Quattrocento anni fa Galileo Galilei puntò il suo cannocchiale verso il cielo. Le sue osservazioni rivoluzionarono la nostra conoscenza dell’universo: Galileo trovò, infatti, che la superficie della Luna era ricca di crateri e di montagne, calcolandone l’altezza; osservò per la prima volta quattro satelliti attorno a Giove, ricavò che anche il pianeta Venere mostrava le fasi; studiò il Sole e le macchie solari per anni, e osservò la Via Lattea scoprendo un cielo più ricco di stelle di quanto si pensava.
Per raccogliere più segnale possibile, i telescopi dispongono di uno specchio collettore, lo specchio primario, che raccoglie più luce possibile riflettendola e focalizzandola in un unico punto in cui viene misurata ed analizzata. Quindi, più grande è lo specchio e più “pacchetti” di luce il telescopio riuscirà a raccogliere.
Per sfruttare a fondo il segnale ricevuto occorre mettere nel fuoco dello specchio del telescopio, dove si convoglia la radiazione proveniente dall’oggetto, un sensore capace di accumulare il segnale per più tempo. Il sensore in questione è il CCD, simile a quello che si trova nelle macchine fotografiche digitali.
I sensori CCD sono in grado di accumulare segnale luminoso e permettono di rivelare e studiare stelle anche molto deboli. Per aver un’idea con il telescopio VLT-Very Large Telescope dell’Osservatorio Europeo in Cile, che ha uno specchio collettore di 8 metri di diametro, si riesce, nelle migliori condizioni e con ore di osservazione continua, a rivelare stelle cento miliardi di volte più deboli di quelle che possiamo vedere ad occhio nudo!
Il TNG-Telescopio Nazionale Galileo con uno specchio primario di 3,58 metri è in grado di raccogliere luce per diverse ore al punto di mostrare oggetti che hanno una luminosità fino a un miliardo di volte più debole del limite concesso all’occhio umano.
Dalla sua “prima luce”, che segna il momento della prima immagine ottenuta dal telescopio dopo la sua costruzione, al TNG numerose sono state le scoperte che hanno rivoluzionato la storia dell’astronomia nell’ambito planetario, galattico, extragalattico e cosmologico prima dell’avvento di HARPS-N e, più recentemente, di GIANO.
Il Telescopio Nazonale Galileo
La strumentazione al Telescopio Nazionale Galileo
TNG, occhio puntato al cielo
Per il TNG-Telescopio Nazionale Galileo il 2012 è stato l’anno della messa in funzione di HARPS-N, High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher-North, lo spettrografo chiamato più comunemente il “cacciatore di pianeti extrasolari” in grado di misurare la velocità radiale delle stelle con grande precisione.
La velocità radiale di una stella rappresenta la componente della velocità lungo la linea di vista dell’osservatore. Se una stella ha un pianeta che le orbita attorno, allora l’influenza gravitazionale del pianeta sulla stella si può osservare nella variazione della velocità radiale della stella, in quanto i due corpi orbitano attorno al loro centro di massa. Se la stella fosse priva del pianeta il centro di massa del sistema coinciderebbe col suo centro e non si avrebbe alcuna variazione nella velocità radiale.
Piccoli cambiamenti della luce emessa dalla stella causati dal continuo cambiamento della propria velocità radiale possono venir rilevati come piccolissimi spostamenti verso il rosso (redshift) e verso il blu (blueshift) nelle emissioni della stella. Uno spettrografo sensibile come HARPS-N è in grado di misurare variazioni della velocità radiale della stella dell’ordine del metro al secondo. Questo valore, giusto per farsi un’idea, equivale alla velocità di una persona che cammina. In termini di dimensioni di pianeti, queste variazioni possono essere prodotte da pianeti che hanno le dimensioni della nostra Terra.
Le variazioni della velocità radiale dipendono dalle caratteristiche geometriche dell’orbita (per esempio dall’inclinazione del piano orbitale rispetto alla linea di vista, dal seamiasse e dall’eccentricità’) oltre che da quelle fisiche, come il rapporto tra le masse delle componenti il sistema. Per avere un’idea delle grandezze in gioco, si può considerare il caso di alcuni pianeti del nostro Sistema Solare. Giove imprime al Sole un moto riflesso di 12,4 m/s, Saturno di 2,8 m/s, Urano di 0,30 m/s, Nettuno di 0,28 m/s e la Terra di 0,0896 m/s. Si intuisce, dunque, che scoprire pianeti delle dimensioni della Terra con la strumentazione oggi disponibile è estremamente complesso, ma non impossibile.
Con HARPS-N alla ricerca di pianeti extrasolari
Le principali missioni alla ricerca di pianeti extrasolari
Nuovi strumenti per lo studio dei pianeti extrasolari
Il progetto HARPS-N è un consorzio di vari università e istituti di ricerca: Università’ di Ginevra (Svizzera), INAF – Istituto Nazionale di Astrofisica e TNG-Telescopio Nazionale Galileo (Italia), CfA-Center For Astrophysics Institute e Harvard University (USA), ATC (Edimburgo), Queens University e Università St. Andrews (Regno Unito). Il consorzio ha dato vita ad un team scientifico che gestisce l’uso scientifico dello strumento durante il tempo GTO –Tempo Garantito di Osservazione.
Il futuro prossimo e quello lontano sono già pieni di progetti e missioni che permetteranno una conoscenza migliore dei sistemi planetari al di là del nostro. L’obiettivo della ricerca di pianeti extrasolari è sicuramente quello di trovare un pianeta abitabile, simile al nostro.
Non solo sono in programma nuovi strumenti terrestri da sistemare al fuoco dei più grandi telescopi, ma anche nuovi telescopi spaziali e telescopi da terra che permetteranno una comprensione maggiore della formazione ed evoluzione dei sistemi planetari.
