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Strumenti per osservare gli esopianeti

Per la ricerca dei pianeti extrasolari occorrono telescopi terrestri di grandi dimensioni o sonde spaziali appositamente costruite; attualmente sono già utilizzati i seguenti:
I 4 telescopi che costituiscono il VLT I due telescopi dell'interferometro Keck
Fig. 1: Foto dei 4 telescopi che compongono il VLT poco dopo il tramonto.
(Credit: Courtesy ESO)
Fig. 2: L'interferometro Keck, costituito dai 2 telescopi gemelli KeckI e KeckII.
(Credit: Courtesy Nasa)
  • VLT: il Very Large Telescope, posto sul Cerro Paranal, Cile, a 2635 m di altitudine, è un sistema di 4 telescopi ottici riflettori di 8.2 metri di diametro, utilizzanti l'ottica adattivaDizionario; esso permette di ottenere delle immagini nel vicino infrarossoDizionario (0.78 μm - 5 μm). Quando i 4 telescopi lavorano insieme simulano uno strumento con un singolo specchio di 16 m di diametro, capace di "fotografare" un pianeta come Giove a 5 AUDizionario dalla sua stella e a 15 anni luceDizionario da noi.
  • KECK: si tratta di due telescopi riflettori gemelli di 9.8 m di diametro, posizionati sul Mauna Kea, Hawaii, a 4145 m di altitudine e dotati di sistemi di ottica attivaDizionario e adattiva. I due strumenti possono operare sia singolarmente che insieme, formando un interferometroDizionario lungo 85 metri, che può osservare un pianeta come Giove a 19 AU dalla sua stella e a 200 anni luce da noi.
  • COROT: il COnvection ROtation and planetary Transits è un satellite dell'ESA lanciato il 27 dicembre 2006, posizionato in un'orbita circolare polare, a 896 km dalla superficie terrestre. È in grado di osservare pianeti extrasolari grandi circa il doppio della Terra, utilizzando il metodo fotometrico.
  • KEPLER: si tratta di un satellite artificiale della NASA, posizionato in un'orbita eliocentrica parzialmente sovrapposta a quella terrestre. Lanciato il 7 marzo 2009, è il primo strumento capace di cercare pianeti della dimensione della Terra, e anche più piccoli, al di fuori dei confini del nostro Sistema Solare; grazie al metodo fotometrico ha già scoperto 5 nuovi pianeti simili a Giove: uno ha una densità di soli 0.17 gr/cm3.

Il telescopio spaziale Corot La sonda Kepler prima di essere trasportata sulla rampa di lancio
Fig. 3: Disegno che riproduce il telescopio spaziale Corot.
(Credit: D. Ducros - ESA)
Fig. 4: Foto della sonda Kepler nelle ultime fasi di assemblaggio.
(Credit: Courtesy Nasa)

Le missioni in fase di realizzazione sono:

  • GAIA: il Global Astrometric Interferometer for Astrophysics è un satellite dell'ESA che dovrebbe essere lanciato nella primavera 2012, per posizionarsi ed orbitare attorno al punto lagrangianoDizionario L2 del sistema Sole-Terra. Permetterà la scoperta di pianeti Hot Jupiter a 350 anni luce e pianeti terrestri ad 1 AU da una stella di bassa temperatura distante varie decine di anni luce.
  • SIM Planetquest: lo Space Interferometry Mission è una missione NASA costituita da una sonda con 2 telescopi distanti fra loro 10 m, che dovrebbe partire nel 2015 o 2016, posizionandosi su un'orbita eliocentrica in prossimità di quella terrestre; nei 5 anni successivi si allontanerà di 0.1 AU all'anno, fino a raggiungere 95 milioni di km di distanza dalla Terra. Dovrebbe determinare la distanza e la posizione di migliaia di stelle con elevatissima precisione, e rivelare la presenza di pianeti di tipo terrestre con massa >3 Masse terrestri, orbitanti tra 0.1 e 2 AU dalla stella, entro 20 pcDizionario da noi. Le sue scoperte saranno approfondite dalle missioni d’imaging TPF-I e Darwin.
  • Darwin si tratta di un interferometro dell'ESA in fase di sviluppo, il cui lancio è previsto per il 2015; dovrebbe essere formato da 6 telescopi di 1.5 m di diametro ciascuno, allineati nel punto lagrangiano L2, e da 2 elementi aggiuntivi, uno che combina la luce dei telescopi usando l'interferenza distruttiva, per isolare la luce proveniente dal pianeta, e l'altro per le comunicazioni con la Terra. La sua missione principale consisterà nel cercare pianeti simili alla Terra, orbitanti attorno a stelle vicine, e nell'individuare su di essi eventuali segni di vita: dallo spettro del pianeta si capirà se è presente un'atmosfera e dalla sua composizione chimica l'eventuale presenza di forme di vita.
L'interferometro GAIA al lavoro La sonda SIM nello spazio. La configurazione dei telescopi della missione Darwin in fase operativa
Fig. 5: Disegno che riproduce l'interferometro GAIA.
(Credit: Courtesy ESA)
Fig. 6: Disegno della sonda SIM.
(Credit: Courtesy Nasa)
Fig. 7: Disegno che mostra la configurazione dei telescopi spaziali della missione Darwin.
(Credit: Courtesy ESA)
  • TPF-I: il Terrestrial Planet Finder–Interferometer è una missione NASA in fase di studio, che utilizzerà il direct imaging nel medio infrarosso e che avrà gli stessi obiettivi di Darwin, per cui non è improbabile che la NASA e l'ESA collaborino e realizzino un solo strumento, da lanciare dopo il 2015. Sarà formato da 4 sonde, ognuna con uno specchio di 3.5 m di diametro che rifletteranno la luce della stella puntata verso una quinta sonda, posizionata al centro della formazione, che, fungerà da interferometro, eliminando la sua luce dal centro dell'immagine e conservando quella debole dei pianeti alla periferia dell'immagine.
  • TPF-C: il Terrestrial Planet Finder–Visible Light Coronagraph è un telescopio ottico della NASA con uno specchio grande 3-4 volte quello dell'Hubble Space TelescopeDizionario, in fase di studio e che dovrebbe essere lanciato nel 2020. Il telescopio avrà un'ottica speciale per ridurre, mediante un coronografoDizionario, la luce della stella per poter vedere i pianeti più deboli.
  • E-ELT: l'European Extremely Large Telescope è un enorme telescopio ottico che dovrebbe iniziare le osservazioni nel 2018; attualmente è in fase di progettazione all'ESO. Lo specchio principale di 42 m di diametro, composto da 984 tasselli esagonali larghi 1.45 m ciascuno, sarà dotato di un sistema di ottiche adattive e raccoglierà 26 volte più luce di un singolo telescopio del VLT, consentendo anche lo studio dell'atmosfera dei pianeti extrasolari. I siti candidati ad ospitare l'E-ELT sono Cile, Spagna, Sudafrica, Marocco, Argentina e Antartide.
La configurazione degli specchi del TPF-I nello spazio Il TPF-C nello spazio Il telescopio terrestre E-ELT
Fig. 8: Disegno che riproduce la configurazione operativa del TPF-I.
(Credit: Courtesy Nasa)
Fig. 9: Disegno che mostra come sarà il TPF-C in fase operativa.
(Credit: Courtesy Nasa)
Fig. 10: Disegno del telescopio terrestre E-Elt.
(Credit: Courtesy ESO)