L’astrometria consiste nel prendere misure precise delle posizioni e dei moti propri dei corpi celesti, confrontandoli con stelle di riferimento sullo sfondo. Se è presente un pianeta attorno a una stella, essa oscilla leggermente. Un’oscillazione così minima da rendere molto difficile rilevare con precisione l’oscillazione dei pianeti, specialmente quelli piccoli. L’astrometria richiede quindi un’ottica estremamente precisa ed è particolarmente difficile da eseguire dalla superficie terrestre perché la nostra atmosfera distorce e piega la luce. Ecco perché andare nello spazio è la soluzione ottimale.

In uno studio recente, un team guidato dalla Chinese Academy of Sciences (CAS) ha descritto un nuovo concetto di telescopio spaziale noto come Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Questo osservatorio è proposto per cacciare pianeti simili alla Terra nelle zone abitabili (HZ) di stelle simili al Sole, entro circa 33 anni luce. Utilizzerebbe un metodo noto come astrometria relativa del microsecondo d’arco.

Un telescopio spaziale per astrometria ad alta precisione

La missione CHES proposta dai ricercatori cinesi opererà nel punto di Lagrange L2 del sistema Terra-Sole, dove attualmente risiede il James Webb Space Telescope (JWST) della NASA. Il telescopio osserverà le stelle bersaglio per cinque anni. Tra i suoi obiettivi, 100 stelle entro 33 anni luce dal Sistema Solare che ricadono nei tipi:

• F (nane gialle-bianche). Più calde, più luminose e più massicce del nostro Sole.
• G (nane gialle). Coerenti con il Sole, che è una stella G2V di sequenza principale.
• K (nana arancione). Leggermente più deboli, più fredde e meno massicce del Sole.

Per ogni stella che osserva, CHES misurerà le piccole perturbazioni dinamiche indotte dagli esopianeti orbitanti. Queste forniranno stime accurate delle loro masse e dei loro periodi orbitali. In quanto osservatorio spaziale, CHES non sarà soggetto a interferenze dovute alla precessione e all’atmosfera terrestre e sarà in grado di effettuare misurazioni astrometriche sufficientemente accurate da rientrare nel dominio dei microsecondi d’arco.

Nel video seguente (credits: NASA) è possibile apprezzare le caratteristiche del metodo astrometrico:

Misurazioni dirette su esopianeti potenzialmente abitabili

CHES effettuerà le prime misurazioni dirette delle masse e delle inclinazioni reali degli analoghi della Terra e delle super-Terre che orbitano all’interno dell’HZ delle loro stelle, e sono considerate “potenzialmente abitabili”.

Il carico utile principale per questa missione è uno specchio di alta qualità con un diametro di 1,2 metri e un campo visivo di 0,44 gradi quadrati. Questo specchio fa parte di un sistema anastigmatico coassiale a tre specchi, in cui vengono utilizzati tre specchi curvi per ridurre al minimo le aberrazioni ottiche.

CHES si affida anche ai dispositivi Mosaic Charge-Coupled Devices (CCD) e alla tecnica della metrologia laser per condurre misurazioni astrometriche nell’intervallo tra 500 e 900 nanometri. Comprenderà quindi la luce visibile e  il vicino infrarosso. Il dottor Jianghui Ji, professore presso il CAS Key Laboratory of Planetary Sciences e autore principale della ricerca, ha spiegato:

In primo luogo, CHES condurrà un’indagine approfondita delle vicine stelle di tipo solare a 33 anni luce di distanza da noi. Così, rileverà tutti i pianeti simili alla Terra nella zona abitabile tramite astrometria. In secondo luogo, offrirà le prime misurazioni dirette delle masse reali per i ‘gemelli della Terra’ e le super-Terre in orbita attorno alle nostre stelle vicine: la massa planetaria è davvero importante per caratterizzare un pianeta. Infine, CHES fornirà le orbite tridimensionali dei pianeti terrestri, altro ingrediente cruciale nella comprensione della formazione dei pianeti.

L’astrometria e l’espansione delle frontiere: dove arriveremo?

L’attuale censimento degli esopianeti consiste principalmente di giganti gassosi, simili a Giove o Saturno, mini-Nettuno e super-Terre. Tuttavia, con la risoluzione e la sensibilità migliorate degli strumenti di prossima generazione, gli astronomi prevedono che il numero di analoghi della Terra crescerà in modo esponenziale. Migliorerà anche la nostra comprensione della diversa natura dei pianeti che orbitano attorno a stelle simili al Sole, così come della formazione ed evoluzione del Sistema Solare.

I vantaggi di una missione di astrometria spaziale di nuova generazione non si fermano qui. Come indicato dal dottor Ji: “CHES può anche condurre misurazioni con strumenti di velocità radiale ad alta precisione. Come l’Extremely Large Telescope (ELT) e il Thirty Meter Telescope (TMT)”.

CHES, per come è stato proposto, aiuterà quindi a far avanzare le frontiere dell’astronomia e della cosmologia. Le ricerche che ne seguiranno forniranno nuove intuizioni sulla fisica che governa il nostro Universo. Oltre che sulla formazione e l’evoluzione dei sistemi planetari e le origini della vita stessa. Magari anche tracce di essa al di fuori del nostro pianeta Terra.

Maggiori dettagli nello studio disponibile qui.

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