I pianeti extrasolari

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1 I pianeti extrasolari G. Cutispoto INAF Osservatorio Astrofisico di Catania XVI Scuola Estiva di Astronomia Stilo (RC) - 29 Giugno 2011

2 Il Sistema Solare Sole Pianeti - Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno Corpi Minori - Pianeti Nani, Satelliti dei pianeti, Asteroidi, Comete Distribuzione della massa: Sole: % Pianeti: 0.13 % CM: 0.02% Distanza dal Sole: Mercurio: 0.39 UA Terra: 1 UA Giove: 5.20 UA Periodi orbitali: Mercurio = 88 giorni Terra = 1 anno Giove = anni

3 Il Sole è molto più grande dei pianeti Terra Giove Raggio del Sole = km Sole Il raggio del Sole è 109 volte il raggio della Terra Il volume del Sole è volte il volume della Terra

4 Terra Venere Le orbite dei pianeti Mercurio Sole Nettuno Urano Marte Saturno Giove km = 1 UA Nettuno: 30.1 UA Eris: 97.6 UA

5 Origine del Sistema Solare Il Sole si è formato a seguito della contrazione di una Nube Molecolare (probabilmente causata dall esplosione di una Supernova ) Contrazione del Sole inizio: 4.6 miliardi di anni fa durata: ~ anni Intorno al Sole si formò un disco di materia a partire dal quale, in circa 100 milioni di anni, si formarono i pianeti e i corpi minori

6 Esistono altri Sistemi Solari? E un idea che ha profonde radici nel pensiero scientifico e filosofico Le prime intuizioni sulla pluralità dei mondi, e sull esistenza di vita intelligente su altre terre, risalgono alla civiltà ellenistica (Aristarco, Democrito, Epicuro: 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 ) Ma Aristotele disse: Non può esistere che un solo mondo Nel 1584 Giordano Bruno sfida le concezioni filosofiche e religiose dell epoca riproponendo l idea di altri pianeti abitati ( 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 ) Oggi sappiamo che la Via Lattea contiene circa 200 miliardi di stelle e che nell Universo esistono almeno 100 miliardi di galassie

7 Stelle, Nane Brune, Pianeti Le Stelle generano energia nel loro interno tramite reazioni di fusione ( bruciamento ) nucleare La temperatura al centro di una stella aumenta con la sua massa Per il bruciamento dell Idrogeno è necessaria una temperatura di almeno K, mentre il bruciamento del Deuterio ha luogo ad una temperatura più bassa ( 10 6 K) Stelle : corpi con M > 0.08 M Sole (T nucleo > K) - riescono a bruciare l Idrogeno (0.08 M Sole 85 M Giove ) Nane Brune : corpi con M Sole < M < 0.08 M Sole (T nucleo ~10 6 K) - possono bruciare solo il Deuterio (0.012 M Sole 13 M Giove ) Pianeti : corpi con M < 13 M Giove - non possono produrre energia per mezzo di reazioni nucleari

8 Le nane brune (Brown Dwarf) sono l anello di congiunzione tra le stelle e i pianeti Limite di bruciamento dell Idrogeno Limite di bruciamento del Deuterio Pianeta M > 0.08 M Sole 85 M Giove M > 13 M Giove M < 13 M Giove

9 Come osservare i pianeti extrasolari? I pianeti sono piccoli Non emettono luce propria Sono vicini alla stella madre L osservazione diretta è estremamente difficile; fotografare un pianeta extrasolare è come cercare di vedere una candela vicino a un faro da una distanza di 1000 km! Molto più facile risulta l osservazione dei disturbi che la presenza di un pianeta provoca sulla stella attorno a cui ruota

10 Tecniche per l osservazione dei pianeti extrasolari Velocità radiale Astrometria Transiti Microlenti Effetti dinamici Effetti fotometrici Immagini dirette

11 Effetto Doppler e Velocità Radiale La radiazione di una sorgente in moto rispetto ad un osservatore risulta più rossa se la sorgente si allontana, più blu se si avvicina l osservata > l o l osservata < l o Dl = l osservata - l o > 0 Dl = l osservata - l o < 0 La velocità relativa sorgente osservatore (RV) è data da: RV = c D l / l o Se il moto è periodico osservazioni spettroscopiche estese nel tempo permettono di costruire la cosiddetta Curva di Velocità Radiale (es. le componenti di un sistema binario si muovono attorno al loro centro di massa)

12 Stella B Centro di Massa Stella A Binarie Spettroscopiche Se una componente ha massa minore avrà una variazione di RV maggiore, perché percorrerà un orbita più grande Stella A Stella B (M a RV a = M b RV b ) Il periodo della curva di RV equivale al periodo di rivoluzione delle due stelle attorno al centro di massa Dalla forma della curva di RV è ricavare l eccentricità delle orbite possibile La variazione di RV è di svariati km/s ed equivale alla componente della velocità vera lungo la linea di visuale

13 Sistemi Stella + Pianeta Pianeta Lo spettro del pianeta non è osservabile poiché la sua radiazione è molto minore (~10-9 ) di quella della stella Stella La variazione di RV della stella è estremamente piccola (al massimo poche decine di m/s) e per rivelarla sono necessarie misure di altissima precisione La velocità misurata è in realtà solo la componente della velocità lungo la linea di vista dell osservatore: V oss = V stella sin i i Piano orbitale Direzione osservatore

14 Sistemi Stella + Pianeta Dalla curva di Velocità Radiale si ottengono: K P K: ampiezza della curva (funzione del rapporto massa stella / massa pianeta e della distanza stella pianeta ) P: periodo di rivoluzione del pianeta attorno alla stella Da questi valori possiamo ricavare: la distanza stella pianeta (terza legge di Keplero) la velocità orbitale del pianeta il valore minimo (M Pianeta sin i) della massa del pianeta (legge di conservazione del momento angolare)

15 Terza legge di Keplero: K G M s a 3 = P 2 4p 2 Velocità orbitale: P V p = 2pa/P 1/2 V p = G M s a Legge di conservazione del momento angolare: M p = M s V s / V p Dalle osservazioni otteniamo K (= V s sin i) e quindi ricaviamo: M p sin i, ovvero il valore minimo della massa del pianeta I valori ricavati sono in media ben rappresentativi delle vere masse planetarie; per una distribuzione casuale dell angolo i si ha infatti che per l 87% dei casi sin i > 0.5 e solo per lo 0.5% dei casi sin i < 0.1

16 51 Pegasi b Il primo pianeta in orbita intorno ad una stella (simile al Sole) è stato scoperto nel 1995 con il metodo delle velocità radiali da Michel Mayor and Didier Queloz Periodo = 4.23 days Distanza da 51 Peg = AU Temperatura ~ 1400 K Massa > 0.47 M Giove Sole 51 Peg Un risultato accolto con parecchio scetticismo da molti astronomi!!!

17 Il metodo delle velocità radiali è quello che ha fin qui prodotto il maggior numero di scoperte: 513 pianeti extrasolari Gran parte hanno periodi orbitali molto brevi e massa simile o maggiore a quella di Giove; se si trovano ad una distanza dalla loro stella d 0.05 UA vengono chiamati Hot Jupiters Il metodo delle RV ha permesso di identificare fino ad oggi 51 sistemi multipli I pianeti più piccoli osservati fino ad oggi con la tecnica delle RV sono: GL 581e M sin i ~ M Giove ~ 1.9 M Terra CoRoT-7b M ~ M Giove ~ 4.8 M Terra Pianeti con M 5 M Terra vengono chiamati Super-Earth And P b = giorni P c = 0.7 anni P d = 3 anni

18 Non esistono quindi pianeti extrasolari con caratteristiche orbitali e fisiche simili a quelle della Terra? Probabilmente (sicuramente) si, ma le Terre extrasolari non sono per il momento osservabili con il metodo delle RV L ampiezza K della curva di RV risulta infatti: K M p 1/ 3 PM s 2 Se osservassimo il Sole dallo spazio otterremmo: K Sole+Giove ~ 12.5 m/s K Sole+Terra ~ 0.1 m/s Attualmente le migliori misure di RV hanno una precisione di poco inferiore a 1 m/s Terra

19 3.6m ESO La Silla HARPS High Accuracy Radial velocity Planetary Search Spettrografo echelle inserito all interno di una camera a vuoto per minimizzare gli errori dovuti a variazioni di temperatura e di pressione atmosferica E alimentato da due fibre ottiche, una registra lo spettro della stella l altra quella di uno spettro di riferimento (Th-Ar) Potere risolutivo: Precisione: ~ 1 m/s Pianeti scoperti: 75

20 Caratteristiche del metodo delle RV Permette di: Scoprire un grande numero di pianeti Identificare i sistemi multipli Determinare l eccentricità delle orbite Ma: Otteniamo solo il valore minimo della massa Sono favoriti i periodi orbitali brevi Fornisce (ancora) una statistica non completa Prospettive future: ELT misure di RV con precisione di 1 cm/s

21 Metodo astrometrico Il moto apparente di una stella (vicina) non appare rettilineo se intono ad essa orbita un pianeta Stelle lontane Stella vicina Moto di una stella singola Moto di una stella con un pianeta Moto del centro di massa

22 = (M p /M s ) (a/d) [arcsec] dove M p è la massa del pianeta, M s la massa della stella, a il semiasse maggiore dell orbita in AU e d la distanza in pc Limiti di questo metodo: l angolo è sempre estremamente piccolo (< arcsec) si può applicare solo alle stelle più vicine richiede osservazioni su tempi lunghi

23 Moto apparente del Sole dovuto alla presenza di Giove (e degli altri pianeti) osservato da una distanza di 10 pc. La variazione della posizione del Sole è sempre minore di arcsec Misurare un angolo di arcsec equivale a vedere una moneta da 1 a 4700 km (dalla Sicilia alla Groenlandia)

24 GL 876 M s = 0.3 M Sole D = 15 anni luce GL 876b M p = M Giove P = 61 giorni a = 0.2 UA arcsec e Eri b M p = 1.55 M Giove Le dimensioni angolari di una moneta da 1 vista da 950 km di distanza

25 Misure Astrometriche il futuro Per stelle di tipo solare entro 10 pc Da Terra: VLT, Keck Precisione: µarcsec Massa limite ~ 60 M Terra (a = 1 UA) Una precisione di 10 µarcsec equivale a vedere una moneta da 1 sulla Luna Dallo spazio: Space Interferometry Mission (NASA 2011) Precisione: 2 µarcsec Massa limite ~ 6.6 M Terra (a = 1 UA)

26 Metodo dei transiti 8 Giugno 2004, transito di Venere sul disco solare osservato a Catania Il transito di un pianeta extrasolare non può essere osservato direttamente, ma provoca una seppur piccola diminuzione della luminosità totale della stella la cui ampiezza è proporzionale alle dimensioni del pianeta

27 Il metodo dei transiti permette di ricavare il raggio del pianeta e l angolo i Dm = (R pianeta / R Stella ) 2 HD b Scoperto con osservazioni da Terra (Deeg e Garrido - 0.9m Sierra Nevada Telescope) nel Luglio 1999 e poi osservato dallo spazio con HST (Brown et al.) Dm = mag R = R Giove i = 86.6 Dm La variazione di magnitudine del Sole per un osservatore posto fuori dal Sistema Solare sarebbe pari a: Dm = mag per il transito della Terra (R Terra = R Sole ) Dm = mag per il transito di Giove (R Giove = R Sole )

28 La probabilità di un transito è funzione delle dimensioni dei corpi coinvolti e della loro distanza: P = (R s + R p ) / a R s / a La durata di un transito dipende anche dal periodo di rivoluzione del pianeta e dall angolo i Dm T = P π (Rs /a)2 cos 2 i Pianeta P T (h) Dm Mercurio La precisione delle migliori misure fotometriche da Terra è di circa 10-3 mag e consente quindi di rivelare solo pianeti giganti Solo le osservazioni dallo spazio permetteranno di rivelare pianeti di tipo terrestre con il metodo dei transiti Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

29 I transiti : osservazioni dallo spazio COROT - CNES/ESA Lancio: 27 Dicembre 2006 Osserverà stelle KEPLER - NASA Lancio: 7 Marzo 2009 Osserverà stelle Questi satelliti potranno scoprire: > 1000 pianeti medi/giganti 12 Terre nella zona abitabile Corot 26 pianeti, il più piccolo con M ~ M Giove ~ 4.8 M Terra Kepler 17 pianeti, il più piccolo con M ~ M Giove ~ 2.3 M Terra

30 Caratteristiche del metodo dei transiti Permette di: Scoprire pianeti con dimensioni simili a quelli della Terra Identificare sistemi multipli Rivelare la presenza di satelliti dei pianeti Ma: E efficace solo se si osserva un grande campione di stelle (per una distribuzione casuale delle inclinazioni i in media solo un sistema planetario su 3000 risulta osservabile) Sono favoriti i periodi orbitali brevi e i pianeti più grandi Fornisce (ancora) una statistica non completa Con il metodo dei transiti (da Terra e dallo spazio) sono stati scoperti/osservati 141 pianeti (11 sistemi multipli)

31 Nella quasi totalità dei casi un pianeta scoperto con il metodo dei transiti può essere osservato con il metodo delle RV Misure di RV + fotometria transito + HD b M Pianeta = 0.69 M Giove R = R Giove = 0.31 g/cm 3 a = AU P = giorni

32 Metodo delle Lenti Gravitazionali La forza di gravità è in grado di deflettere la luce Percorso apparente della luce proveniente da una sorgente lontana La luce proveniente da una sorgente lontana può essere deflessa e focalizzata se una grande massa viene a trovarsi lungo il cammino ottico tra la sorgente e l osservatore Il risultato è un amplificazione del segnale della sorgente simile a quella causata da una lente (oppure in alcuni casi una deformazione dell immagine fino alla formazione di immagini multiple) Percorso reale della luce

33 Osservatore Stella lente Stella lontana pianeta Se la lente gravitazionale è una stella (microlente) si osserverà un aumento temporaneo della luce della stella lontana con un caratteristico picco Se la lente gravitazionale è una stella con un pianeta, è possibile osservare un picco secondario nella curva di luce La durata dell intensificazione luminosa principale è di alcune settimane; quella del picco secondario varia da alcuni giorni (pianeti giganti) ad alcune ore (pianeti terrestri)

34 Sono 10 i pianeti identificati fino ad oggi con il metodo delle microlenti OGLE L (Distanza ~ pc ) M stella = 0.22 M Sole M Pianeta = ~ 5.4 M Terra a ~ 2.6 UA P ~ 3800 g = 10.4 anni Con questo metodo ci si aspetta di rilevare un pianeta con dimensioni e caratteristiche orbitali simili alla Terra entro cinque anni

35 OGLE235-MOA53 M stella = 0.36 M Sole M Pianeta = 2 M Giove (a > 2.9 UA) Distanza = pc La scoperta di un secondo pianeta (M Pianeta = M stella Distanza = pc) è stata annunciata il 26 Maggio 2005 Sono già stati osservati circa 50 eventi microlente Ci si aspetta di rilevare un pianeta con dimensioni simili alla Terra entro cinque anni

36 (s)vantaggi del metodo delle microlenti Permette di: Scoprire pianeti di tipo terrestre (tecnologie già disponibili) Trovare pianeti anche a grandi distanze Ma: Eventi rari Efficace solo per studi su grandi campioni di stelle Le possibili scoperte sono casuali e sporadiche L'osservazione non può essere ripetuta Difficoltà di osservazione con altri metodi

37 Immagini dirette E la tecnica più difficile ma è quella che può fornirci i risultati più completi sulla fisica dei pianeti extrasolari e darci indicazione sulla presenza di processi biologici Problemi: Differenza di luminosità stella-pianeta (Sole-Giove = 10 8 ) Separazione angolare stella-pianeta (Sole-Giove = 0.5 visto da 10 pc) Vantaggi: Visione dell intero sistema planetario Dati fisici dei pianeti Masse (dalle orbite) Temperatura e composizione chimica (dagli spettri) Raggi (dalla luminosità e dalle temperature)

38 Tecniche per le immagini dirette Osservazioni IR: la differenza di luminosità Stella Pianeta è sensibilmente ridotta Rapporto di luminosità Sole/Terra Ottica Adattiva : permette di eliminare gran parte dei disturbi causati dall atmosfera terrestre e di fruttare al massimo il potere risolutivo dei grandi telescopi Interferometria + Nulling : si combina la luce raccolta da più telescopi per ottenere un potere risolutivo estremamente elevato 5500 Å 10 m è anche possibile eliminare la luce proveniente dalla stella ( Nulling ) mettendo così in evidenza quella proveniente dai pianeti Ad oggi sono state ottenute immagini dirette di 13 pianeti extrasolari (a > 12 UA) e di un sistema multiplo

39 2M 1207 VLT: Camera IR + Ottica Adattiva 2M 1207 a M M sole Età anni D 230 anni luce 2M 1207 b M 4 M Giove T 1300 K E 100 volte meno luminoso di 2M 1207a ed è ancora in fase di contrazione (R = 1.5 R Giove ), E stata rivelata presenza di H 2 O

40 Scoperto da HST M = 3 M Giove P = 878 anni a = 115 U.A. Fomalhaut b

41 HR 8799 HR 8799 e M = 9 M Giove P = 49 anni a = 14.5 U.A. HR 8799 d M = 10 M Giove P = 100 anni a = 24 U.A. HR 8799 c M = 10 M Giove P = 189 anni a = 38 U.A. HR 8799 b M = 7 M Giove P = 465 anni a = 68 U.A. Immagine ottenuta con il telescopio Keck

42 Immagini dirette il futuro (più vicino) Da Terra sarà possibile osservare e studiare le atmosfere dei pianeti giganti con la nuova generazione di strumenti installati ai telescopi di maggiori dimensioni (VLT, LBT, Keck) Con JWST e ELT sarà probabilmente possibile studiare le atmosfere delle Super-Earth

43 Immagini dirette il futuro (lontano) Da Terra e dallo spazio sarà possibile osservare e studiare in dettaglio le atmosfere dei pianeti giganti e delle Super-Earth entro il prossimo decennio Per osservare e studiare in dettaglio pianeti di tipo terrestre occorreranno osservazioni interferometriche dallo spazio Terrestrial Planet Finder (TPF) NASA Darwin ESA Permetteranno di: Osservare pianeti terrestri nella zona abitabile Determinare la presenza di CO 2, H 2 O, l O 3, CH 4 Stabilire se il pianeta può ospitare forme di vita

44 Caratteristiche dei pianeti extrasolari Pegasi b (metodo delle RV) HD (metodo dei transiti) pianeti extrasolari noti (vari metodi) 472 sistemi planetari (57 sistemi multipli) a minimo = UA a massimo > 115 UA P minimo = 0.79 giorni P massimo > 870 anni M minima = M Giove ~ 2.3 M Terra Scoperte inaspettate : 1. Hot Jupiters 2. Elevata metallicità delle stelle con pianeti 3. Sistemi multipli con orbite eccentriche 4. Orbite retrograde

45 Hot Jupiters Sono pianeti con massa simile o maggiore a quella di Giove che si trovano ad una distanza dalla loro stella dell ordine di 0.05 UA Circa l 1% delle stelle di tipo F, G e K hanno un hot Jupiter La distribuzione dei periodi orbitali mostra un massimo per P ~ 3 giorni Pianeti a < 0.1 UA = 182 Pianeti con a < 0.05 = 118 Formazione degli Hot Jupiters La quantità di materia presente nel disco protoplanetario a distanze così piccole dalla stella è molto minore di 1 M Giove Anche se la materia fosse disponibile la forza di attrazione della stella impedirebbe la formazione del pianeta

46 Teorie della migrazione 1) Il protopianeta si forma a distanze molto maggiori dalla stella; l interazione con il disco produce una migrazione verso le regioni più interne che si arresta quando il disco si disperde 2) Due o più pianeti di grande massa interagiscono, il risultato è la migrazione di uno di essi verso le regioni più interne del sistema Osservazioni di HD b hanno mostrato che il pianeta ha un estesa atmosfera dalla quale viene emesso idrogeno al tasso di 10 7 kg/s Il tempo di evaporazione di un hot jupiter dipende dalla sua massa e dalla distanza dalla stella Si stima che in anni HD b abbia perso tra l 1% e il 7% della sua massa iniziale

47 Metallicità delle stelle con pianeti In Astroficica con il termine metalli sono indicati tutti gli elementi chimici tranne l idrogeno e l elio, il contenuto di metalli del Sole, in massa, è di circa l 1.8% La metallicità delle stelle è spesso espressa come [Fe/H], che rappresenta il logaritmo del rapporto tra l abbondanza di Ferro in quella stella e quella del Sole (una stella con un abbondanza di Fe 10 volte maggiore del Sole avrà [Fe/H]=1, una con un abbondanza 10 volte minore avrà [Fe/H]=-1) Il Ferro non è il metallo più abbondante nelle stelle, viene usato come riferimento in quanto la sua abbondanza è tra le più facili da misurare I valori di metallicità osservati sono compresi nell intervallo -4 < [Fe/H] < +1 Per le stelle di Popolazione I: -1 < [Fe/H] < +1 Per le stelle di Popolazione II: -4 < [Fe/H] < -1

48 Una delle caratteristiche più evidenti delle stelle con pianeti è la loro elevata metallicità, la percentuale di stelle con pianeti è di circa il 3% per stelle con -0.5 < [Fe/H] < 0.0 ma sale al 25% per stelle con metallicità [Fe/H] > +0.3 Al momento è noto un solo pianeta extrasolare la cui stella ha [Fe/H] < -1.1 Teorie per l alta metallicità delle stelle con pianeti 1) Il meccanismo di formazione dei pianeti è più efficace nei dischi protoplanetari ricchi di metalli 2) L eccesso di metalli è dovuto all inquinamento dell atmosfera stellare causato alla caduta sulla stella di pianeti il cui processo di migrazione li ha spinti troppo vicini alla stella madre

49 Eccentricità Nel Sistema Solare un solo pianeta, il che equivale al 13%, ha un eccentricità maggiore di 0.10 (Mercurio e = 0.21) Tra i pianeti extrasolari il 57% ha un eccentricità e > 0.1, con un valore medio di <e> ~ 0.25 Di norma le eccentricità maggiori si osservano nei sistemi multipli, quelle più basse per i pianeti con a < 0.1 UA Si ritiene che gli elevati valori di e siano il risultato di un interazione gravitazionale tra due o più pianeti, che comporta una modesta migrazione di uno di loro verso l interno del sistema ma un significativo aumento dei valori di eccentricità

50 Siti web sui pianeti extrasolari The Geneva Extrasolar Planet Search Programmes - Enciclopedia dei Pianeti Exstrasolari - California & Carnegie Planet Search - JPL Planet Quest - ESA Searching planets -

51 Alla ricerca della vita Viviamo in un sistema planetario tipico? Sole 51 Peg Nel nostro sistema planetario non si è verificata la migrazione di un pianeta gigante in prossimità del Sole Grazie al fatto che l orbita di Giove è quasi circolare le orbite dei pianeti rocciosi risultano stabili Ma la nostra statistica sulla struttura dei sistemi planetari è ancora eccessivamente incompleta

52 Quante civiltà evolute in una galassia? L equazione di Drake N = S f s n f n f i f c L N = numero di civiltà in grado di comunicare in una galassia; S = numero totale di stelle nella galassia; f s = frazione di stelle con sistemi planetari; n = numero medio di pianeti adatti per lo sviluppo della vita; f n = frazione di pianeti abitabili su cui la vita effettivamente si sviluppa; f i = probabilità che l evoluzione produca civiltà evolute ; f c = frazione delle civiltà evolute che cercano (o sono in grado) di comunicare; L = intervallo di tempo durante il quale una civiltà è in grado di comunicare Stime ottimistiche : 1000 D media a.l. Stime pessimistiche : 1 Problema della distanza Problema della contemporaneità

53 La vita sulla Terra: tempi di evoluzione miliardi: nasce la Terra - 4 miliardi: prime rocce solide miliardi: diminuisce il bombardamento dei meteoriti miliardi: primi batteri età del Sole ~ 1.1 miliardi di anni milioni (Cambriano): compaiono migliaia di nuove specie, sono gli antenati degli animali e delle piante che oggi popolano la Terra milioni: età di Lucy (australopithecus afarensis) : compare in Africa l Homo Sapiens (tempi in anni dall epoca attuale)

54 E la regione entro la quale un pianeta ha una temperatura tale da poter mantenere l acqua allo stato liquido sulla sua superficie Fascia di abitabilità Venere La composizione dell atmosfera del pianeta gioca un ruolo fondamentale Sole Mercurio Sulla Terra l effetto serra innalza la temperatura media da -21 C a +15 C Terra Marte

55 Formazione degli elementi chimici La vita ha bisogno di elementi pesanti, ma il Big Bang ha prodotto solo idrogeno ed elio Gli altri elementi chimici si formano all interno delle stelle Le Supernovae : alla fine della loro evoluzione le stelle di grande massa (M > 8 M Sole ) esplodono ed immettono nello spazio gli elementi pesanti precedentemente sintetizzati nel loro interno Inoltre l onda d urto favorisce il collasso di nubi interstellari Ma le Supernovae emettono anche fasci di particelle ad alta energia, raggi X e raggi g, capaci di distruggere ogni forma di vita nel raggio di migliaia di anni luce

56 La posizione del Sole nella Galassia Localizzazione degli elementi pesanti Le regioni centrali della Galassia sono molto ricche di stelle e quindi di elementi pesanti, ma sono anche pericolose (Supernovae, interazioni tra stelle) Le regioni esterne sono povere di elementi pesanti Le regioni intermedie offrono le migliori condizioni Il Sole dista circa anni luce dal centro della nostra galassia (la Via Lattea ); è la regione più adatta per l esistenza di pianeti abitabili

57 Massa e stabilità del Sole Massa del Sole: kg 0.08 M Sole < Massa delle stelle < 100 M Sole Per lo sviluppo della vita su un pianeta è essenziale che il flusso di radiazione incidente (= temperatura) sia costante, ovvero che la stella attorno a cui orbita il pianeta sia stabile L Il Sole produce energia nel nucleo con reazioni di fusione nucleare : l Idrogeno si trasforma in Elio nucleo Questa fase evolutiva del Sole ha una durata di 10 miliardi di anni Le stelle con M > 2.5 M Sole si evolvono troppo T rapidamente Se M = 2.5 M Sole l idrogeno nel nucleo si esaurisce dopo 1 miliardo di anni

58 Tra circa 5 miliardi di anni, esaurito l idrogeno nel nucleo, il Sole si evolverà in Gigante Rossa La temperatura sulla superficie della Terra diventerà troppo elevata La fascia di abitabilità si sposterà verso regioni più esterne del Sistema Solare Questo processo avviene tanto più rapidamente quanto maggiore è la massa della stella Venere Il Sole Soletra 5 miliardi di anni Mercurio Terra Marte

59 Darwin Sarà costituito da una flotta di 5-8 navette in constellation flight : telescopi IR da 3-4m - 1 telescopio collettore (HUB) - 1 navetta di comunicazione Come potere risolutivo sarà equivalente ad un telescopio con diametro di alcune centinaia di metri Potrà fornire immagini di sistemi planetari ed analizzare la luce dei pianeti E una missione finanziata (?) dall ESA

60 Simulazione di un immagine Darwin Venere, la Terra e Marte visti da 30 anni luce Terra Venere Marte La luce proveniente dal Sole è soppressa sfruttando l interferenza distruttiva

61 Darwin potrà ottenere gli spettri della luce riflessa dai pianeti L O 3 è un impronta di processi biologici