VERSO ALTRE TERRE?

La ricerca dei pianeti extrasolari nella storia

Vi sono alcune domande fondamentali a cui vorremmo un giorno poter rispondere:

siamo soli nell’universo?

Ci sono altre forme di vita, eventualmente intelligenti, su altri mondi?

E’ possibile, o sarà mai possibile, entrare in contatto con esse?

PERCHE’ CERCARE PIANETI EXTRASOLARI?

Nel corso dei millenni, queste domande e le implicazioni legate a queste domande hanno affascinato grandi pensatori, filosofi, mistici e uomini di scienza.

Gli strumenti adottati per cercare risposte erano la pura speculazione e l’immaginazione.

In mancanza di dati certi, la soluzione non poteva che discendere dalla forma mentis di chi si poneva la questione. Così, accanto a Epicuro e Giordano Bruno, convinti dell’esistenza di altri mondi abitati da esseri simili a noi, altri, come Aristotele negavano tali possibilità.

Perché cercare pianeti extrasolari?

Diceva Aristotele:

“La terra è l’elemento freddo e secco, che tende verso il basso; essa deve essere controbilanciata dal suo elemento contrario, il fuoco, che è caldo e secco, e tende verso l’alto. Fra essi devono esistere altri due elementi con funzioni mediatrici: l’acqua, fredda e umida, e l’aria, calda e secca.

Anche l’acqua tende verso il basso, come ci viene provato dallo scorrere dei fiumi. L’aria invece tende verso l’alto, come vediamo dalle bolle d’aria contenute nell’acqua che vengono a galla. In base a queste teorie, il mondo sublunare risulta divisibile in quattro sfere: una più interna costituita di terra, e poi via via altre tre costituite ordinatamente di acqua, aria, fuoco”.

Aristotele

Queste sfere però non vanno intese in senso assoluto, perché già sappiamo che di fatto i quattro elementi non sono integralmente separati tra loro, ma anzi sono mescolati e proprio la loro mescolanza dà origine agli esseri corruttibili. Esse rappresentano soltanto dei "luoghi naturali", cioè quattro sfere verso cui ognuno dei quattro elementi tende spontaneamente a portarsi, non appena libero di muoversi.

Da questa teoria dei "luoghi naturali" Aristotele ricava che il moto naturale della terra e dell’acqua è verso il basso, mentre quello dell’aria e del fuoco è verso l’alto; aggiunge anzi (ed è uno dei più noti "errori" della sua fisica) che più un corpo è pesante, più grande dovrà essere la sua velocità di caduta.

La teoria dei "luoghi naturali" serve pure ad Aristotele a dimostrare l’unicità del mondo: secondo essa, infatti, ogni elemento di terra, di acqua, di aria, di fuoco tende naturalmente alla sua sfera e, perciò, nel globo sublunare devono essersi concentrate tutta la terra, l’acqua, l’aria, il fuoco a disposizione dell’universo.

Non avanza quindi alcun residuo di tali elementi per formare altri mondi.

Aristotele

Il sistema aristotelico-tolemaico (sistema geocentrico) poneva la Terra al centro. Attorno a essa ruotavano tutti gli altri pianeti allora noti, il Sole e le stelle fisse.

Aristotele (383 a.C. – 322 a.C.)

Aristotele

Epicuro

Epicuro (342 a.C. - 270 a.C.)

“Esistono infiniti mondi sia uguali che diversi dal nostro. Dobbiamo credere che in tutti questi mondi esistono creature viventi e piante e le tante altre cose che vediamo in questo mondo”. Epicuro

Nicola Cusano (1401-1464) e Giordano Bruno (1548-1600) discutono della unicità del Sole e della sua singolarità nell’universo.

Bruno viene condannato al rogo nel 1600 per la sua affermazione che, oltre ad altre cose, vi sono altre stelle e sistemi solari, a parte il nostro.

Giordano Bruno

“Esistono innumerevoli soli e innumerevoli terre in orbita intorno ai loro soli […] Vediamo solo le stelle perché sono i corpi più grandi e sono luminosi, mentre i loro pianeti rimangono invisibili perché sono più piccoli e non luminosi. Gli altri mondi nell'Universo non sono né peggiori né meno abitati della nostra Terra”. Giordano Bruno (1548-1600)

Oggi ne abbiamo conferma“Esistono innumerevoli soli e innumerevoli terre in orbita intorno ai loro soli…”

Giordano Bruno aveva ragione

Nicolò Copernico (1473-1543) è il primo astronomo moderno a suggerire che la Terra, assieme agli altri pianeti, orbiti intorno al Sole, e non viceversa. Le sue idee, anche se controverse al tempo, sono l’inizio di un nuovo modo di pensare il disegno dell’universo.

Nicolò Copernico

Col la rivoluzione copernicana, si spostò la Terra dal centro del “mondo” relegandola a semplice pianeta, uno dei tanti allora già conosciuti.

Il sistema copernicano, con il Sole come centro di moto dei pianeti e la Terra declassata a semplice pianeta, fu proposto da Copernico nel suo libro “De Revolutionibus Orbium Caelestium”.

Nicolò Copernico

Il “De Revolutionibus Orbium Caelestium” venne pubblicato nel 1543 a Norimberga e segnò una data fondamentale nella storia dell’umanità.

Vuole la leggenda che Copernico morente ne abbia ricevuta la prima copia nel suo ultimo giorno di vita. Fu scritto che, avendogliela alcuni amici messa fra le mani, lui incosciente si sia risvegliato dal coma, abbia guardato il libro e, sorridendo, si sia spento.

Il libro uscì con una piccola prefazione del teologo luterano Andrea Osiander, dove si presentava la teoria del sistema eliocentrico come una ipotesi matematica. Nel 1616 l'opera di Copernico fece parte dell'elenco dei libri proibiti e vi rimase fino al 1835 quando la Chiesa cattolica accettò definitivamente il fatto che fosse il Sole e non la Terra al centro del sistema planetario. Intanto, l'opera di Copernico aveva già influenzato le idee di Brahe, Keplero, Galileo e Newton.

Nicolò Copernico

Il sistema eliocentrico

“E in mezzo a tutto sta il Sole. Chi infatti, in tale splendido tempio [dell’Universo] disporrebbe questa lampada in un altro posto o in un posto migliore, da cui poter illuminare contemporaneamente ogni cosa?

Non a sproposito quindi taluni lo chiamano lucerna del mondo, altri mente, altri regolatore. […] Così il Sole, sedendo in verità come su un trono regale, governa la famiglia degli astri che gli fa da corona”. Nicolò Copernico, 24 maggio 1543

Passano i secoli

Da quel momento in poi, per molti secoli, l’esistenza di eventuali sistemi planetari al di fuori del nostro, fu un argomento di cui non si parlò più. Estremamente difficile osservarli.

Cercare pianeti extrasolari attorno a una stella diversa dal Sole, infatti, e’ come pensare di individuare un granellino di sabbia di fronte ad una stella delle dimensioni di un’arancia a migliaia di chilometri di distanza. Questo perché i pianeti, sono piccoli, poco luminosi e riflettono la luce della loro stella.

In più sono prospetticamente a lei vicini. Pensare di individuarli in modo diretto attraverso un sistema fotometrico (tecnica detta di imaging) o registrando lo spettro della sua atmosfera (tecnica spettroscopica), e’ possibile ma molto complicato a causa delle enormi distanze a cui si trovano le stelle dal Sole. La separazione angolare stella-pianeta e’ così piccola che neppure i grandi telescopi professionali sono per ora in grado di risolvere il pianeta.

Passano i secoli

Per questo motivo, si cerca di individuare gli effetti che la presenza del pianeta causa sulla stella. Più in dettaglio, il rapporto tra la massa della stella e quella del pianeta e’ tipicamente dell’ordine di 1000 o più. Di conseguenza, le perturbazioni gravitazionali che il pianeta esercita sulla stella sono di piccola entità e quindi difficilmente rilevabili.

Malgrado ciò, negli anni ‘90 del secolo scorso numerosi nuovi metodi di ricerca hanno permesso di esplorare gli immediati dintorni di stelle simili al Sole alla ricerca di eventuali pianeti con nuovi strumenti montati sia su telescopi a terra che su telescopi nello spazio.

1992

Tra le oltre 2.000 pulsar finora scoperte, ve ne sono solo due, PSR B1257+12 e PSR B1620-26, dove è stata osservata la presenza di compagni di tipo planetario.

I pianeti che orbitano attorno a PSR B1257+12, scoperti grazie alle misurazioni del periodo di pulsazione, rappresentano i primi pianeti confermati al di fuori del nostro Sistema Solare.

La scoperta di questi due oggetti venne annunciata da Aleksander Wolszczan e Dale Frail nel 1992.

Successivamente, nel 2008, venne confermato che tale pulsar aveva, in realtà, tre pianeti con masse pari a 0,02, 4,3 e 3,9 masse terrestri quasi sullo stesso piano orbitale e con periodi di circa 25, 67 e 98 giorni, rispettivamente.

Il pianeta più vicino alla stella è di tipo roccioso, gli altri due dovrebbero essere delle Super Terre.

La presenza di oggetti planetari nelle vicinanze di una pulsar provoca dei cambiamenti regolari nel periodo di pulsazione dell’oggetto. Questi cambiamenti coincidono con il periodo di rivoluzione del pianeta.

In generale si ritiene che le pulsar si formino dalle esplosioni di supernova di stelle massicce alla fine della loro fase evolutiva. Perciò, è davvero sorprendente che esistano dei pianeti attorno a tali oggetti così estremi.

Come descritto in un articolo pubblicato nel 1993, lo scenario che prevede la presenza del pianeta nel sistema prima dell’esplosione della supernova, e quindi prima che la stella a neutroni si formi, incontra non pochi ostacoli e obbiezioni fra i ricercatori.

I pianeti attorno a PSR B1257+12 devono quindi essersi formati, o essere stati catturati, dopo l’esplosione di supernova che ha formato la stella di neutroni nel sistema.

Pianeti attorno a pulsar?

IL PRIMO ESOPIANETA SCOPERTO INTORNO AD UNA STELLA DI TIPO SOLARE

51 PEGASI B

1995

Le caratteristiche del pianeta:

Periodo = 4,23 giorniDistanza da 51 Peg = 0,053 AU Temperatura ~ 1130 ºCMassa > 0,47 MGiove

Questa scoperta venne compiuta col metodo delle velocità radiali col telescopio dell'Osservatorio di Haute-Provence in Francia e utilizzando lo spettrografo ELODIE.

Il 12 ottobre 1995 la conferma arrivò dal Dott. Geoffrey Marcy della San Francisco State University e dal Dott. Paul Butler dell'University of California di Berkeley utilizzando l'Hamilton Spectrograph al Lick Observatory vicino a San Jose, in California.

Il 6 ottobre 1995 gli astronomi svizzeri Micheal Mayor e Didier Queloz annunciarono la scoperta di un esopianeta orbitante attorno a 51 Pegasi e chiamato 51 Pegasi b.

51 Pegasi è una stella simile al Sole con una temperatura di circa 5300 °C in superficie.

Ha un'età di 6,1-8,1 miliardi di anni (mentre il Sole ne ha 4,6 miliardi).

Il suo raggio è 24% più grande della nostra stella e l'11% più massiccia.

La sua rotazione è di 37 giorni mentre la rotazione del Sole è di circa 25 giorni (all’equatore).

La stella 51 Pegasi

Se confrontiamo le distanze dei pianeti nel nostro Sistema Solare (fino a Marte) con la posizione del pianeta 51 Pegasi b si osserva che quest’ultimo è decisamente molto vicino alla sua stella rispetto alla posizione di Mercurio col Sole.

Sole

51 Peg

Confronto tra il Sistema Solare e il sistema 51 Pegasi

I pianeti sono molto diversi

FINORA SONO STATI CONFERMATI OLTRE 1900 PIANETI EXTRASOLARI.

UN PIANETA SIMILE AL NOSTRO NON E’ ANCORA STATO TROVATO.

VERSO ALTRE TERRE? - LA STORIA

IL TEAM:GAPS SCIENCE TEAM

SABRINA MASIERO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA E FGG-TELESCOPIO NAZIONALE GALILEO

CATERINA BOCCATO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA

RICCARDO CLAUDI, INAF- OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA

GLORIA ANDREUZZI, FGG-TELESCOIPIO NAZIONALAE GALILEO E INAF – OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI ROMA

EMILIO MOLINARI (DIRETTORE DEL TNG), FGG – TELESCOPIO NAZIONALE GALILEO E INAF-IAFS, MILANO

Fonti:Testi su Aristotele , diapositive 4 e 5, tratte da: Fisica Aristotelica: http://www.ips.it/scuola/concorso/kant/fisar.htm

Claudi R., Alcalá J.M., Covino E., Desidera S., Gratton R., Marzari F., Piotto G., Tomasella L., La ricerca di pianeti extrasolari, allegato al n. 28-aprile 2005 di Le Stelle

Zhen Yan, Zhi-Qiang Shen, Jian-Ping Yuan, Na Wang, Helge Rottmann e Walter Alef , Very long baseline interferometry astrometry of PSR B1257+12, a pulsar with a planetary system, MNRAS 2013, disponibile su http://mnras.oxfordjournals.org/content/433/1/162.abstract?sid=3f8d48a7-db86-436f-ad18-6eb702c3f22c

Alex Wolszczan, Discovery of pulsar planets, New Astronomy Reviews 56 (2012) 2-8, www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387647311000418

Immagini:diapositiva 1: http://bbbeto.deviantart.com/art/Earthlike-Planet-2-199162646diapositiva 4: Aristotele, Museo Galileo , http://catalogo.museogalileo.it/galleria/Aristotele.htmldiapositiva 6: Aristotele, Wikipedia, http://it.wikipedia.org/wiki/Aristotele ; sistema del mondo aristotelico: elaborazione di una immagine trovata online. diapositiva 7: rappresentazione artistica di un sistema planetario, http://futurefunk.files.wordpress.com/2010/08/big-planet-zoom.jpg; Epicuro, http://illuminations-edu.blogspot.com.es/2013/06/dentro-il-puzzle-di-epicuro-ce-la-natura.htmldiapositiva 8: NASA/Tim Pyle

Immagini:diapositiva 9: Giordano Bruno: http://farm5.staticflickr.com/4093/4881043709_f0ceb7d01d_b.jpgdiapositive10 e 12: rappresentazione artistica di un sistema planetario, http://futurefunk.files.wordpress.com/2010/08/big-planet-zoom.jpgdiapositive 11 e13: Gliese 229B, Johns Hopkins University e Palomar Observatory, Hubble Space Telescope diapositiva 14: rappresentazione artistica di Drew Taylor , http://www.exoplanet.eoldal.hu/img/original/675/gliese_229-b-bolygo-a-kepen--.pngdiapositiva 15: Walter Myers, http://www.arcadiastreet.com/cgvistas/bdwarfs/images/gliese_229b_600.jpgdiapositiva 16: sistema HD 8799, NASA, ESA, and A. Feild (STScI). Science Credit: NASA, ESA, and R. Soummer (STScI)diapositiva 17 e 18: rappresentazione artistica di un sistema planetario. Crediti: Vincenzo Guido-FGG/TNG.diapositiva 19: rappresentazione artistica di un pianeta attorno alla pulsar, NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC) - http://www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2006-10/ssc2006-10c.shtmldiapositiva 20: Pulsar, Optical: NASA/HST/ASU/J. Hester et al. X-Ray: NASA/CXC/ASU/J. Hester et al. diapositiva 21: 51 Pegasi b, rappresentazione artistica, Seth Shostak/Science Photo Library, http://www.sciencephoto.com/media/331299/viewdiapositiva 22: Rappresentazione artistica di 51 Pegasi b, Celestia, Wikipedia, http://es.wikipedia.org/wiki/51_Pegasi_b#mediaviewer/File:51_Pegasi_b_by_Celestia.jpg diapositiva 23: @SunFlower Cosmos. Modello del sistema planetario 51Pegb ricavato da una presentazione di Giuseppe Cutispoto pianetiextrasolari.pptxdiapositiva 24: Modello del sistema planetario ricavato da una presentazione di Giuseppe Cutispoto pianetiextrasolari.pptxdiapositiva 25: Fonte amagico.com - http://amagico.com/planets-earth-background-1-hd-wallpaper.html