapore acqueo, abbandonando quella dello strato di vapore acqueo. 

La massa e la taglia del pianeta sono sconosciuti, a differenza della sua densità che risulta essere pari a 2 g/cm³; l'acqua ha una densità pari a 1 g/cm³ e la Terra 5.5 g/cm³ . Ciò suggerisce la presenza di molta più acqua su GJ 1214b rispetto alla Terra e una struttura interna molto differente da quella terrestre. Inoltre, alte temperature e pressioni creerebbero sostanze esotiche come 'acqua superfluida' e 'ghiaccio caldo' non esistenti nell'ambiente a noi familiare.

Pare che il pianeta si sia formato nelle regioni esterne del sistema planetario, dove il ghiaccio era presente in abbondanza, migrando poi verso zone più vicine alla stella transitando nella zona abitabile del sistema. Dunque per un certo periodo sul pianeta si sono verificate condizioni di tipo terrestre.
GJ 1214b è un ottimo candidato per il futuro James Webb Telescope anche grazie alla sua vicinanza alla Terra : solo 40 anni luce.


Fonti :
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2012/13/full/
http://hubblesite.org/pubinfo/pdf/2012/13/pdf.pdf
http://www.cfa.harvard.edu/news/2012/pr201204.html
http://en.wikipedia.org/wiki/GJ_1214_b