la fascia di abitabilita’ nei sistemi planetari · momento angolare esistente tra il sole e i...

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NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI I CORPI DEI SISTEMI PLANETARI LA FASCIA DI ABITABILITA’ NEI SISTEMI PLANETARI ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA

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NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI

I CORPI DEI SISTEMI PLANETARI

LA FASCIA DI ABITABILITA’ NEI SISTEMI PLANETARI

ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA

DAL DISCO PROTOPLANETARIO AI PLANETESIMI

DAI PROTOPIANETI AI PIANETI GASSOSI E ROCCIOSI

LA MIGRAZIONE DEI PIANETI

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 3

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Un è

una regione dello spazio

occupata da una stella e dagli

astri (soprattutto pianeti) che

gravitano intorno ad essa e nella

quale la stella stessa esercita

una attrazione gravitazionale

predominante rispetto a quella

delle altre stelle.

In prima approssimazione i

sistemi planetari sono composti

da una o più stelle, pianeti e

corpi minori.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 4

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Il primo ad intuire che i sistemi planetari

derivino da u gioco gravitazionale fu Immanuel

Kant nel 1755, teoria avallata dopo 40 anni da

Pierre de Laplace che la dimostrò anche

scientificamente insieme a Lagrange.

La teoria di Laplace non riusciva a giustificare

la grande disparità di distribuzione del

momento angolare esistente tra il Sole e i

pianeti, con questi ultimi che ne detengono

circa il 99%. Fu così messa da parte, per poi

essere ripresa e affinata fino al modello di

Viktor Safronov, chiamato Solar Nebular Disk

Model (SNDM), e poi a quello di George

Wetherill sull’accrescimento galoppante.

Immanuel Kant Pierre de Laplace

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 5

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Senza scendere in dettagli, la conservazione del momento angolare è un fenomeno che possiamo

sperimentare facilmente ipotizzando una pattinatrice su ghiaccio che effettua una piroetta: se la

pattinatrice allarga le braccia aumenta la propria superficie in rotazione e la velocità di rotazione

diminuisce, mentre se porta le braccia adese al corpo la sua velocità aumenta di nuovo perché

diminuisce la superficie in rotazione.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 6

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Offset (anni) Evento

0 Stella in sequenza principale

500,000 Planetesimi e protopianeti

1,000,000 Formazione del primo gigante gassoso

2,000,000 Migrazione del primo gigante gassoso

10,000,000 Formazione degli altri giganti gassosi e migrazione

20,000,000 Formazione dei pianeti rocciosi

100,000,000 Riorganizzazione delle orbite planetarie

1,000,000,000 Sistema planetario stabile

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 7

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Abbiamo visto già nella sesta serata

come nasce una stella:

una nebulosa estesa, per ragioni

prevalentemente di disturbo esterno

unite a valori di massa e

concentrazione in linea o quasi con la

Legge di Jeans, inizia a collassare in

più punti chiamati PROTOSTELLE.

Nebulosa della Carena

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 8

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Da questa protostella, il resto è un

gioco di masse: se la massa che

collassa è abbastanza da accendere

una fusione nucleare dell’idrogeno,

allora nasce una nuova stella.

Ma tutto il materiale che spiraleggia

intorno alla protostella va a formare la

stella?

Rispetto allo schema di partenza, siamo

al tempo zero. Albireo (beta Cigni)

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 9

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

La protostella ha NECESSITA’ di

disperdere il momento angolare in

eccesso nel momento in cui si

comprime, quindi deve per forza

esserci, fin dalle prime fasi, un disco di

materia che gira intorno alla protostella,

in grado di tenerne una quantità non

indifferente: si tratta del DISCO

CIRCUMSTELLARE.

Il disco deriva dalla forza centrifuga

impressa dall’aumento della velocità di

rotazione della stella in contrazione.

Visto che questo disco sta ancora

acquisendo materiale, si parla di DISCO

DI ACCRESCIMENTO. Disco circumstellare intorno a una stella giovane in M42

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 10

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Nel momento in cui la stella si forma, i

suoi venti stellari iniziano a soffiare ad

una velocità ed intensità tale che il disco

circumstellare cessa di crescere per

acquisizione di materia in collasso

(termina la «fase» di disco di

accrescimento) e perde gran parte del

materiale della zona più interna, più

facilmente raggiunto dal vento stellare.

I dischi che restano raggiungono spesso

diametri di 1000 U.A. e temperature che

variano tra 100 K nelle zone più esterne

a circa 1000 K nelle zone più interne. Rappresentazione artistica dell’effetto del vento stellare

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 11

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Quando la stella inizia la fase T-Tauri, il disco si

raffredda e si schiaccia dando vita ai primi

addensamenti di materiali nelle zone più interne, con

granuli del diametro massimo di 1 micron. Questi

addensamenti fanno si che abbia inizio il DISCO

PROTOPLANETARIO.

La turbolenza del interna al disco comporta un

rimescolamento di materiale dall’esterno che fonde i

granuli interni con quelli esterni, più ricchi di sostanze

organiche, e spezza il disco in più «sottodischi» in

grado di poter collassare. Disco protoplanetario intorno a Beta Pictoris

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 12

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Laddove il disco circumstellare superi (a quanto

sembra) le 0,3 masse solari, i grumi riescono ad

addensarsi ma molti restano estranei alla formazione

dei pianeti maggiori, dando vita a corpi più piccoli che

battezzeremo, in seguito, asteroidi e comete.

Nel caso in cui la massa non riesca a dar vita a corpi

consistenti, la radiazione stellare o altri fenomeni di

fotoevaporazione spazzano via le polveri lasciando

intorno alla stella soltanto detriti, o addirittura nulla.

Dettaglio della nebulosa Carena

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 13

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

I grani maggiori di un millimetro sono

più veloci del gas, che quindi li frena

costringendoli ad un’orbita a spirale

verso il centro del disco. I grani si

riscaldano fino a un determinato punto

in cui il ghiaccio che li riveste sublima.

Questo punto è chiamato

e segna la separazione

tra i pianeti rocciosi e quelli di

materiale volatile allo stato solido.

Lungo la linea della neve, i grani vengono avvolti da particelle di acqua e accelerano, il che li

rallenta nella caduta verso la stella. Il processo dà vita quindi a una sorta di intasamento di questa

zona, aumentando le possibilità di collisione tra grani che si amalgamano raggiungendo

dimensioni anche di qualche centimetro.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 14

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

I granuli continuano ad addensarsi sempre di

più dando vita a quello che un giorno sarà un

pianeta. A questo stadio, queste aggregazioni

di materiale vengono dette .

Un planetesimo è la «parte più piccola di un

pianeta» derivante da aggregazione

gravitazionale di granuli minori. Raggiunta la

dimensione di un chilometro, questi

planetesimi hanno iniziato ad attrarsi anche tra

di loro: i più grandi sono rimasti a scapito dei

più piccoli che sono stati inglobati oppure

espulsi verso le zone più esterne del sistema

planetario in formazione.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 15

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

: per un

periodo compreso tra 10.000 e 100.000 anni i

planetesimi continuano a crescere di

dimensione con un tasso elevatissimo,

dipendente da massa e raggio. Maggiore è un

planetesimo e più rapidamente questo cresce

di dimensione.

Al termine del periodo, i corpi maggiori hanno

ormai diametri superiori ai 1.000 chilometri e il

processo rallenta perché anche questi corpi

maggiori iniziano a disturbarsi

gravitazionalmente.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 16

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

: negli

strati più interni del Sistema Planetario in

formazione restano poche centinaia di corpi

grandi («oligarchi») che continuano ad

accrescersi ad un tasso dipendente dalla

massa in maniera inversa.

Questi corpi sono separati da dischi di

planetesimi, e continuano a fondersi con

questi ultimi ma capita a volte che si fondano

anche tra di loro.

Ciò che resta è un centinaio di corpi delle

dimensioni comprese tra quella della Luna e

quella di Marte.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 17

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Si giunge così a questi corpi dominanti,

chiamati .

Alcuni planetesimi sono riusciti a sfuggire alle

collisioni e possono essere catturati

gravitazionalmente dai corpi più grandi, come

ad esempio è accaduto alle lune di Marte,

Phobos e Deimos.

E’ chiaro che trovare e studiare questi corpi

equivale a studiare la composizione di un

sistema planetario durante le sue prime fasi di

vita.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 18

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

:

Oltre la Frost Line

:

I modelli non spiegano come si

possano acquisire 10 Masse Terrestri

a 5 UA di distanza e in 10 milioni di

anni. Si tira in ballo la migrazione dei

pianeti.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 19

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

(1) Entro la Frost Line si formano granuli di

polvere rocciosa che poi danno vita a

planetesimi rocciosi.

(2) Accrescimento galoppante e crescita

oligarchica portano a protopianeti con massa

pari a circa 0,1 masse terrestri (come Marte)

che iniziano a (3) perturbarsi

vicendevolmente dando vita a orbite caotiche

e alla fase del «Merger Stage».

(4) Da questa fase i planetesimi minori

vengono espulsi o collidono dando vita, entro

100 milioni di anni, a pianeti rocciosi di massa

terrestre in numero da 2 a 5.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 20

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

: coinvolge i pianeti rocciosi

all’interno della Frost Line e determina una perdita

di momento angolare a vantaggio del disco

residuo, quindi i pianeti si avvicinano alla stella

madre.

: coinvolge i pianeti gassosi,

che aprono lacune nel disco in grado di arrestare la

migrazione di tipo I. Il materiale del disco affluisce

nelle lacune facendo perdere il momento angolare

e quindi causando un avvicinamento dei pianeti e

delle lacune. Spesso i pianeti entrano nella Frost

Line, e da qui hanno origine gli «hot Jupiter».

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – NASCITA DEI SISTEMI PLANETARI 21

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Le migrazioni hanno determinato:

1. acquisizione di massa ulteriore da parte

dei pianeti maggiori durante il

passaggio vicino ad altri planetesimi e

nelle altre zone del disco;

2. espulsione dal disco di alcuni

planetesimi o protopianeti minori a

causa della fionda gravitazionale;

3. Acquisizione di satelliti da parte dei

pianeti maggiori;

4. Stabilizzazione del sistema

PIANETI

SATELLITI

ASTEROIDI

COMETE

NANOPIANETI

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – CORPI DEI SISTEMI PLANETARI 23

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Stella/e, pianeti, corpi minori (nanopianeti, comete, asteroidi, satelliti, meteoroidi)

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – CORPI DEI SISTEMI PLANETARI 24

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

I pianeti sono corpi celesti, (1) orbitanti

attorno ad una stella (senza esserlo

essi stessi), (2) la cui massa è

sufficiente a conferirgli una forma

sferoidale e (3) la cui fascia orbitale è

priva di eventuali corpi di dimensioni

confrontabili o superiori. Definizione IAU 24/08/2006 che declassò Plutone da

pianeta a pianeta nano

Se orbitano intorno a stelle diverse dal

sole sono detti esopianeti.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – CORPI DEI SISTEMI PLANETARI 25

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

L’orbita totalmente diversa rispetto agli altri

otto pianeti ma soprattutto il fatto di incrociare

l’orbita di Nettuno e di avere migliaia di altri

oggetti simili a lui fece sì che Plutone venisse

declassato a pianeta nano.

Non senza polemiche americane…

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – CORPI DEI SISTEMI PLANETARI 26

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

I pianeti nani sono corpi celesti, orbitanti

intorno ad una stella e caratterizzata da

una massa sufficiente a conferir loro una forma

sferoidale ma che, a differenza dei pianeti veri

e propri, non sono stati in grado di ripulire la

propria fascia orbitale da altri oggetti di

dimensioni non trascurabili.

I plutoidi, istituiti dalla UAI l’11 giugno 2008 e

relativi al Sistema Solare, sono i pianeti nani la

cui orbita è prevalentemente oltre l'orbita di

Nettuno

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – CORPI DEI SISTEMI PLANETARI 27

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

I satelliti naturali sono i corpi celesti non

stellari che orbitano intorno ad un altro corpo

celeste che non sia una stella. Possono quindi

anche essere galassie satellite, ma non ne

parliamo in questa sede.

:

1. Cattura gravitazionale

2. Impatti più o meno grandi

Una curiosità: i satelliti mostrano molto spesso

la stessa faccia al loro pianeta di origine a

testimoniare una risonanza orbitale maturata

nel tempo. Ci sono eccezioni rappresentate da

moti totalmente caotici.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – CORPI DEI SISTEMI PLANETARI 28

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Un asteroide è un corpo roccioso di forma

irregolare, non più grande di 1000 Km di

diametro ma che in genere non supera i 100

Km di diametro. Il limite inferiore invece è

indicato in poche decine di metri.

1. Gli asteroidi sono ciò che rimane dalla

distruzione di un pianeta;

2. Sono pianeti mai formati: è la tesi più

accreditata e proprio per questo studiare

gli asteroidi vuol dire studiare gli oggetti

più antichi di un sistema planetario.

1. CARBONACEI C;

2. SILICEI S;

3. METALLICI M

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – CORPI DEI SISTEMI PLANETARI 29

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Le comete sono corpi di diametro variabile da

qualche chilometro a decine di chilometri,

formati da ghiaccio, silicati e grafite. Il ghiaccio

è dovuto al fatto che occupano, generalmente,

fasce lontanissime dalla stella centrale e di

conseguenza molto fredde. Sono composte da

un nucleo, una chioma (o coma) e da

una coda apparente (o più code).

Le comete si avvicinano, periodicamente o

meno, alla stella centrale sublimando e

rilasciando la famosa e visibile coda.

Più numerosi sono i passaggi, e vicini, nei pressi della stella e maggiore è il ghiaccio che sublima,

quindi la fine delle comete è segnata dalla disgregazione in passaggi troppo ravvicinati alla stella

oppure dall’esaurimento del ghiaccio da sublimare.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – CORPI DEI SISTEMI PLANETARI 30

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Un meteoroide è un corpo di dimensioni più o

meno piccole, presente lungo l’orbita di un pianeta

o comunque nel suo spazio gravitazionale. La

maggior parte è formata da schegge di asteroidi

oppure da resti di code cometarie che hanno

attraversato il piano orbitale di uno o più pianeti.

Secondo l'astronomia moderna, in pratica,

un meteoroide è un frammento roccioso o

metallico relativamente piccolo dei residui rimasti

della condensazione della nebulosa da cui si

formò il Sistema Solare.

Le dimensioni, stabilite nel 1961 dall'Unione Astronomica Internazionale, sono comprese tra 10-

9 e 107 Kg, in pratica tra un granello di sabbia ed un masso comune.

Se il meteoroide entra nell’atmosfera di un pianeta dà vita ad una meteora e, se recuperato sulla

superficie di un pianeta, ad un meteorite.

DOVE CERCARE LA VITA

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – LA FASCIA DI ABITABILITA’ 32

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Un ambiente abitabile è un luogo in cui la vita,

come noi la conosciamo, può nascere e

svilupparsi.

Alcune condizioni essenziali sono:

1. Acqua e situazione superficiale;

2. Presenza di fonti di energia;

3. Protezione da radiazione ionizzante

Alcune condizioni sono dovute alla stella, altre alle

orbite planetarie, altre al sistema planetario in sé

ed altre ancora al singolo pianeta.

Il primo elemento da tenere in considerazionie è la , che dipende dalla radiazione

ricevuta dalla stella e da quella ritenuta dal pianeta per effetto-serra, nonché dal calore interno del

pianeta.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – LA FASCIA DI ABITABILITA’ 33

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Conosciamo il comportamento dell'acqua in

superficie. Ora, se ipotizziamo un sistema

planetario simile al nostro, con una stella

comparabile al Sole, possiamo determinare

facilmente il range di distanza che può avere un

pianeta comparabile alla Terra per struttura e

atmosfera affinché possa presentare acqua liquida,

visto che sappiamo calcolare la temperatura

superficiale del pianeta stesso.

L'intervallo di distanze compreso tra la distanza minima e quella massima è chiamato

(LWHZ - Liquid Water Habitable Zone). Ad influire sulle condizioni

climatiche, e quindi sulla fondamentale temperatura superficiale, concorrono moltissimi parametri,

soprattutto climatici, propri del pianeta, e propri della stella (temperatura, dimensione, ecc).

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – LA FASCIA DI ABITABILITA’ 34

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

La fascia di abitabilità dipende, astronomicamente,

dalla stella-madre:

1. Temperatura: maggiore è la radiazione e

maggiore è la distanza della fascia (al

quadrato)

2. Dimensione: maggiore è il diametro stellare e

maggiore è la distanza della fascia (lineare)

La linea punteggiata indica una copertura nuvolosa dello 0%

mentre quella tratteggiata indica una copertura del 100%. Le

scritte in alto rappresentano la classe spettrale delle stelle ed

il tempo di permanenza nella sequenza principale, espresso

in miliardi di anni. Sull'asse orizzontale c'è la luminosità

rispetto alla luminosità solare, mentre sull'asse verticale c'è

la distanza rispetto alla distanza Terra-Sole.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – LA FASCIA DI ABITABILITA’ 35

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

La fascia di abitabilità dipende, astronomicamente, dal pianeta:

1. Atmosfera: da questa dipende la pressione per il

mantenimento dell’acqua liquida e l’effetto-serra per la

temperatura.

2. Massa e raggio: servono a trattenere l’atmosfera

3. Nucleo metallico fuso in rotazione: genera un campo

magnetico che devia le particelle cariche dall’atmosfera e le

indirizza ai poli.:

4. Oceani: servono a mitigare le escursioni climatiche;

5. Ghiacci: servono a riflettere parte della radiazione.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – LA FASCIA DI ABITABILITA’ 36

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

La fascia di abitabilità dipende,

astronomicamente, dal pianeta:

1. Calore geotermico derivante da

decadimento radioattivo

2. Calore geotermico derivante dalle

forze mareali

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – LA FASCIA DI ABITABILITA’ 37

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Innanzitutto la stella deve essere

stabile: se aumenta la radiazione

incidente aumenta la temperatura,

quindi l’evaporazione e l’effetto serra

e il pianeta diventa incandescente.

Se diminuisce la radiazione, invece,

aumentano ghiacci e neve e quindi

l’albedo: il pianeta riflette più luce e si

raffredda sempre di più.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – LA FASCIA DI ABITABILITA’ 38

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Anche l’orbita planetaria dovrebbe ricadere

completamente all’interno della fascia di abitabilità al fine

di sviluppare una vita evoluta superficiale, visto che

altrimenti ci sarebbero troppe variazioni di temperatura.

Questo, secondo uno studio di settembre 2012, sembra

invece non essere necessario per la vita sub-superficiale,

che come sulla Terra potrebbe avere natura di vita

estremofila.

METODI DI SCOPERTA DEGLI ESOPIANETI

ALCUNI SISTEMI PLANETARI INTERESSANTI

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 40

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Al 5 ottobre:

confermati 839 esopianeti

suddivisi in 662 sistemi planetari

dei quali 125 sono multipli

(exoplanet.org)

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 41

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

I pianeti sono stati finora scoperti attraverso differenti tecniche, delle quali le principali sono:

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 42

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Fino al termine del 2008

nessun pianeta extra-solare era stato

visto orbitare intorno alla sua stella. Il

primo è stato Fomalhaut b, intorno alla

giovanissima e brillantissima

stella Fomalhaut nella costellazione

del Pesce Australe.

Gli esopianeti fotografati sono ben

quattro a fine 2008: uno intorno

a Fomalhaut e tre intorno alla

stella HR8799 nella costellazione di

Pegaso. Ad oggi sono ben 31!

Immortalare pianeti intorno a una stella

di classe A, brillantissima, è possibile

solo per le grandi dimensioni del disco.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 43

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

La presenza di un pianeta nei paraggi della

stella comporta la presenza di un campo

gravitazionale che altera il movimento della

stella stessa.

L'analisi spettrografica della stella mostrerà,

quindi, delle variazioni di effetto Doppler (o

di redshift) che consentiranno la stima della

massa del pianeta e del suo periodo orbitale.

Effetti osservabili, però, saranno presenti soltanto in caso di pianeti giganti in orbita stretta. Se

qualcuno osservasse il Sole da fuori il Sistema Solare ed il suo unico pianeta fosse Mercurio, di

certo non si accorgerebbe di nulla. Con il metodo delle velocità radiali nel 1995 fu scoperto il

primo esopianeta, 51 Pegasi. Gli esopianeti successivi sono stati trovati per la maggior parte con

questo metodo.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 44

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Il metodo consiste nel misurare precisamente la

posizione di una stella e nell'osservare quanto essa

cambia nel tempo a causa dell'interazione

gravitazionale con un oggetto compagno. Dato che il

cambio di posizione è piccolissimo, soltanto

recentemente (giugno 2009, con pubblicazione su The

Astrophysical Journal di Luglio 2009) è stato possibile

identificare tramite astrometria un

pianeta extrasolare e per lungo tempo questo metodo

è rimasto da parte. A differenza delle velocità radiali, in

pratica, non si guarda lo spettro ma la posizione della

stella rispetto alle altre.

Il pianeta è stato scoperto in orbita intorno ad una stella nana ultrafredda, ha massa pari a 6,4 Mj

(Jupiter Mass), con periodo orbitale di 0,744 anni intorno alla stella VB10 (van Biesbroeck 1944),

vicina alla massa limite inferiore per una stella.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 45

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Se un pianeta passa davanti ad una stella ne

oscura il disco per una frazione temporale che è

pari al quadrato del rapporto tra i raggi dei due

corpi celesti. In pratica si osserva la curva di

luce della stella, e laddove questa sia più

luminosa il calcolo è ancora più facile. Anche

stavolta, ovviamente, i risultati migliori si hanno

nei casi di pianeti giganti in orbita stretta. Il

grande vantaggio è dato dal fatto che, studiando

l'oscuramento del disco stellare, si riesce a

capire anche il raggio del pianeta e l'inclinazione

dell'orbita rispetto all'eclittica.

Il primo pianeta ad essere stato scoperto grazie al metodo dei transiti è stato, nel 1999, HD209458.

Una informazione in più: durante il transito è possibile anche capire la composizione chimica del

pianeta visto che gli spettri si sommano.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 46

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

In determinate circostanze un pianeta di grandi

dimensioni distorcerebbe il raggio di luce

emesso da una stella (facendone aumentare

quasi impercettibilmente la luminosità), ed in tal

caso sarebbe possibile individuare più

semplicemente anche i pianeti terrestri.

Nella nostra Galassia è stimato che un evento

del genere potrebbe verificarsi con una

probabilità di uno su un milione per ciascuna

stella, visto che occorre un allineamento perfetto

tra stella, pianeta e Terra.

In realtà di lenti gravitazionali, grazie agli strumenti oggi utilizzabili, ne sono state scoperte a

migliaia ma non si ha la prova di una combinazione stella-pianeta, quindi ad oggi

nessun esopianeta è stato scoperto con questo metodo.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 47

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

A volte, scoperto un pianeta, è possibile

determinare la presenza di un altro pianeta che

esercita un effetto gravitazionale sul primo.

Se conosciamo il tempo di rivoluzione del primo,

può accadere che a volte passi dopo e a volte

passi prima rispetto a quanto preventivato, il che

è dovuto alla presenza di un altro pianeta che a

volte trattiene il primo pianeta (se si trova dietro)

ed a volte lo accelera (se si trova davanti).

In base a questi disturbi gravitazionali sono stati scoperti Nettuno, nel nostro sistema, ed un

pianeta nella Lira nel 2011, ad esempio.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 48

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Pianeta Massa Periodo Semiasse

Maggiore

Eccentricità Discovery

HD 114762 b 10.98 83.9151 0.353 0.3354 1989

PSR 1257 12 b 7e-05 25.262 0.19 — 1992

PSR 1257 12 c 0.013 66.5419 0.36 0.0186 1992

PSR 1257 12 d 0.012 98.2114 0.46 0.0252 1992

PSR B1620-26 b 2.5 36525.0 23.0 — 1994

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 49

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

51 Pegasi è una nana gialla di tipo spettrale G2,5IV distante dica

48 anni luce da noi, nella costellazione di Pegaso.

Raggio medio 1,3 raggi solari, massa 1,04 masse solari,

temperatura 5,600 K e luminosità di circa 1,30 luminosità solari.

Il pianeta 51 Pegasi b è stato il primo esopianeta scoperto intorno

ad una stella simile al Sole, nel 1995, grazie al metodo delle

velocità radiali.

Distanza media dalla sua stella di 0,0527 UA, percorsa in circa

4,23 giorni. La massa è di circa 0,45 masse gioviane.

Si tratta di un gioviano caldo.

In base a questi disturbi gravitazionali sono stati scoperti Nettuno, nel nostro sistema, ed un

pianeta nella Lira nel 2011, ad esempio.

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 50

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

55 Cancri è una stella doppia di classe G8-V a 41 anni luce da

noi, nel Cancro, accompagnata da una nana rossa.

Presenta 5 pianeti gassosi, dei quali 55 Cancri f si trova in fascia

di abitabilità.

Pianeta Massa Periodo orbitale Sem. Maggiore Eccentricità Scoperta

e 0.027 Mj 0,74 giorni 0.0156 UA 0.57 2004

b > 0,824 ± 0,007 MJ 14,65162 ± 0,0007

giorni 0,115 UA 0,014 1996

c > 0,169 ± 0,008 MJ 43,93 ± 0,021 giorni 0,240 UA 0,086 2002

f > 0,144 ± 0,04 MJ 260 ± 1,1 giorni 0,781 UA 0,2 2007

d >3,835 ± 0,08 MJ 5218 ± 230 giorni 5,77 UA 0,025 2002

SERATA N° 10 – I SISTEMI PLANETARI – ESOPIANETI E TECNICHE DI SCOPERTA 51

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Nana rossa di classe M3 V a 20 anni

luce da noi, nella Bilancia.

Pianeta Tipo Massa Periodo orb. Sem. maggiore

E Super Terra ≥1,7 M⊕ 3,14867 giorni 0,0284533 UA

B Gig. Gassoso ≥15,65 M⊕ 5,36841 giorni 0,0406163 UA

C Super Terra ≥5,36 M⊕ 12,9191 giorni 0,072993 UA

g

(tbc) Super Terra ≥3,1 M⊕ 36,562 giorni 0,14601 UA

D Super Terra ≥5,6 M⊕ 66,87 giorni 0,21847 UA

f

(tbc) Super Terra ≥7 M⊕ 433 giorni 0,758 UA

VIA LATTEA E SISTEMA SOLARE

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