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) Naturalmente queste sono le ricerche più eglatanti. Non sono menzionate qui tutte quelle relative al sistema solare. 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 + atmosfera marziana con 14C (CO e CO2) Microrganismi metabolizzano e riscaldamento a 750 C Risultato: Negativo (Rilevato C) Suolo di Marte + soluzione nutritiva con 14C Microrganismi CO2, CH4 Risultato: Negativo Suolo di Marte + soluzione nutritiva Microrganismi CO2, O2, CH4 Risultato: Negativo (emissione O)

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 Far notare che la cosa è avvalorata dalla composizione di Yogi e Barnacle bill

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 Sede di un oceano o anche dovuto a un impatto gigante, ma evidenza che c’è stata acqua sono i canali che si vedono ad est ed a ovest

Marte e i rovers NASA SPIRIT OPPORTUNITY 10 giugno 2003 7 luglio 2003 lancio 10 giugno 2003 7 luglio 2003 arrivo 4 gennaio 2004 25 gennaio 2004 luogo cratere Gusev Meridiani Planitia Mars Exploration Rover 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 Durata della missione primaria: 90 giorni marziani, cioè 92 giorni terrestri Costo totale circa 850 milioni €

I Tragitti

Mirtilli e Pop-Corn Mirtilli sono gocce essiccate di Sali, i pop corn sono mirtilli su cui si è depositato calcare

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 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.

Il sistema solare a 10 pc Visibile Terra/Sole ~ 10-10 Zodi relativamente piccola Infrarosso Terra/Sole ~ 10-7 Zodi relativamente grande

Con/senza vita Tasso di produzione: abbondanza atmosferica: Gas log(vita/novita) O2 5 N2O 3 CH4 5 CO2 -3 Gas log(vita/novita) O2 2 N2O 2 CH4 3 CO2 -3 Quali biomarker? Attenzione che la scoperta di ossigeno può essere ambigua 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 N2O Visibile Infrarosso Refs: Traub & Jucks, AGU Geophys. Monograph 130, 2002; DesMarais et al, Astrobiology 2002.

Attenzione: Falsi positivi ! Fotodissociazione CO2 Fotodissociazione H2O H è perso dall’atmosfera Produzione di O abiotico

L’Ozono Produzione di Ozono negli strati alti: ciclo di Chapman (1930) …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 O2 No O3 CH4 N2O T Si (derivata,superficiale) Si (diretta, stratosferica) pressione raggio, massa Si (inferred) clorofilla Triple signature Quelli segnati in rosso sono i biomarker che, a parte la clorofilla, se sono trovati contemporaneamente è un robusto modo di discriminare se la produzione di ossigeno è dovuta alla fotosintesi oppure ai processi di fotoionizzazione dell’acqua e della CO2

Tempo necessario per osservare biomarker da un pianeta a 10pc (Traub et al 2001) oxygen O3 ozone H2O 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 ___ 9.6 m 7 or 28 m 15.2 m Interferometro infrarosso 7 days 2 days

Ricerca di civiltà intelligenti:SETI Proposto da Drake 1960, non finanziato dal congresso americano 1993 Per osservazioni da terra , emissione di H2O in atmosfera Bkg Galattico dovuto alla radiazione di sincrotrone raggi cosmici 1.420 1.727 Nome dato dai russi al progetto 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 Nome dato dai russi al progetto

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. SETI@HOME, SETI ITALIA, Allen Telescope Array (SETI+ Berkley) BETA 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 Seti@home conta 4 milioni di utenti che mettono a disposizione i loro pc per fare i conti e ridurre i dati dei vari radiotelescopi 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 OSETI

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) Nome dato dai russi al progetto

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

“Se esistono, allora dove sono?” 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!

…ed una ipotesi: l’”Ipotesi Zoo” Quattro possibilità… Non ci sono. … Una visita non è possibile tecnicamente Sono vicini, ma non sono stati trovati 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.