Il nostro sistema solare è solo un piccolo sguardouniverso in continua espansione<
Molti di questi nuovi pianeti sono molto diversi daquelli che ruotano attorno al nostro Sole, e anche l'architettura dei sistemi esoplanetari ha poca somiglianza con la nostra. Col passare del tempo, è stata trovata un'enorme quantità di informazioni in alcuni di questi mondi lontani. Ciò che è ancora più notevole è la rapidità con cui il campo della ricerca sugli esopianeti è cresciuto in un periodo di tempo relativamente breve.
Esopianeti: cosa sono?
Un esopianeta è un pianeta oltre il nostroSistema solare. L'esopianeta ruota attorno alla sua stella, un analogo del nostro Sole. Insieme a una stella, uno o più esopianeti compongono un sistema solare come il nostro. La distanza dal pianeta più vicino alla stella ospite può essere più o meno di quella di Mercurio, e pianeti distanti possono essere più lontani di Saturno e Plutone ed essere più grandi di Giove - in un modo o nell'altro, un esopianeta, uno o più formano un sistema solare con la sua stella.
Quali sono gli “altri” sistemi solari?
- Un sistema con uno o più pianeti.
- Un sistema con due stelle e un pianeta.
- Un sistema con pianeti che potrebbero avere le giuste condizioni per la stabilità dell'acqua sulla loro superficie, necessaria per una componente della vita come la conosciamo.
Come vengono cercati gli esopianeti?
Nel 2006 è stata lanciata la prima navicella spazialela missione dedicata alla ricerca esoplanetaria è una missione chiamata CoRoT. A pochi mesi dal lancio, CoRoT ha scoperto il suo primo pianeta, Giove caldo, in orbita attorno a una stella come il Sole. Negli anni successivi, CoRoT ha posto l'esplorazione esoplanetaria dallo spazio su un piano sostenibile con il rilevamento costante di pianeti insoliti.
Quando la missione della NASA è stata lanciata nel 2009Keplero, il numero dei pianeti conosciuti cominciò ad aumentare. Kepler è un osservatorio spaziale della NASA, un telescopio orbitale dotato di un fotometro ultrasensibile, appositamente progettato per la ricerca di esopianeti.
I metodi per rilevare gli esopianeti stanno diventando più accurati.
Metodo Doppler(velocità radiali, velocità radiali). I primi pianeti trovati nell'orbita di stelle simili al Sole furono scoperti esattamente utilizzando questo metodo. Una stella singola, priva di sistema planetario, avrà il suo centro di gravità situato nel centro della stella. Tuttavia, quando un pianeta orbita attorno a una stella, il centro di gravità del sistema stella-pianeta si sposta dal centro della stella, facendo sì che la stella "oscilla" avanti e indietro dalla prospettiva dell'osservatore, proprio come le stelle e le stelle. Il pianeta ruota attorno al loro comune centro di massa. In linea di principio, sottili cambiamenti nella velocità radiale (linea di vista) di una stella possono essere misurati per rivelare la presenza di pianeti altrimenti invisibili.
Metodo Doppler(velocità radiali, velocità radiali)
Metodo di transitoconsente ai telescopi di misurare l'auroraconfermano la presenza di pianeti attorno alla stella, poiché ogni volta che un pianeta passa davanti alla stella si verifica un oscuramento. I cambiamenti ciclici di luminosità indicano il passaggio di un pianeta tra la Terra e una stella.
Metodo di transito
Astrometriaè un metodo che rileva il movimentostelle misurando accuratamente la loro posizione nel cielo. La tecnica può essere utilizzata anche per identificare i pianeti attorno a una stella misurando piccoli cambiamenti nella sua posizione mentre oscilla attorno al centro di massa del sistema planetario.
Astrometria
Rilevamento utilizzandomicrolensing per gravitàsi verifica quando il campo gravitazionale della stellapiega lo spaziotempo, che piega la luce proveniente da una stella lontana dietro. Questo effetto è visibile solo se le due stelle sono allineate con la Terra. Se la stella che funge da lente ha un pianeta, il campo del pianeta può avere un effetto piccolo ma evidente.
Microlensing gravitazionale
Il rilevamento diretto degli esopianeti si basa su immagini ad alta risoluzione e contrasto elevato utilizzando ottiche adattive.
Quanti esopianeti ci sono nell'Universo? Quali sono?
Entro la fine del 2019, è stato trovato e confermatopiù di 4.000 esopianeti. Alcuni sono massicci come Giove, ma orbitano molto più vicino alla loro stella di quanto Mercurio sia al nostro Sole. Altri esopianeti sono rocciosi o ghiacciati e molti semplicemente non hanno analoghi nel nostro sistema solare.
Per la maggior parte, gli esopianeti sono composti dallo stessogli stessi elementi che compongono i pianeti del nostro sistema solare, anche se con equilibri compositivi diversi che conferiscono a ciascun esopianeta le sue qualità distintive. Ci sono quattro classificazioni primarie di esopianeti, inclusi mondi simili a nettuno, mondi con pianeti come Giove caldo, mondi con super-Terre e mondi con pianeti simili alla Terra.
Super terre
Una super-Terra è un pianeta con una massa da 1 a 10 masse terrestri. La classificazione della super-terra si riferisce solo alla massa del pianeta, ma non dice nulla sulle sue condizioni di superficie o sull'idoneità alla vita.
La terra a sinistra e l'impressione dell'artista della super-terra a destra. Credito: NASA / JPL-Caltech
Le prime super-Terre, due esopianeti con masse quattro volte quella della Terra, furono scoperte in orbita attorno alla pulsar PSR B1257+12 nel 1992.
La prima super-Terra attorno a una stella principaleLa sequenza è stata scoperta da un team guidato da Eugenio Rivera nel 2005. Orbita attorno a Gliese 876 ed è stata designata Gliese 876 d (due giganti gassosi delle dimensioni di Giove sono stati precedentemente scoperti in questo sistema). Il pianeta ha una massa stimata di 7,5 masse terrestri e un periodo orbitale molto breve di soli 2 giorni circa. A causa della vicinanza di Gliese 876 d alla sua stella nana rossa, Gliese 876 d può avere una temperatura superficiale di 430–650 Kelvin (156,85–376,85 ° C) e può supportare acqua liquida.
È stata la prima nana rossa ad avereha scoperto un sistema planetario. Probabilmente, i pianeti giganti massicci sono generalmente atipici per tali stelle. Da allora sono state scoperte dozzine di super-terre, con una massa di solo 1,9 masse terrestri.
Nell'aprile 2007, gli scienziati hanno annunciato la scoperta di due nuove super-Terre attorno a Gliese 581, al limite della zona abitabile della stella, dove potrebbe essere presente acqua liquida in superficie.
Gliese 581 con una massa di almeno 5 masseLa Terra e la distanza dalla sua stella fino a 11 milioni di km (0,073 unità astronomiche) si trova sul confine "caldo" della zona abitabile. Studi successivi hanno dimostrato che Gliese 581 c probabilmente ha subito un massiccio effetto serra, lo stesso di Venere.
Gli astronomi hanno suggerito che le super-terre potrebbero esserepiù geologicamente attivo del nostro pianeta e sperimenta una tettonica più vigorosa a causa delle placche più sottili che sono sottoposte a maggiore stress. Coloro che cercano la vita aliena sono in soggezione nei confronti delle super terre a causa della possibilità che possano essere rocciose e possibilmente abitate, a differenza dei giganti gassosi.
Mini nettuno
Mini Neptune (noto anche come gaspianeta nano o pianeta di transizione) è un esopianeta, da 2 a 10 masse terrestri con una densità inferiore a 1. I pianeti di questo tipo sono più piccoli di Urano (14,5 masse terrestri) e Nettuno (17,1 masse terrestri).
Mini-nettuno è un nano gassoso con liquidol'oceano è circondato da una spessa atmosfera di idrogeno ed elio e da un piccolo nucleo roccioso. Anche se una recente scoperta ha dimostrato che il mini-nettuno, che tutti consideravano pianeti gassosi, potrebbero essere super-Terre con un nucleo roccioso circondato da acqua supercritica. L'acqua assume questo stato a pressioni e temperature molto elevate.
Pianeti di dimensioni e massa tra la Terra eNettuno non esiste nel nostro sistema solare, ma sembrano essere comuni in altre parti dell'universo. Sono un incrocio tra i pianeti rocciosi del nostro sistema solare e i suoi giganti di ghiaccio. Di conseguenza, gli astronomi sono stati in grado di analizzare l'atmosfera di uno di questi mondi lontani "medi", noti come la classe "mini-nettuno". I risultati della revisione tra pari sono stati annunciati il 2 luglio 2019 e pubblicati su Nature Astronomy il 1 luglio 2019.
Mini nettuno - pianeta Gliese 3470 b - girevoleintorno alla sua stella - una nana rossa. Il pianeta pesa circa 12,6 masse terrestri, rendendolo molto più massiccio della Terra, ma meno massiccio di Nettuno nel nostro sistema solare (17 masse terrestri). Se metti Gliese 3470 b nel nostro sistema solare, si adatterebbe perfettamente tra la Terra e Nettuno in termini di dimensioni. Si ritiene che il pianeta abbia un grande nucleo roccioso sepolto sotto un'atmosfera profonda e schiacciante di idrogeno ed elio.
Questa illustrazione dell'artista mostrastruttura interna teorica dell'esopianeta GJ 3470 b. Questo è diverso da qualsiasi altro pianeta del sistema solare. Con un peso di 12,6 masse terrestri, il pianeta è più massiccio della Terra, ma meno massiccio di Nettuno. A differenza di Nettuno, che si trova a 3 miliardi di miglia dal Sole, GJ 3470 b potrebbe essersi formato molto vicino alla sua stella nana rossa come un oggetto roccioso secco. Quindi attirava per gravità idrogeno ed elio gassoso dal disco circumstellare per creare un'atmosfera densa. Il disco si è sparso molti miliardi di anni fa e il pianeta ha smesso di crescere. La figura in basso mostra un'unità che il sistema ha assomigliato per molto tempo. Per gentile concessione di NASA / ESA
Tuttavia, gli scienziati pongono periodicamente la domanda: Gliese 3470 b è un mini-nettuno nella forma in cui è menzionato ora, o è una super-terra?
Un altro esempio di mini-Nettuno - Kepler-11f hauna massa di 2,3 masse terrestri e una densità di 0,69, la stessa di Saturno, che ha una massa di 95 terre. Queste proprietà di classe, questo esopianeta rientra nella categoria dei mini-Nettuno o nani gassosi, che hanno un oceano liquido circondato da una densa atmosfera di idrogeno ed elio e un piccolo nucleo roccioso.
Giove caldo
I Giove caldi sono pianeti giganti gassosi concon un periodo di diffusione inferiore a 10 giorni. Il breve periodo significa che Giove caldo è molto vicino alle loro stelle ospitanti. Sono tipicamente a meno di 0,1 unità astronomiche di distanza, che è un decimo della distanza dalla Terra al Sole. I Giove caldi hanno dominato le scoperte planetarie per almeno un decennio perché sono più facili da trovare utilizzando la velocità radiale (Doppler) e i metodi di transito.
I Giove caldi sono enormi pianeti giganti gassosi che orbitano attorno ai loro soli a breve distanza dalla Terra-Sole nel nostro sistema solare. Credito: ESA
Secondo i modelli moderni di formazione planetaria,Giove tecnicamente caldi non dovrebbero esistere. Un gigante gassoso non può formarsi così vicino alla sua stella perché gravità, radiazioni e intenso vento stellare devono impedire al gas di aderire insieme.
Tuttavia, esistono; degli oltre 4.000 esopianeti confermati scoperti fino ad oggi, fino a 337 potrebbero essere Giove caldi.
Una possibile soluzione è quellagiove caldi si formano ulteriormente, dove i materiali da costruzione sono sufficienti, e quindi migrano nelle loro posizioni attuali. La migrazione di Jupiter caldi può essere causata da vari meccanismi. Si ritiene che il motivo sia lo squilibrio delle correnti nel disco protoplanetario. Alcuni scienziati ritengono che le orbite del caldo Giove siano eccitate da un'eccentricità molto elevata (una caratteristica numerica dell'orbita di un corpo celeste, che caratterizza la "compressione" dell'orbita).
Tuttavia, una nuova ricerca presentata aIl 233° incontro dell’American Astronomical Society a Seattle conferma un’idea che contraddice le idee precedenti sulla formazione dei pianeti, ma che sta guadagnando slancio nel campo.
Pianeti giganti che ruotano intornole loro stelle possono essersi formate in un luogo vicino ai loro soli in pochi giorni, invece di formarsi in lontananza e successivamente migrare verso la stella.
Lavoro pubblicato il 5 ottobre 2018 in TheAstrophysical Journal Letters mostra che tali pianeti giganti, chiamati Giove caldi, possono formarsi in un luogo vicino alle loro stelle e rimanere lì per tutta la vita senza evaporare.
Dischi protoplanetari che formano pianetiintorno alle stelle giovani c'è un buco nel mezzo creato dal campo magnetico della stella. Una nuova ricerca ha dimostrato che il confine del disco interno può formare pianeti giganti gassosi senza che sia necessario che si formino ulteriormente e migrino. Credito: NASA / JPL-Caltech
Nel 2017 è stato scoperto un mondo simile a Giove.così caldo che il pianeta viene vaporizzato dalla sua stessa stella. Con una temperatura diurna di oltre 4.315,556°C (4.600 Kelvin), KELT-9b è un pianeta più caldo della maggior parte delle stelle. Ma la sua stella blu di tipo A, chiamata KELT-9, è ancora più calda: infatti, probabilmente sta disintegrando il pianeta attraverso l’evaporazione.
Il concetto di questo artista mostra il pianetaKELT-9b in orbita attorno alla sua stella principale, KELT-9. È il pianeta gigante gassoso più caldo scoperto finora. Credito: NASA / JPL-Caltech
Nel 2019 è stato stabilito un nuovo record traorbite di Giove caldo. Lo studio suggerisce che un gigante gassoso chiamato NGTS-10b orbita attorno alla sua stella così vicino che orbita attorno alla sua stella in 18,4 ore. La scoperta rende questo sistema solare un incredibile laboratorio per studiare le interazioni di marea tra una stella e un esopianeta gigante pericolosamente vicino.
Analoghi della Terra
Prima della ricerca scientifica e dello studio dei pianeti extrasolariquesta possibilità dell'esistenza di pianeti come la Terra è stata discussa solo in filosofia e fantascienza. Il principio di mediocrità suggerisce che pianeti come il nostro dovrebbero essere comuni nell'universo, mentre l'ipotesi di una Terra unica suggerisce che siano estremamente rari. Le migliaia di sistemi stellari esoplanetari scoperti finora sono molto diversi dal nostro sistema solare, pur confermando l'ipotesi di una Terra unica.
I filosofi notano che la dimensione dell'universo è taleche deve esserci un pianeta quasi identico da qualche parte. In un lontano futuro, gli esseri umani potrebbero utilizzare la tecnologia per produrre artificialmente un analogo della Terra mediante terraformazione. La teoria del multiverso suggerisce che un analogo della Terra potrebbe esistere in un altro universo, o anche essere una versione diversa della Terra stessa in un universo parallelo.
Sulla base di uno studio del 4 novembre 2013,ci sono 40.000.000.000 di pianeti delle dimensioni della Terra che orbitano attorno alle loro stelle in zone abitabili all'interno della Via Lattea. Il pianeta più vicino potrebbe essere a 12 anni luce di distanza. Gli astronomi hanno fornito risultati basati sui dati della missione Kepler.
Le scoperte scientifiche dagli anni '90 hanno fortemente influenzato il campo dell'astrobiologia, i modelli di abitabilità planetaria e la ricerca dell'intelligenza extraterrestre (SETI).
Dove cercare la vita?
Conosciamo solo un pianeta che hala vita è la Terra. E sul nostro pianeta l'acqua è la componente più importante della vita così come la conosciamo. Sebbene gli astronomi non siano ancora sicuri che esista vita su altri pianeti, restringono la ricerca di mondi potenzialmente abitabili utilizzando diversi criteri.
Poiché il nostro concetto di vita è la Terra, gli astronomialla ricerca di pianeti con caratteristiche simili a lei. Tale, ad esempio, come acqua liquida. Ma un oggetto celeste può ruotare solo così vicino (come Mercurio) o così lontano (come Plutone) dalla sua stella che l'acqua prima evapora o congela sulla sua superficie, di quanto la vita possa formarvi lì. La zona abitabile è l'intervallo di distanze con le giuste temperature per mantenere liquida l'acqua sul pianeta. Gli scienziati sperano che le scoperte in zone abitabili come i pianeti delle dimensioni della Terra Kepler-186f ci porteranno all'acqua e un giorno alla vita aliena.
La zona abitabile è al centro. Credito: NASA
Se la vita può essere trovata ovunque, molto probabilmente si tratterà di esopianeti nella zona abitabile.
Il futuro della ricerca sugli esopianeti: principali missioni e obiettivi
JWST (James Webb Space Telescope)
Missione NASA / ESA / CSA Space TelescopeIl lancio di James Webb nel 2021 fornirà nuove possibilità rivoluzionarie per l'osservazione degli esopianeti e delle loro atmosfere. Con una suite di quattro strumenti che operano a lunghezze d'onda infrarosse, Webb utilizzerà diversi metodi per studiare questi corpi extrasolari.
Le osservazioni spettroscopiche altamente sensibili dei pianeti in transito - con caratteristiche simili in termini di dimensioni e massa - inaugureranno un'era di scienza planetaria comparativa per gli esopianeti.
Impressione artistica di Webb. Crediti: ESA, NASA, S. Beckwith (STScI) e HUDF Team, Northrop Grumman Aerospace Systems / STScI / ATG medialab
Webb caratterizzerà le atmosfere degli esopianeticatturando gli spettri di assorbimento, riflessione ed emissione a lunghezze d'onda dell'infrarosso per pianeti che coprono la gamma di dimensioni dalle super-terre ai giganti gassosi. Sfrutterà il fatto che le molecole nelle atmosfere degli esopianeti hanno un gran numero di caratteristiche spettrali a queste lunghezze d'onda, fornendo agli osservatori una ricca serie di strumenti diagnostici, molti dei quali non sono disponibili dalla Terra.
Webb sarà anche in grado di eseguire il rendering direttamentealcuni giovani e massicci esopianeti orbitanti a distanze maggiori dalla loro stella madre rispetto alla maggior parte di quelli in transito. Tre degli strumenti di Webb hanno capacità di imaging ad alto contrasto (in due casi, questo viene fatto con un coronografo) per ridurre al minimo l'abbagliamento dalla stella madre e semplificare l'immagine del pianeta. Le osservazioni con diversi filtri a infrarossi forniranno molte informazioni su questi pianeti, le loro proprietà e i loro meccanismi di formazione.
PLATONE
Missione ESA PLATO (PLAnetary Transits andOscillations of the Stars) dovrebbe iniziare nel 2026. PLATO è progettato per rilevare e caratterizzare un gran numero di nuovi sistemi planetari extrasolari cercando centinaia di migliaia di stelle luminose per i pianeti in transito. PLATO avrà la capacità unica di trovare e determinare le proprietà dei pianeti terrestri che ruotano nella zona abitabile attorno a stelle simili al nostro Sole.
Combinando misurazioni precise del raggio PLATO perun ampio campione di pianeti con masse planetarie corrispondenti determinate da osservazioni terrestri, gli scienziati saranno in grado di esplorare la diversità dei pianeti esistenti. Queste osservazioni permetteranno inoltre agli scienziati di determinare la composizione volumetrica di un gran numero di pianeti minori, studiare quanto sono simili alla Terra e indagare sulla loro abitabilità.
Alla scoperta di pianeti che ruotano attorno a stelle luminosePLATO sarà il pioniere delle future missioni alla ricerca di tracce di vita: questi tipi di pianeti sono i migliori candidati per le successive misurazioni spettroscopiche per misurare la struttura e la composizione delle atmosfere planetarie.
ARIEL
Telescopio spaziale in fase di sviluppo,il cui lancio è previsto nel 2028 come parte della quarta missione Cosmic Vision di classe media dell'Agenzia spaziale europea. Si prevede che con l'aiuto del telescopio saranno studiati almeno 1.000 esopianeti utilizzando il metodo del transito.
Dal suo lancio nel 2028, ARIEL lo faràè inteso per condurre osservazioni ad alta precisione utilizzando la fotometria simultanea nella regione visibile dello spettro e la spettroscopia nella regione del vicino infrarosso delle onde. Osserverà e studierà circa 1.000 giganti gassosi di transito prevalentemente caldo e caldo, Nettuno e super-terre attorno a una gamma di tipi stellari e architetture di sistemi planetari.
previsioni
Con questo set di telescopi spaziali quelloLanciato nel prossimo decennio, possiamo aspettarci la scoperta della Terra 2.0, aggiungendo pianeti più strani e inaspettati alla collezione di esopianeti. Ci aspettano tempi entusiasmanti.
Perché studiare gli esopianeti?
“Siamo soli nell’Universo?" è una delle domande più profonde che l'umanità possa porsi. La scoperta del primo esopianeta in orbita attorno a una stella come il nostro Sole è stata fatta nel 1995, e oggi la ricerca sugli esopianeti è uno dei campi in più rapida crescita in astronomia.
Esplorare uno spettro diversificato di esopianeti eI sistemi planetari che sono stati scoperti fino ad oggi - dal piccolo al grande, da quelli che sembrano terrestri a quelli profondamente bizzarri - non solo ci aiutano a conoscere come questi particolari sistemi si sono formati e si sono sviluppati, ma forniscono anche importanti indizi per capire se e dove la vita può esistere altrove nell'universo.
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