Planetologia
Extrasolare
La ricerca della vita
R.U. Claudi
La Ricerca della Vita
If we never search the
chance of success is zero!
(Cocconi &Morrison1959)
La ricerca della vita nella storia
1820
Gauss
Coltivazione di piante di colori diversi nella siberia
con lo scopo di rendere rappresentazione del
teorema di pitagora visibile da Venere o da Marte
1950
Tsiolkovskij
Comunicazione con i “marziani” tramite segnali
luminosi
1959
Cocconi &
Morrison
Comunicazione con i “marziani” tramite segnali
radio a 1.420 GHz (emissione a 21 cm Idrogeno
neutro)
1960
Drake
Progetto OZMA antisignano del progetto SETI:
non più comunicare ma cercare segnali da civiltà
intelligenti
2000
ESA
NASA
Ricerca di pianeti abitabili e di “biosignature”:
KEPLER, EDDINGTON, DARWIN, TPF
Perchè dovremmo cercare la vita?
•Motivi filosofici: cercare di rispondere ad
un interrogativo posto da migliaia di anni
•La ricerca della vita è un argomento
astrofisico leggittimo. Capire l’origine della
vita ha la stessa difficoltà e pone sfide
analoghe a quelle che bisogna affrontare per
capire l’origine dell’universo
Dove cercare la vita Extraterrestre?
Sistema solare
Sistemi Extrasolari
Marte: L’esperimento del Viking (1976)
Suolo di Marte +
soluzione nutritiva
Microrganismi CO2, O2,
CH4
Risultato:
Negativo (emissione O)
Suolo di Marte +
soluzione nutritiva
con 14C
Suolo di Marte +
atmosfera marziana
con 14C (CO e CO2)
Microrganismi CO2,
CH4
Microrganismi
metabolizzano e
riscaldamento a 750 C
Risultato:
Negativo
Risultato:
Negativo (Rilevato C)
Sistema Solare: Marte
Fossile microscopico
di possibile organismo
vivente nella Meteorite
Marziana ALH84001
Sistema Solare: Marte
I valori dei rapporti delle
abbondanze degli elementi permette
l’identificazione delle meteoriti
marziane
I simboli pieni sono relativi al
materiale marziano, quelli vuoti a
quello terrestre
Marte: perchè si cerca l’acqua. I
Marte: perchè si cerca l’acqua. II
Marte Osservato
con l’altimetro Laser
MOLA a bordo del
Mars Global
Surveyor
Marte e i rovers NASA
Mars Exploration Rover
SPIRIT
OPPORT
UNITY
lancio
10 giugno
2003
7 luglio
2003
arrivo
4 gennaio
2004
25 gennaio
2004
luogo
cratere
Gusev
Meridiani
Planitia
Temperature di operazione: da -100 C fino a 0 C
Peso del rover 174 Kg
Dimensioni 1.5 m (altezza), 2.3 m (larghezza) e
1.6 m (lunghezza)
Alimentazione: pannelli solari e batterie al litio
che in totale forniscono 140 W
Costo totale circa 850 milioni €
Durata della missione primaria: 90 giorni
marziani, cioè 92 giorni terrestri
I Tragitti
Mirtilli e Pop-Corn
I Risultati di Mars Express
Europa: evidenze di un oceano
Litosfera Ghiacciata Tsup= -143 C
Superficie poco craterizzata
Strutture somiglianti al Pack artico
Possibile confronto con laghi antartici
(Foto sonda Galileo)
Sistema Solare:… Terra
UFO: termine in
uso dal 1952
A. Hynek 1972
Definito una scala per
definire gli incontri
con gli UFO
SETA Search for
Extraterrestrial
Artifacts
SETV Search for
extraterrestrial
visitation
Come cercare la vita extrasolare?
•Sono stati suggeriti molti metodi (vedi lista)
•La scoperta diretta sembra essere quella che può
dare frutti migliori e maggiori informazioni
•Velocità Radiali
•Astrometria
•Transiti
•Pulsar timing
•Gravitational lensing
•Dischi
•Astrometria differenziale
•Luce riflessa
•Luce trasmessa
•Emissione aurorale
•Emissioni Radio
•Segnali Antropici
•Imaging Coronografico
•Imaging Interferometrico
Dove potremmo cercare la vita?
•Posizionando i nostri telescopi nello
spazio, per evitare i problemi legati
all’atmosfera (per esempio TPF e Darwin)
•Cercare tra le stelle vicine perchè i pianeti
vicini saranno più brillanti e più semplici da
fare seguire.
Con/senza vita
Tasso di produzione:
Gas
log(vita/novita)
•O2
5
•N2O
3
•CH4
5
•CO2
-3
abbondanza atmosferica:
Gas
log(vita/novita)
•O2
2
•N2O
2
•CH4
3
•CO2
-3
Solo ordini di grandezza
Altri gas non possono essere trovati: H2, NH3, HCl, CO, N2
Refs: Rambler 1989;
Margulis & Lovelock 1974;
Yung & DeMore 1999
Spettro della terra nel visibile
•Luce integrata della terra, riflessa dalla parte scura della
Luna: clorofilla, O2, O3, H2O.
Ref.: Woolf, Smith, Traub, & Jucks, ApJ 574 2002, astro-ph/0203465
Spettro Infrarosso della Terra
CO2
H2O
O3
H2O
Luce integrata della terra vista da TES (Thermal Emission
Spectrometer) in rotta verso MARTE (1996): CO2, O3, H2O.
Spettri Molecola per Molecola
Envelope
Tutti
H2O
O2
O3
CH4
CO2
Visibile
N2O
Infrarosso
Refs: Traub & Jucks, AGU Geophys. Monograph 130, 2002;
DesMarais et al, Astrobiology 2002.
Attenzione: Falsi positivi !
Fotodissociazione CO2
Fotodissociazione H2O
Produzione di O abiotico
H è perso dall’atmosfera
L’Ozono
…fortunatamente la presenza dell’Ossigeno risulta da un forte assorbimento
dovuto all’Ozono prima di 10 m… Angel et al. 1986 Nature, 322, 341
Produzione di Ozono negli
strati alti: ciclo di Chapman
(1930)
La produzione di Ozono
dipende dalla quantità di
Ossigeno.
Marcatore dell’ossigeno
biotico (non lineare)
Distruzione dell’Ozono
Sulla terra l’Ozono è distrutto, in modo naturale, dai radicali NOx che derivano
dalla fotodissociazione di N2O
Effetto serra porta vapore acqueo nella stratosfera
Processo di fotodissociazione, libera H e gruppi OH che:
La distruzione dell’Ozono è
amplificata dallo stesso
processo non biotico che
produce O2
Selsis et al. 2002
Cosa cercare
nell’infrarosso?
TOMBOLA!
Specie e loro proprieta’
TPF
DARWIN
Visibile
Infrarosso
CO2
Si (Se abbondante)
Si
H2O
Si
Si
O2
Si
No
O3
Si
Si
Si (Se abbondante)
Si (Se abbondante)
No
Si (Se abbondante)
Si (derivata,superficiale)
Si (diretta,
stratosferica)
Si
No
Si (inferred)
Si
Si
No
CH4
N 2O
T
pressione
raggio, massa
clorofilla
Triple
signature
Tempo necessario per osservare biomarker
da un pianeta a 10pc (Traub et al 2001)
O2
oxygen
O3
ozone
H 2O
water
CO2
carbon
dioxide
Abbondanza
21%
6 ppm
0.8%
350 ppm
Lung. D’onda
0.76 m
0.59 m
1.00 m
2.00 m
8-m coronografo
9 days
3 days
1 day
50 days
Lung. D’onda
___
9.6 m
7 or 28 m
15.2 m
Interferometro
infrarosso
___
7 days
3 days
2 days
Ricerca di civiltà intelligenti:SETI
Proposto da Drake 1960, non finanziato dal congresso americano
1993
Bkg Galattico dovuto
alla radiazione di
sincrotrone raggi
cosmici
1.420
1.727
Per osservazioni da
terra , emissione di
H2O in atmosfera
WATER HOLE (1. ~ 20 Ghz)
Ricerca di civiltà Intelligenti: un
segnale interessante!
1977: WOW Signal
Ricevuto dal
radiotelescopio BIG
EAR della OHIO State
University
Jerry Ehman trova
picco di emissione a
1.420 GHz, della durata
di due minuti di
intensità trenta volte
rispetto al fondo
SETI moderno
Fondazione privata in attività dal 1993
Progetti principali:
SERENDIP Search Extraterrestrial Radio Emission from Nearby
Developed Intelligent Populations. Progetto che sfrutta
le osservazioni radio fatte per altri scopi e cerca
segnali di tipo seti.
BETA
SETI@HOME, SETI ITALIA, Allen Telescope Array
(SETI+ Berkley)
Proseguimento dei progetti METAI e METAII progetto
della Planetary Society ispeziona nel water hole con il
26m Harvard Smithsonian Center for Astrophysics.
Terminata nel 1999 per danneggiamenti
OSETI
Controparte Ottica del SETI, ricerca di impulsi laser,
Berkley 760 mm (Werthimer), Harvard 1.5 m (Marcy),
Horowitz con 1.8 m dedicato solo a questo progetto
Prove di comunicazione: Placca del
Pioneer 10 (17-10-70) e 11
C. Sagan &
F. Drake
Prove di
comunicazione: il
messaggio di
Arecibo (16-11-74)
F.Drake
Matrice binaria 23X79 (numeri
primi) irradiata dal radio
telescopio di Arecibo Verso
l’ammasso globulare M13 (tempo
previsto di arrivo del segnale
20000 anni)
Prove di comunicazione: il disco dei
Voyager
Sul disco sono incise le
istruzioni per leggere il
disco. E le indicazioni da
dove arriva.
Nel disco ci sono 115
immagini della terra, suoni,
musiche e frasi nelle
diverse lingue della terra
Paradosso di Fermi (1950)
“Se esistono, allora dove sono?”
Età del sole: ~4.55 Gy
Età della galassia: ~8 Gy
Tempo necessario per sviluppare una civiltà
intelligente:~3.5 Gy
Raggiunta la tecnologia: tempo necessario
esplorazione Galassia: 10-100 Myr
Non ci sono!
Quattro possibilità…
1. Non ci sono. …
2. Una visita non è possibile tecnicamente
3. Sono vicini, ma non sono stati trovati
4. Non sono interessati a noi
…ed una ipotesi: l’”Ipotesi Zoo”
J.Ball (1973) e C. Sagan (1973): ci sono, sono talmente civilizzati che un
incontro con loro porterebbe ad una catastrofe come quella successa
ai nativi americani quando sono arrivati Colombo e Cortez…quindi non
vogliono farsi vedere, …ma ci osservano.