Il sistema della stella
HD 188753 AB
Corso di astronomia per tutti
Pianeti di altre stelle
In viaggio verso il più vicino pianeta extra-solare…
Un pianeta extrasolare (o esopianeta) è un pianeta non appartenente al sistema
solare, orbitante cioè attorno a una stella diversa dal Sole
Al 26 gennaio 2016 risultano conosciuti 2052 pianeti extrasolari in 1300 sistemi planetari
diversi (di cui 507 multipli) e 200 altri pianeti in attesa di conferma o controversi
La scoperta della maggior parte
degli esopianeti è resa possibile
da metodi di osservazione
indiretta piuttosto che da
osservazioni al telescopio
A causa dei limiti delle tecniche
di osservazione attuali, la
maggior parte dei pianeti
individuati sono giganti
gassosi come Giove e, solo in
misura minore, pianeti
rocciosi massivi del tipo Super
Terra, anche se ultimamente la
frazione di pianeti più piccoli
sta notevolmente crescendo,
soprattutto grazie alla missione
Kepler
I pianeti, in confronto alle stelle, emettono molta meno luce nel cosmo
Per questo motivo, l'individuazione diretta di pianeti extrasolari risulta estremamente difficile:
in condizioni normali di visibilità, i pianeti hanno solitamente una luminosità pari a circa un
milione di volte meno di quella di una stella
In aggiunta a questa intrinseca difficoltà di rilevazione, la maggiore luminosità delle stelle,
attorno alle quali orbitano i pianeti, causa un bagliore che tende a coprire la luce debolmente
riflessa dai corpi celesti del rispettivo sistema
Sono sei i metodi usati per l’osservazione
indiretta dei pianeti extrasolari:
Astrometria
L'astrometria consiste nella misurazione
precisa della posizione di una stella nel
cielo e nell'osservare in che modo questa
posizione cambia nell'arco del tempo
Se la stella ha un pianeta, allora
l'influenza gravitazionale del pianeta
stesso causerà alla stella un leggero
movimento circolare o un'orbita ellittica
attorno a un comune centro di massa
Velocità radiali
Questo metodo è conosciuto anche col
nome di metodo Doppler
Le variazioni nella velocità con cui la
stella si avvicina o si allontana
dalla Terra — questa velocità è definita
appunto come velocità radiale della stella
rispetto alla Terra — possono far
dedurre la presenza di un pianeta, a
causa di spostamenti periodici delle righe
spettrali della stella, in accordo con
l'effetto Doppler
Col passare del tempo, questa è diventata
la tecnica più produttiva usata dai
"cacciatori di pianeti"
Con questo metodo si può determinare
la massa di un pianeta extrasolare
Transito
Se un pianeta passa (transita) di
fronte alla propria stella, allora è
osservabile una riduzione della
luminosità della stella eclissata
L'ammontare della variazione
dipende dalla dimensione del pianeta
e della stella stessa
I pianeti extrasolari si distinguono
dalle stelle variabili a eclisse dal
fatto che nella curva di luce dei
primi c'è un'unica variazione, nelle
seconde invece le variazioni sono due
Con questo metodo si possono
determinare le dimensioni del
pianeta extrasolare
Variazioni degli
intervalli di
emissioni di una
Pulsar
Una pulsar (il residuo
piccolo e ultradenso
di una stella che è
esplosa in
una supernova),
ruotando,
emette onde radio a
intervalli
estremamente
regolari
Leggere anomalie
negli intervalli delle
emissioni possono
essere usate per
tracciare
cambiamenti nel moto
della pulsar, causati
dalla presenza di uno
o più pianeti
Microlente gravitazionale
L'effetto della lente
gravitazionale avviene
quando i campi
gravitazionali di due corpi
celesti cooperano per
focalizzare la luce di una
stella lontana
Se il primo corpo celeste
(quello più vicino
all'osservatore) è un pianeta,
ciò sta a significare che
possiede un campo
gravitazionale tale da
contribuire in modo
importante all'effetto della
microlente gravitazionale
Dischi
circumstellari e
protoplanetari
Le nubi di
polveri circondano
molte stelle, ed
esse possono essere
individuate poiché
in grado di
assorbire la luce
stellare e
riemetterla sotto
forma di radiazione
infrarossa
Analizzando
attentamente le
nubi di polveri, è
possibile
individuare elementi
che suggeriscono la
presenza di pianeti
e/o protopianeti
Rilevamento
diretto
L'individuazione di
pianeti extrasolari
mediante imaging
diretto è resa
molto difficile dal
fatto che
l'osservazione di
tali corpi celesti è
disturbata dalla
luminosità della
stella madre, che
offusca la
luminosità, molto
più debole, emessa
dai pianeti
È più facile
ottenere immagini
dirette quando il
pianeta è
particolarmente
massiccio (molto
più grande
di Giove), la sua
orbita è molto
lontana dalla stella
madre, ed è caldo,
in modo da
emettere
radiazione
infrarossa; si sono
ottenute, così,
immagini di pianeti
che sono più
luminosi
all'infrarosso che
nello spettro della
luce visibile
Immagine diretta di esopianeti attorno alla stella HR 8799, ottenuta con
un coronografo a vortice su una porzione di 1,5 m del Telescopio Hale
Molti astronomi si domandano
perché molti pianeti extrasolari
siano giganti gassosi di grandi
dimensioni e perché si trovino molto
vicini alla loro stella, rispetto a
quelli del nostro sistema solare
Per esempio, τ Bootis ha un pianeta
4 volte più grande di Giove a meno di
un quarto di unità astronomica (UA)
di distanza (cioè un quarto della
distanza Terra-Sole)
Una possibile risposta è che i
metodi di ricerca odierni
favoriscano l'individuazione di
questo tipo di sistemi: un grande
pianeta posto a piccola distanza
amplifica le oscillazioni della stella,
ed esse sono facilmente visibili
come effetto Doppler
Un pianeta più piccolo, a distanza più
grande, provoca oscillazioni molto
più piccole e difficili da vedere
bene l'idea
Un'altra spiegazione è che i pianeti si siano formati a distanze maggiori, per poi muoversi
verso l'interno a causa delle reciproche interazioni gravitazionali
Tale modello è stato chiamato modello dei «Giovi Saltellanti», nome che rende bene l'idea
Simulazione della migrazione dei pianeti esterni e della fascia di Kuiper
a.
b.
c.
Prima della risonanza 2:1 tra Giove e Saturno
Dispersione degli oggetti della fascia di Kuiper dopo la migrazione orbitale di Nettuno
dopo l'espulsione degli asteroidi da parte di Giove
(orbita di Giove in verde - orbita di Saturno in arancione - orbite di Urano e Nettuno in blu chiaro e blu
scuro)
La missione Kepler è una missione spaziale della NASA il cui scopo è la ricerca e conferma di pianeti simili
alla Terra in orbita attorno a stelle diverse dal Sole
Il veicolo spaziale, chiamato in onore dell'astronomo tedesco del diciassettesimo secolo Johannes Kepler è
stato lanciato con successo il 7 marzo 2009
Oggi purtroppo la missione è stata parzialmente pregiudicata da guasti meccanici
La parte di cielo osservata
dalla sonda Kepler
Per coprire tutto il cielo ci
vorrebbero circa 400 sonde
come Kepler!
Il sistema di Kepler 444, a 117 anni-luce da qui: cinque piccoli pianeti attorno a Kepler-444,
una stella simile al Sole
Il più piccolo è grande più o meno come Mercurio, il più grande come Venere
Orbitano tutti molto vicini alla loro stella, a una distanza inferiore a quella di Mercurio dal Sole
Gli oltre 1200
candidati di
pianeti extrasolari
della missione
Kepler, in scala,
assieme alla loro
stella
Per riferimento, il
Sole e Giove sono
quelli fuori dalle
righe, sulla destra
in alto
Orbite di alcuni dei sistemi planetari scoperti dalla sonda Kepler
La zona abitabile, e più precisamente, zona abitabile circumstellare o CHZ, indica la
regione intorno a una stella ove è teoricamente possibile per un pianeta mantenere acqua
liquida sulla sua superficie
Il concetto è basato sulle condizioni favorevoli per la vita per come noi la conosciamo sulla
Terra, dove l'acqua liquida è essenziale per tutte le forme di vita conosciute; quindi i
pianeti in grado di avere acqua liquida in superficie sono considerati tra i più favorevoli
per ospitare vita extraterrestre
La zona abitabile dipende dalla luminosità delle stelle che determina la distanza ottimale
La zona abitabile di Gliese 581 rapportata con quella del Sole
Kepler-20e ruota vicino alla propria stella, simile al Sole, a 7,6 milioni di km ed ha
una temperatura superficiale di circa 1040° K
Kepler-20 f pianeta ha un raggio di circa 1,03 quello terrestre ed una temperatura superficiale
di circa 700° K: orbita a una distanza media di 17,5 milioni di chilometri su un'orbita
piuttosto eccentrica
La caccia al gemello della Terra ha fornito candidati sempre più simili, fino a Kepler-62e,
orbitante attorno alla stella Kepler-62, una nana arancione distante 1200 anni luce
dal sistema solare, situata nella costellazione della Lira
Il pianeta, con un raggio 1,6 volte quello terrestre, è probabilmente una super Terra con
superficie solida, e si trova nella zona abitabile della stella, ove è possibile la presenza di
acqua liquida in superficie
Kepler 62 compie un'orbita
attorno alla sua stella ogni 122
giorni ad una distanza di
0,427 UA insieme agli altri 4
pianeti confermati del suo
sistema stellare
Il Planetary Habitability
Laboratory dell'Università
di Arecibo ha calcolato la sua
temperatura d'equilibrio in
266 K (-7 °C)
Considerando invece
un'atmosfera simile a quella
della Terra tale valore sale, per
l'effetto serra, a 304 K (+31
°C), valore che permette
l'esistenza di acqua liquida in
superficie
La parte interna del nostro Sistema Solare
sovrapposta all'orbita dei pianeti HD 179949 b, HD
164427 b, Epsilon Reticuli Ab, e Mu Arae b
Considerata la sua natura super-terrestre Kepler 62 potrebbe però avere un'atmosfera più
densa di quanto ipotizzato, ed essere più simile a Venere (737 K)
Considerando come corretta l'ipotesi di atmosfera terrestre il suo Earth Similarity Index è
il più alto conosciuto, pari a 0,824
I pianeti potenzialmente abitabili conosciuti
Attorno alla stella HD 69830
Alcuni degli esopianeti conosciuti, partendo da quelli più distanti dalla loro stella
(circa 5.000 volte la distanza Terra- Sole…)
Alcuni degli esopianeti orbitano attorno a stelle binarie
Un pianeta attorno a una stella gigante
Immagine artistica del pianeta extrasolare HD 28185 b e la sua luna
«In questo modo diciamo esser un infinito, cioè una eterea regione inmensa, nella quale
sono innumerabili ed infiniti corpi, come la terra, la luna ed il sole»
De l'infinito, universo e mondi, Giordano Bruno, 1584
Ma le stelle candidate ad avere pianeti possono essere tenute sotto controllo anche dagli
astrofili!
La UAI ha costituito una sezione di ricerca pianeti Extrasolari, fornendo una lista di stelle
da tenere sotto osservazione col metodo dei transiti
Qui accanto la prima
osservazione nel 2004 da
parte di astrofili in
Belgio
Nel 2007 anche due
italiani, Claudio Lopresti e
Daniele Gasparri sono
riusciti nell’impresa,
Qui sopra l'autore delle
osservazioni relative alla
scoperta, Claudio Lopresti,
e il telescopio utilizzato,
Diam. 180 mm., focale 720
mm. F/4 + CCD
E Lopresti ha prodotto anche
una guida in italiano alle
osservazioni!
Un’avvertenza: si tratta di
un’attività che richiede
abbastanza esperienza
osservativa, un telescopio di
diametro minimo 20cm, una
camera CCD e una buona
conoscenza delle
problematiche di fotometria
Volete saperne di più?
Eccovi i link ai due magnifici seminari
tenuti a Roma da Giovanna Tinetti dello
University Collage di Londra e della
Royal Society:
•
https://elearning2.uniroma1.it/mod/
resource/view.php?id=72706
•
https://elearning2.uniroma1.it/mod/
resource/view.php?id=73571
O, in alternativa, potete comprare, sia
in versione cartacea che e-book il suo
libro:
