Impressionante immagine catturata durante il lancio della sonda Kepler avvenuto dal pad 17B del Kennedy Space Center situato in Florida  con un razzo Delta II. (NASA)

 Con il lancio della sonda Kepler si aprono nuove prospettive sulla ricerca dei pianeti extrasolari, ma non solo

Il 7 marzo alle 4:50 ora italiana, la NASA ha pianificato il lancio del satellite Kepler, decima missione del Programma Discovery; il lancio è avvenuto con successo dal Kennedy Space Center in Florida. Il nome del satellite è un omaggio al grande Keplero, autore delle tre leggi sul moto dei pianeti. L’obiettivo è molto ambizioso poiché la sonda permetterà di scoprire pianeti con dimensioni simili alla Terra in orbita attorno ad altre stelle. Il satellite Kepler è equipaggiato con un telescopio dotato di uno specchio primario di 140 cm e con un campo visivo di circa 12° (come termine di paragone la Luna piena occupa un campo di circa 0,5°). L’obiettivo della missione è quello di misurare la variazione di luminosità di 170000 stelle situate in un campo selezionato presente tra la costellazione del Cigno e quella della Lira, per un periodo di almeno 3 anni e mezzo. Il metodo di analisi che permetterà al satellite di individuare pianeti in orbita attorno ad altre stelle è basato sul transito dell’ipotetico pianeta extrasolare davanti alla stella attorno alla quale orbita. Può essere facilmente compreso se si pensa al passaggio di Mercurio sul disco del Sole (avvenuto il 7 maggio 2003) e a quello di Venere avvenuto l’8 giugno 2004. Nel caso dei pianeti extrasolari l’osservazione del transito diventa più difficile; nonostante le loro enormi dimensioni, infatti, le stelle sono osservate sempre puntiformi. Quindi è impossibile osservare direttamente il transito di un pianeta extrasolare sul disco della sua stella. Per fare questo, Kepler utilizza un fotometro che misura l’intensità luminosa proveniente da un qualsiasi astro: l’apparecchio misura il numero di fotoni incidenti in diverse bande monocromatiche (in pratica misura quanti fotoni incidenti possiedono una determinata energia).

 Quando avviene un transito di un pianeta extrasolare si verifica un calo della luminosità della stella e di conseguenza all’apparecchio arrivano meno fotoni rispetto al normale poiché un certo numero degli stessi sarà bloccato dal pianeta. In tal modo il fotometro può misurare la variazione dell’intensità luminosa proveniente da una determinata stella; l’evento è del tutto acromatico, cioè non dipende dalla banda spettrale che si sta osservando. Ulteriori studi e analisi permetteranno di attribuire con certezza tale variazione di luminosità dovuta al pianeta extrasolare (e non, per esempio, alla variabilità della stella stessa) e di determinare alcuni parametri, quali la sua massa e il raggio della sua orbita. Grazie a questi studi sarà possibile risalire al periodo orbitale (e al semiasse maggiore dell’orbita) misurando il tempo che intercorre tra due transiti successivi dello stesso oggetto. La condizione necessaria affinché queste misure possano avvenire è che il pianeta extrasolare passi lungo la linea di vista che congiunge Kepler con la stella osservata. In un sistema planetario i corpi tendono ad orbitare su piani quasi tutti coincidenti (nel nostro Sistema Solare, l’inclinazione orbitale dei pianeti rispetto all’eclittica è molto piccola). Quindi, una volta osservato il transito di un pianeta, può essere probabile osservare altri transiti di altri corpi celesti che appartengono al medesimo sistema planetario. Il metodo dei transiti ha avuto il suo primo successo nella ricerca dei pianeti extrasolari nel 1999 con l’osservazione del transito sulla stella HD 209458. Da allora è frequentemente utilizzato da diversi team di astronomi ma non è l’unica tecnica per scoprire i pianeti extrasolari. Negli anni sono state sviluppate diversi metodi quali per esempio quello del microlensing, un metodo fotometrico che sfrutta il fenomeno delle lenti gravitazionali, oppure il metodo spettroscopico che ha permesso di trovare il primo pianta extrasolare nel 1995. Tuttavia il Kepler utilizzerà il metodo dei transiti con una precisione senza precedenti. Dovrebbe essere in grado, infatti, di scoprire sistematicamente i pianeti extrasolari di taglia terrestre, mentre quelli finora scoperti sono molto più massicci, delle dimensioni di Giove (considerato il gigante del Sistema Solare) e oltre.

Immagine artistica del satellite Kepler. (NASA)

 Lo strumento ha un’ottima sensibilità ed è capace di misurare una variazione percentuale dell’intensità luminosa fino allo 0.01%; secondo gli astronomi, questo permetteràdi osservare pianeti piccoli. Su quelli che verranno scoperti, e sulle loro stelle, gli astronomi effettueranno ulteriori studi con lo scopo di determinare se i nuovi pianeti si trovano all’interno della “fascia di abitabilità”, ossia quella zona attorno alla stella nel quale è possibile che si sviluppi la vita grazie alla presenza di condizioni idonee (temperatura, radiazione stellare, ecc.), almeno come la conosciamo sulla Terra. Per una stella simile al nostro Sole (con una classificazione spettrale deltipo spettrale G2) la fascia di abitabilità si estende approssimativamente da Venere a Marte ed ha nel suo centro, proprio la Terra! Dunque diventa fondamentale stabilire se i pianeti scoperti extrasolari siano localizzati all’interno di questa zona. Ma non è tutto. La missione  Kepler e le sue misure di variazione della luminosità stellare potranno essere utilizzate per studiare le stelle e il loro interno. Le stelle simili al nostro Sole possono “risuonare” per mezzo di onde acustiche dovute alle oscillazioni che coinvolgono l’intero astro. Gli accurati studi fotometrici di Kepler permetteranno di misurare le oscillazioni, registrando piccole variazioni nell’intensità della luce emessa; questo è il campo d’indagine della “sismologia stellare”, così come i geologi studiano la struttura interna della Terra attraverso le onde sismiche che si propagano negli strati più profondi e non certo grazie alle perforazioni che raggiungono solo pochi km (ben poca cosa se confrontati con i circa 6371 km del raggio terrestre). La sonda sarà in grado di registrare le periodiche variazioni di luminosità e i ricercatori potranno misurare i periodi delle oscillazioni stellari con estrema precisione e determinare, utilizzando le tecniche di sismologia stellare, le dimensioni delle stelle, le composizione chimica e le velocità di rotazione. La qualità dei dati prodotti da Kepler e l’enorme numero di stelle osservate permetteranno di compiere un grande balzo in avanti nella comprensione dei processi legati all’evoluzione delle stelle. Nei primi nove mesi nello spazio, Kepler studierà 5000 stelle per individuare le loro eventuali oscillazioni. Di queste, più di 1000 saranno monitorate in dettaglio per tutta la durata della missione. Per lo studio dei dati che saranno raccolti dal satellite, è stato istituito un consorzio scientifico (il Kepler Asteroseismic Science Consortium, KASK) che permetterà agli scienziati di analizzare i dati, in modo tale da ottimizzarne l’utilizzo scientifico. Il consorzio è composto da più di 200 ricercatori provenienti da 50 Istituti di tutto il mondo, e tra questi diversi astronomi dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Con tanta speranza attendiamo le prime osservazioni; riusciremo un domani a rispondere alla domanda fondamentale “siamo soli nell’Universo?”