Kepler-186f: un (quasi) gemello della Terra

Da tempo si ipotizzava.
Da tempo tutti sapevano ma nessuno poteva formulare una frase senza condizionali o avverbi dubitativi. Bene, ora il concetto può essere riformulato in modo molto più diretto:
Nell'Universo esistono pianeti quasi identici alla Terra e potenzialmente in grado di ospitare un clima, quindi una biosfera, del tutto simili al nostro pianeta.
Come facciamo a saperlo?

Kepler-186f è il più simile alla Terra per massa e dimensioni

Perché, grazie ai dati ottenuti dal 2009 al 2013 dal telescopio spaziale Kepler, specializzato nello scovare pianeti extrasolari di taglia terrestre, è stato trovato il primo pianeta di dimensioni terrestri nel mezzo della fascia di abitabilità. Si chiama Kepler-186f e dista 500 anni luce. Nessuno lo ha visto direttamente, ma il pianeta esiste, eccome.

Bene, forse per apprezzare meglio queste poche righe dobbiamo fare un po' di chiarezza e procedere con ordine:

1) I pianeti extrasolari, ma questo forse lo sappiamo, sono troppo deboli e vicini alle proprie stelle per essere osservati direttamente, tranne in casi eccezionali che neanche ci interessano, perché si tratta di corpi simili a Giove e molto più caldi.
Ci sono però diversi modi per rilevare l'impronta di un pianeta e quasi tutti sfruttano la luce della stella attorno alla quale orbitano. Uno dei più promettenti è quello che prevede di catturare, se si verifica, il momento in cui la sagoma oscura del corpo celeste attraversa il disco della propria stella, provocando una microscopica diminuzione della sua luminosità: un evento chiamato transito.

2) Dopo anni in cui gli astronomi hanno scoperto centinaia di pianeti che nessuno immaginava nemmeno esistessero, come l'affollata categoria degli Hot Jupiter, finalmente la tecnologia, soprattutto con l'arrivo del telescopio spaziale Kepler, è stata in grado di rilevare corpi celesti più simili alla Terra quanto a dimensioni e masse.
Questo è un punto fondamentale, perché dopo aver provato che i pianeti sono comuni a molte stelle, la normale evoluzione della ricerca ci ha portato a capire se potessero esistere corpi simili alla Terra, quindi in grado di ospitare, potenzialmente, le condizioni adatte alla vita come la conosciamo.
Abbiamo capito che due condizioni necessarie per avere un corpo celeste somigliante alla Terra riguardano la massa e le dimensioni. Sappiamo che pianeti superiori già a poche volte la massa del nostro potrebbero non avere una superficie solida, trasformandosi in giganti gassosi simili a Urano e Nettuno. D'altra parte, corpi celesti troppo piccoli, come Marte o la Luna, hanno troppa poca massa per ospitare un'atmosfera spessa, anch'essa necessaria per qualsiasi processo biologico.
C'è poi un concetto fondamentale che completa, almeno in prima approssimazione, il quadro:

3) La zona di abitabilità. Un pianeta grande come la Terra, con una massa simile, quindi con la capacità di trattenere una spessa atmosfera, non garantisce affatto condizioni propizie per la vita e questo lo sappiamo da almeno 50 anni, quando le prime sonde atterrarono su Venere e scoprirono che poche decine di milioni di chilometri di distanza dal Sole avevano trasformato il nostro gemello quasi perfetto nella nemesi ideale, inadatto a qualsiasi forma di vita.

Quindi, tirando le conclusioni, e poiché noi conosciamo per ora solo la Terra come esempio di corpo celeste in cui è nata la vita, è da più di vent'anni che cerchiamo pianeti fuori dal nostro sistema solare simili quanto a massa e dimensioni e che si trovano alla giusta distanza dalla propria stella, in quella stretta zona orbitale in cui le condizioni potrebbero permettere all'acqua di restare liquida in superficie e alla vita di fiorire.

I più probabili pianeti abitabili fino a poche settimane fa

Fino a pochi giorni fa ne conoscevamo 20 di pianeti potenzialmente abitabili, alcuni, come Gliese 581g, molto simili alla Terra ma con un piccolo problema: non si sa ancora se esistono davvero o si tratta di errori strumentali.
Tutti gli altri, tra cui il più conosciuto è forse Kepler- 22b, sono certamente reali, ma hanno un piccolo problema: sono tutti più massicci del nostro pianeta, tra le 2 e le 20 volte e almeno il 40% più grandi.
In pratica, abbiamo osservato nella zona di abitabilità, fino a pochi giorni fa, solamente una classe di pianeti detti superterre: corpi celesti che nessuno ancora sa come sono fatti. Si pensa che i meno massicci potrebbero ospitare una superficie solida, magari inviluppata in una spessa atmosfera (più di quella terrestre, e questo potrebbe essere già un problema), mentre quelli oltre le 7-10 volte la massa del nostro pianeta è probabile siano molto più simili a corpi gassosi, sui quali è quindi impossibile trovare la vita come la conosciamo.
Insomma, benché avevamo cercato in lungo e in largo, fino a poco tempo fa mancava sempre un tassello al pianeta (quasi) perfetto.

Kepler186-f: il primo simile alla Terra nella fascia di abitabilità

Poi è arrivato l'annuncio della NASA del 17 aprile (2014) che ha permesso di fare un notevole balzo in avanti verso l'identificazione del nostro pianeta gemello.

Kepler-186f orbita attorno a una stella di classe M, una nana rossa molto comune nell'Universo (circa il 70% della popolazione stellare) più debole del Sole. E' vecchio forse più di 4 miliardi di anni ed è il più esterno di un sistema contenente altri 4 corpi celesti. Ha un diametro solamente il 10% superiore a quello del nostro pianeta, quindi si tratta, con ogni probabilità, di un corpo roccioso, senza i dubbi degli altri suoi "colleghi" scoperti fino ad ora.
A una distanza di circa 54 milioni di chilometri dalla propria stella, impiega 130 giorni per compiere una rivoluzione completa. Benché sia più vicino di Mercurio, l'astro attorno al quale orbita è molto più debole del Sole e Kepler-186f si trova quindi nei pressi del bordo esterno della sua zona di abitabilità.

E su questa frase, purtroppo, arrivano i primi dubbi in merito alle possibili condizioni superficiali. Anche Marte infatti si trova più o meno nella stessa posizione della fascia di abitabilità attorno al Sole ed è un pianeta sostanzialmente morto. Sarà così anche per Kepler-186f?
In termini un po' più tecnici, possiamo confrontare la quantità di radiazione stellare che giunge sui pianeti rispetto a quella terrestre e provare a tirare qualche conclusione, ben consapevoli che la nostra conoscenza è comunque limitata al nostro sistema solare.
Bene, Marte riceve il 43% del flusso che giunge sulla Terra e questo basta per trasformarlo in un deserto molto freddo. Su Kepler-186f giunge appena il 32% della radiazione stellare che sulla Terra ha messo in moto un meccanismo perfetto per l'esistenza di acqua liquida e il sostentamento di forme di vita.
Sono questo scenario, quindi, Kepler-186f potrebbe somigliare più a Marte che alla Terra.
L'unica possibilità per il pianeta di avere condizioni adeguate all'esistenza di acqua liquida in superficie è la presenza di una spessa atmosfera, molto più di quella terrestre, in grado di aumentare la temperatura di decine di gradi in conseguenza di un forte effetto serra. Un'ipotesi che grazie alla massa molto più somigliante a quella terrestre che a quella marziana, non sembra così remota, ma neanche scontata.
E' a causa di questo piccolo dettaglio che, nonostante il grande entusiasmo per il primo vero pianeta di taglia terrestre scoperto senza dubbi nella zona di abitabilità, gli astronomi sono molto cauti nel dire di aver scoperto il nostro gemello perfetto.
In effetti, se consideriamo come termine di paragone con la Terra non più le caratteristiche fisiche ma la posizione nella fascia di abitabilità, e stiliamo una classifica dei pianeti potenzialmente abitabili conosciuti, Kepler-186f si colloca solo al 17 esimo posto sui 21 attualmente disponibili.
Non abbiamo idea alcuna di quali siano le reali condizioni del pianeta, ma se fosse identico alla Terra, anche per quanto riguarda la composizione e lo spessore dell'atmosfera, quello che otterremo, con buona probabilità, sarà un mondo completamente ricoperto di ghiacci, con una temperatura media di qualche decina di gradi sotto lo zero.

Il catalogo aggiornato dei pianeti potenzialmente abitabili

La realtà è che, a parte la distanza dalla propria stella e le dimensioni, non sappiamo assolutamente niente delle reali proprietà di Kepler-186f e di tutti gli altri pianeti potenzialmente abitabili, quindi tutto quello che leggiamo e sentiamo in giro in merito alle effettive possibilità di acqua liquida e addirittura vita devono essere prese con le dovute precauzioni. L'entusiasmo è spesso il motore della scienza, ma guai a perdere lucidità.
Quello che per ora sappiamo è che Kepler-186f, così come altri pianeti nella fascia di abitabilità, come Kepler-62e, ad ora tra i corpi celesti meglio posizionati quanto a similarità con la Terra (considerando anche la quantità di radiazione ricevuta dalla propria stella e non solo le dimensioni), sono mondi sconosciuti che potrebbero ospitare le condizioni giuste per la presenza di acqua liquida e la conseguente evoluzione della vita. E' tuttavia un potenziale, una condizione necessaria ma non sufficiente che dovrà essere confermata o smentita con studi atmosferici che al momento non riusciamo ancora a condurre.
L'unica cosa che possiamo dire è che su Kepler-186f sono state puntate anche le antenne del SETI, con la remota speranza di ascoltare qualche trasmissione radio proveniente da eventuali specie evolute, ma tutto quello che si è sentito è stato solo silenzio.


Anche in questo caso, quindi, sembra ancora mancare un piccolo tassello prima di gridare a gran voce al nostro gemello perfetto ma è evidente, ora più di prima, che si tratta ancora una volta di una mera questione di tempo, perché ora ne abbiamo la certezza: pianeti di dimensioni terrestri sono molto comuni nell'Universo e possono esistere, senza problemi, nella zona di abitabilità delle proprie stelle. 
Probabilmente qualcuno potrebbe pensare alla scoperta dell'acqua calda, ma per una specie abituata per cultura, religione e probabilmente istinto a considerarsi unica, speciale e al centro dell'Universo, è un enorme aiuto avere delle solide prove per compiere un salto culturale senza precedenti: prendere coscienza di abitare su un pianeta estremamente comune, in una zona qualsiasi dell'Universo, attorno a una stella normalissima. La Terra allora potrebbe essere un pianeta qualsiasi su 15 e più miliardi che potrebbero popolare solamente la nostra Galassia.

Per approfondimenti:
Il mio libro sulla presenza della vita nell'Universo, che analizza in modo più approfondito i pianeti extrasolari abitabili scoperti fino ad ora e i vari progetti SETI (disponibile in formato ebook e cartaceo)

La notizia della scoperta di Kepler-186f sul sito del Planetary Habitability Laboratory:
http://phl.upr.edu/press-releases/firstpotentiallyhabitableterranworld

La notizia su Universe today:
http://www.universetoday.com/111319/kepler-has-found-the-first-earth-sized-exoplanet-in-a-habitable-zone/

L'aurora si muove nel cielo

Durante il mio soggiorno nel parco nazionale di Abisko, Svezia, alla caccia di aurore, ho avuto la possibilità di riprendere qualche filmato time-lapse che mostra la variazione di forme, colori e intensità nel corso del tempo. Non ci sono molte parole per descrivere lo spettacolo a cui ho assistito; spero che questo video riesca a rendere una minima idea a voi lettori.

Un grazie particolare ad AstrOttica: www.astrottica.it per avermi messo a disposizione una videocamera ASI120MC dotata di obiettivo fisheye con cui ho potuto riprendere le immagini del video.

Cercare la Terra tra le lune

Una svolta importante nella ricerca del nostro pianeta (quasi) gemello potrebbe arrivare da luoghi a prima vista insospettabili, rilevabili con la prossima generazione di telescopi: le lune.

Sono ormai 80 i pianeti di tipo gioviano scoperti nella fascia di abitabilità e 6 di tipo nettuniano. Nel catalogo del satellite Kepler ce ne sono altri 42 (22 gioviani e 20 nettuniani) in attesa di ulteriori conferme. 

Relazione tra massa di un pianeta e quella di una sua probabile luna

Per quanto sappiamo dal nostro Sistema Solare, tutti i pianeti di grandi masse possiedono numerosi satelliti naturali, anche di cospicue dimensioni.

Non ci stiamo riferendo a corpi celesti troppo piccoli come la nostra Luna, ma a oggetti che potrebbero assomigliare in tutto e per tutto all’immaginario Pandora del film Avatar. 

Lune con massa superiore a quella di Titano e Ganimede, magari in orbita attorno a pianeti gioviani che non si trovano, come la Terra, sul bordo interno della zona di abitabilità, potrebbero avere le condizioni perfette per un’atmosfera spessa e acqua liquida in abbondanza.

In questo caso, quindi, i grandi pianeti gioviani, alcuni diverse volte più massicci del nostro gigante, rappresentano sicuramente una risorsa da non sottovalutare, soprattutto tenendo in considerazione alcune interessanti proprietà dei corpi del Sistema Solare.

Durante il processo di formazione di un sistema planetario, attorno agli oggetti di maggiori dimensioni si accumula probabilmente abbastanza materiale da creare un vero e proprio sub sistema planetario.

La quantità di gas e polveri dipende criticamente dalla forza di gravità del pianeta. Per il Sistema Solare il numero magico è 10⁴: in parole più chiare, il rapporto tra la massa di una luna e il suo pianeta gassoso è di circa 1:10.000. Se questa fosse una regola generale (sembra di si), allora non è difficile stimare quanto debba essere massiccio un pianeta gioviano nella fascia di abitabilità affinché almeno una sua luna possa contenere abbastanza materia da trattenere un’atmosfera stabile.

Ipotizzando una composizione chimica ricca di acqua, si scopre che attorno a pianeti con una massa superiore a 4 volte quella di Giove potrebbero esistere lune abbastanza massicce da soddisfare le nostre richieste.

Il fatto estremamente incoraggiante è che i pianeti gioviani nella fascia di abitabilità sono relativamente semplici da rilevare ormai. 

Non sono stati individuati ancora segni di lune extrasolari, ma tutti sono concordi nell’affermare che dovrebbero esistere e potrebbero essere delle dimensioni giuste.

Molte sono probabilmente oltre la nostra attuale soglia di rilevazione, ma forse, spulciando bene nella grande mole di dati raccolti da Kepler, potremmo trovare in qualche transito gioviano una leggerissima impronta causata da un satellite di dimensioni non troppo diverse da quelle del nostro pianeta.

Dalle informazioni a disposizione sono stati già estrapolati alcuni seri candidati che andranno meglio indagati in un prossimo futuro. Probabilmente siamo vicini anche alla scoperta di Pandora: chi ci avrebbe mai pensato?

Cos'è l'inflazione?

Come ormai dovremmo aver imparato, in astronomia si usano spesso parole del linguaggio comune, alle quali compete però un significato differente. Non fa eccezione la parola “inflazione”, che con i meccanismi economici creati dall’uomo a seguito del suo isolamento dall’Universo non ha proprio nulla in comune. 

L'inflazione: una super espansione dell'Universo primordiale

Con il concetto di inflazione si identifica un brevissimo istante di tempo, miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di secondo, nel quale l’Universo, pochissimi istanti dopo il Big Bang, ha subito una super espansione che ne ha aumentato le dimensioni di miliardi di miliardi (e forse miliardi e miliardi ancora) di volte, come lo spazio fosse esploso espandendosi con un ritmo di gran lunga superiore alla velocità della luce. 

La teoria dell’inflazione riesce a spiegare alcuni fatti altrimenti paradossali, come ad esempio l’aspetto globale dell’Universo.

Com’è possibile, infatti, che due regioni di spazio diametralmente opposte, che quindi a causa dell’enorme distanza non hanno mai potuto comunicare le une con le altre neanche quando erano vicinissime, abbiano in realtà identiche proprietà? La radiazione cosmica di fondo, ad esempio, presenta una temperatura omogenea in ogni zona dell’Universo con una tolleranza di pochi milionesimi di grado.

Le proprietà non cambiano se osserviamo la distribuzione perfettamente identica delle lontane galassie in zone di cielo opposte, al punto che sicuramente la luce, quindi nessuna informazione, si è potuta trasmettere tra di loro. Eppure, considerando il tasso di espansione, regioni poste agli estremi dell’Universo non hanno mai potuto scambiarsi informazioni per accordarsi così bene sulla temperatura o sulla distribuzione del materiale per formare stelle e galassie.

Sarebbe come se noi decidessimo di scaldare un pezzo di ferro e pretendessimo che un fabbro cinese, del quale ignoriamo persino l’esistenza, scaldi nel nostro stesso istante lo stesso pezzo a una temperatura uguale, con una tolleranza massima di un milionesimo di grado centigrado: è impossibile senza mettersi d’accordo su quale temperatura raggiungere, senza coordinare il riscaldamento, senza utilizzare gli stessi macchinari e un pezzo di ferro identico. 

La teoria dell’inflazione risolve il problema della comunicazione, affermando che poco prima di questo evento la materia dell’Universo aveva avuto modo di comunicare e mescolarsi.

Poi lo stiramento violentissimo dello spazio e del tempo ha rotto definitivamente quell’unione perfetta.

Dopo questa fase, l’espansione è ripresa ai ritmi precedenti, come se nulla fosse successo. Ma l’Universo era profondamente cambiato e molto, molto più grande di prima, avvicinandosi pericolosamente al concetto di infinito.

Fino a poche settimane fa questa era una teoria che ben risolveva i problemi appena esposti e molti altri. Ora, grazie all'esperimento BICEP2, questo affascinante, e per certi versi incredibile, scenario, sembra aver trovato delle prove concrete, anzi, la prova più evidente che potessimo sperare di trovare. Una delle più importanti scoperte dell'ultimo secolo, e forse di sempre. Se volete saperne di più, leggete questo articolo, in italiano, dell'ottimo divulgatore Amedeo Balbi.

L’espansione dell’Universo è in accelerazione?

Dopo il “calcio” iniziale dato da non si sa cosa e definito con il termine Big Bang, niente nell’Universo, almeno così si credeva, ha fornito ulteriori forze alla sua espansione. Proprio come un pattinatore sul ghiaccio a cui viene data una spinta continua a muoversi finché non incontra un ostacolo, così si comporta l’Universo stesso. Senza ulteriori spinte, continua a espandersi con una velocità più o meno costante. Questo è quello che si credeva fino a qualche anno fa. Il Big Bang, quell'evento ancora piuttosto oscuro che ha scatenato l'espansione (e la creazione) dell'Universo, è stato il "calcio" iniziale a cui, poi, non sono seguite altre forze nella stessa direzione. L’unico impedimento all’espansione, e abbastanza debole, deriva dalla forza di gravità. La materia contenuta nell’Universo, producendo un’enorme forza di gravità, che è sempre attrattiva, dovrebbe rallentare, lentamente, l’espansione. Se riuscirà a fermarla o solo a rallentarla leggermente, questo dipende da quanta materia c’è nell’Universo, se è superiore rispetto a un certo valore, detto densità critica.

Generazioni di cosmologi hanno allora cercato di misurare la densità dell’Universo per capirne il suo destino, prendendo ormai per assodato il semplice modello appena espresso.

Poi, sul finire degli anni novanta, si verificò una scoperta inattesa e sconvolgente.

Dalla stima delle distanze attraverso l’osservazione delle supernovae in altre galassie, gli astronomi si accorsero che l’Universo, in tempi recenti, non solo non stava rallentando la sua espansione, ma stava inspiegabilmente accelerando!

La scoperta valse ai tre fisici americani il premio Nobel nel 2011, quando le loro misurazioni pionieristiche erano state verificate più volte e ormai accettate dalla comunità scientifica.

La conclusione è però sconcertante: a partire da circa 6 miliardi di anni a questa parte, qualche forza misteriosa sta facendo accelerare l’espansione dell’Universo, qualcosa che riesce a sopravanzare la spinta attrattiva della forza di gravità e a ridare nuova energia a quel lontanissimo calcio iniziale scatenato dal Big Bang.

Gli scienziati chiamarono questa forza energia oscura, da non confondere con la materia oscura delle galassie.

L’energia oscura, secondo gli attuali modelli, è l’energia del vuoto, del tessuto dello spazio e del tempo, che secondo le leggi di fisica quantistica produce una specie di antigravità, in grado di far accelerare l’Universo.

Possiamo immaginare l’energia oscura come il prezzo da pagare per avere il tessuto dello spazio e del tempo sul quale poter far sviluppare particelle e corpi celesti.

Proprio come sulla Terra, dove strade e ponti sono la struttura sulla quale poi si sviluppa il traffico, e di certo non è gratis ma richiede denaro ed energie per essere creata, così nell’Universo lo spazio e il tempo non sono gratuiti, ma contengono l’energia richiesta per essere stati costruiti.

E questo prezzo da pagare per avere le "strade dell'Universo" potrebbe, alla lunga, essere molto caro e portare addirittura alla sua completa distruzione.