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11 Ottobre 2007 Conferenza della SpecolaRoberto Bedogni

INAF Osservatorio Astronomico di Bologna via Ranzani 1 40127 - Bologna - Italia Tel 051-2095721 Fax 051-2095700

httpnaomiboastroit~bedognidivulghtmlEmail robertobedogniboastroit

Il Sistema solare egrave unico

2

Tanti Soli tante Terre Un solo Sole una sola Terra

Una risposta certa al problema dellrsquounicitagrave del Sistema solare ancora non esiste ma hellip

Forse per la prima volta possiamo ritenere possibile la domanda

Quali sono i motivi che portano a ritenere ldquosensatardquo la domanda

3

Lrsquoesplorazione spaziale -il ldquogrande balzo in avantirdquo

Lrsquo esplorazione del Sistema solare iniziata 50 anni fa il 4 ottobre 1957 con il lancio dello Sputnik egrave stata semplicemente straordinaria

4

Fino a 11 anni fa non esistevano prove dellesistenza di pianeti in orbita intorno a stelle esterne al Sistema solare

Solo nellottobre del 1995 M Mayor e D Queloz dellOsservatorio di Ginevra annunciarono la scoperta di un pianeta di grande massa attorno alla stella di tipo solare 51 Pegasi fu lrsquoinizio di una lunga serie di scoperte

La grande novitagravela scoperta dei Pianeti extrasolari

16 Cygni B 47 Ursae Majoris

55 Cancri 51 Pegasi

70 Virginis Gliese 229

5

Le principali missioni spaziali

12 settembre 1959

La sonda Lunik 2osserva la ldquofaccia nascosta della Lunardquo

Il Mariner 4 raggiunge Marte il 14 luglio 1965 passando a 9920 km dalla sua superficie per la prima volta mandograve a Terra 22 immagini della sua superficie

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Marte senza i ldquocanalirdquo

Le prime straordinarie fotografie della superficie di Marte del Mariner 4 (1965)

e del Mariner 9 (1971) mostrano un pianeta primo dei tanto famosi ldquocanali di Marterdquo

7

Lrsquo esplorazione di Venere

Nel 1969 il Venera 7 trasmise dati per 23 minuti una volta raggiunta la superficie di Venere

Nel 1981 Venera 13 e 14 trasmisero le prime foto a colori del suolo venusiano

8

Lrsquo esplorazione di Mercurio

Il Mariner 10 nel 1977 dopo essersi avvicinato a Venere per una felice intuizione dellrsquoastronomo italiano Giuseppe Colombo effettuograve la prima e per ora unica ricognizione di Mercurio

9

Voyager I e II il ldquo grand tour dei pianeti esternirdquo

Lancio delle due sonde spaziali 20 agosto e 5 settembre 1977 Giove Voyager 1 il 5 marzo 1979 Voyager 2 il 9 luglio 1979 Saturno Voyager 1 l11 novembre 1980 Voyager 2 il 25 agosto 1981 Dopo avere raggiunto Saturno il Voyager 1 egrave disattivato Urano Voyager 2 il 24 gennaio 1986 Nettuno Voyager 2 il 29 agosto 1989 Il Voyager 2 esce dal Sistema solare

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Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

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Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

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Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

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Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

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---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

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---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

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I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

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I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

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La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

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Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

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La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

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La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

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La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

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Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

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Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

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Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

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La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

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Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

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Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

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Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

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Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

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Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

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Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

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La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

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Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

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I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

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I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

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La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

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Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

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51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

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Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

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Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

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Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

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Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

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Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

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Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

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Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

2

Tanti Soli tante Terre Un solo Sole una sola Terra

Una risposta certa al problema dellrsquounicitagrave del Sistema solare ancora non esiste ma hellip

Forse per la prima volta possiamo ritenere possibile la domanda

Quali sono i motivi che portano a ritenere ldquosensatardquo la domanda

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Lrsquoesplorazione spaziale -il ldquogrande balzo in avantirdquo

Lrsquo esplorazione del Sistema solare iniziata 50 anni fa il 4 ottobre 1957 con il lancio dello Sputnik egrave stata semplicemente straordinaria

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Fino a 11 anni fa non esistevano prove dellesistenza di pianeti in orbita intorno a stelle esterne al Sistema solare

Solo nellottobre del 1995 M Mayor e D Queloz dellOsservatorio di Ginevra annunciarono la scoperta di un pianeta di grande massa attorno alla stella di tipo solare 51 Pegasi fu lrsquoinizio di una lunga serie di scoperte

La grande novitagravela scoperta dei Pianeti extrasolari

16 Cygni B 47 Ursae Majoris

55 Cancri 51 Pegasi

70 Virginis Gliese 229

5

Le principali missioni spaziali

12 settembre 1959

La sonda Lunik 2osserva la ldquofaccia nascosta della Lunardquo

Il Mariner 4 raggiunge Marte il 14 luglio 1965 passando a 9920 km dalla sua superficie per la prima volta mandograve a Terra 22 immagini della sua superficie

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Marte senza i ldquocanalirdquo

Le prime straordinarie fotografie della superficie di Marte del Mariner 4 (1965)

e del Mariner 9 (1971) mostrano un pianeta primo dei tanto famosi ldquocanali di Marterdquo

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Lrsquo esplorazione di Venere

Nel 1969 il Venera 7 trasmise dati per 23 minuti una volta raggiunta la superficie di Venere

Nel 1981 Venera 13 e 14 trasmisero le prime foto a colori del suolo venusiano

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Lrsquo esplorazione di Mercurio

Il Mariner 10 nel 1977 dopo essersi avvicinato a Venere per una felice intuizione dellrsquoastronomo italiano Giuseppe Colombo effettuograve la prima e per ora unica ricognizione di Mercurio

9

Voyager I e II il ldquo grand tour dei pianeti esternirdquo

Lancio delle due sonde spaziali 20 agosto e 5 settembre 1977 Giove Voyager 1 il 5 marzo 1979 Voyager 2 il 9 luglio 1979 Saturno Voyager 1 l11 novembre 1980 Voyager 2 il 25 agosto 1981 Dopo avere raggiunto Saturno il Voyager 1 egrave disattivato Urano Voyager 2 il 24 gennaio 1986 Nettuno Voyager 2 il 29 agosto 1989 Il Voyager 2 esce dal Sistema solare

10

Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

3

Lrsquoesplorazione spaziale -il ldquogrande balzo in avantirdquo

Lrsquo esplorazione del Sistema solare iniziata 50 anni fa il 4 ottobre 1957 con il lancio dello Sputnik egrave stata semplicemente straordinaria

4

Fino a 11 anni fa non esistevano prove dellesistenza di pianeti in orbita intorno a stelle esterne al Sistema solare

Solo nellottobre del 1995 M Mayor e D Queloz dellOsservatorio di Ginevra annunciarono la scoperta di un pianeta di grande massa attorno alla stella di tipo solare 51 Pegasi fu lrsquoinizio di una lunga serie di scoperte

La grande novitagravela scoperta dei Pianeti extrasolari

16 Cygni B 47 Ursae Majoris

55 Cancri 51 Pegasi

70 Virginis Gliese 229

5

Le principali missioni spaziali

12 settembre 1959

La sonda Lunik 2osserva la ldquofaccia nascosta della Lunardquo

Il Mariner 4 raggiunge Marte il 14 luglio 1965 passando a 9920 km dalla sua superficie per la prima volta mandograve a Terra 22 immagini della sua superficie

6

Marte senza i ldquocanalirdquo

Le prime straordinarie fotografie della superficie di Marte del Mariner 4 (1965)

e del Mariner 9 (1971) mostrano un pianeta primo dei tanto famosi ldquocanali di Marterdquo

7

Lrsquo esplorazione di Venere

Nel 1969 il Venera 7 trasmise dati per 23 minuti una volta raggiunta la superficie di Venere

Nel 1981 Venera 13 e 14 trasmisero le prime foto a colori del suolo venusiano

8

Lrsquo esplorazione di Mercurio

Il Mariner 10 nel 1977 dopo essersi avvicinato a Venere per una felice intuizione dellrsquoastronomo italiano Giuseppe Colombo effettuograve la prima e per ora unica ricognizione di Mercurio

9

Voyager I e II il ldquo grand tour dei pianeti esternirdquo

Lancio delle due sonde spaziali 20 agosto e 5 settembre 1977 Giove Voyager 1 il 5 marzo 1979 Voyager 2 il 9 luglio 1979 Saturno Voyager 1 l11 novembre 1980 Voyager 2 il 25 agosto 1981 Dopo avere raggiunto Saturno il Voyager 1 egrave disattivato Urano Voyager 2 il 24 gennaio 1986 Nettuno Voyager 2 il 29 agosto 1989 Il Voyager 2 esce dal Sistema solare

10

Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

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Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

4

Fino a 11 anni fa non esistevano prove dellesistenza di pianeti in orbita intorno a stelle esterne al Sistema solare

Solo nellottobre del 1995 M Mayor e D Queloz dellOsservatorio di Ginevra annunciarono la scoperta di un pianeta di grande massa attorno alla stella di tipo solare 51 Pegasi fu lrsquoinizio di una lunga serie di scoperte

La grande novitagravela scoperta dei Pianeti extrasolari

16 Cygni B 47 Ursae Majoris

55 Cancri 51 Pegasi

70 Virginis Gliese 229

5

Le principali missioni spaziali

12 settembre 1959

La sonda Lunik 2osserva la ldquofaccia nascosta della Lunardquo

Il Mariner 4 raggiunge Marte il 14 luglio 1965 passando a 9920 km dalla sua superficie per la prima volta mandograve a Terra 22 immagini della sua superficie

6

Marte senza i ldquocanalirdquo

Le prime straordinarie fotografie della superficie di Marte del Mariner 4 (1965)

e del Mariner 9 (1971) mostrano un pianeta primo dei tanto famosi ldquocanali di Marterdquo

7

Lrsquo esplorazione di Venere

Nel 1969 il Venera 7 trasmise dati per 23 minuti una volta raggiunta la superficie di Venere

Nel 1981 Venera 13 e 14 trasmisero le prime foto a colori del suolo venusiano

8

Lrsquo esplorazione di Mercurio

Il Mariner 10 nel 1977 dopo essersi avvicinato a Venere per una felice intuizione dellrsquoastronomo italiano Giuseppe Colombo effettuograve la prima e per ora unica ricognizione di Mercurio

9

Voyager I e II il ldquo grand tour dei pianeti esternirdquo

Lancio delle due sonde spaziali 20 agosto e 5 settembre 1977 Giove Voyager 1 il 5 marzo 1979 Voyager 2 il 9 luglio 1979 Saturno Voyager 1 l11 novembre 1980 Voyager 2 il 25 agosto 1981 Dopo avere raggiunto Saturno il Voyager 1 egrave disattivato Urano Voyager 2 il 24 gennaio 1986 Nettuno Voyager 2 il 29 agosto 1989 Il Voyager 2 esce dal Sistema solare

10

Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

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Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

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I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

5

Le principali missioni spaziali

12 settembre 1959

La sonda Lunik 2osserva la ldquofaccia nascosta della Lunardquo

Il Mariner 4 raggiunge Marte il 14 luglio 1965 passando a 9920 km dalla sua superficie per la prima volta mandograve a Terra 22 immagini della sua superficie

6

Marte senza i ldquocanalirdquo

Le prime straordinarie fotografie della superficie di Marte del Mariner 4 (1965)

e del Mariner 9 (1971) mostrano un pianeta primo dei tanto famosi ldquocanali di Marterdquo

7

Lrsquo esplorazione di Venere

Nel 1969 il Venera 7 trasmise dati per 23 minuti una volta raggiunta la superficie di Venere

Nel 1981 Venera 13 e 14 trasmisero le prime foto a colori del suolo venusiano

8

Lrsquo esplorazione di Mercurio

Il Mariner 10 nel 1977 dopo essersi avvicinato a Venere per una felice intuizione dellrsquoastronomo italiano Giuseppe Colombo effettuograve la prima e per ora unica ricognizione di Mercurio

9

Voyager I e II il ldquo grand tour dei pianeti esternirdquo

Lancio delle due sonde spaziali 20 agosto e 5 settembre 1977 Giove Voyager 1 il 5 marzo 1979 Voyager 2 il 9 luglio 1979 Saturno Voyager 1 l11 novembre 1980 Voyager 2 il 25 agosto 1981 Dopo avere raggiunto Saturno il Voyager 1 egrave disattivato Urano Voyager 2 il 24 gennaio 1986 Nettuno Voyager 2 il 29 agosto 1989 Il Voyager 2 esce dal Sistema solare

10

Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

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I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

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La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

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Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

6

Marte senza i ldquocanalirdquo

Le prime straordinarie fotografie della superficie di Marte del Mariner 4 (1965)

e del Mariner 9 (1971) mostrano un pianeta primo dei tanto famosi ldquocanali di Marterdquo

7

Lrsquo esplorazione di Venere

Nel 1969 il Venera 7 trasmise dati per 23 minuti una volta raggiunta la superficie di Venere

Nel 1981 Venera 13 e 14 trasmisero le prime foto a colori del suolo venusiano

8

Lrsquo esplorazione di Mercurio

Il Mariner 10 nel 1977 dopo essersi avvicinato a Venere per una felice intuizione dellrsquoastronomo italiano Giuseppe Colombo effettuograve la prima e per ora unica ricognizione di Mercurio

9

Voyager I e II il ldquo grand tour dei pianeti esternirdquo

Lancio delle due sonde spaziali 20 agosto e 5 settembre 1977 Giove Voyager 1 il 5 marzo 1979 Voyager 2 il 9 luglio 1979 Saturno Voyager 1 l11 novembre 1980 Voyager 2 il 25 agosto 1981 Dopo avere raggiunto Saturno il Voyager 1 egrave disattivato Urano Voyager 2 il 24 gennaio 1986 Nettuno Voyager 2 il 29 agosto 1989 Il Voyager 2 esce dal Sistema solare

10

Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

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Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

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LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

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Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

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La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

7

Lrsquo esplorazione di Venere

Nel 1969 il Venera 7 trasmise dati per 23 minuti una volta raggiunta la superficie di Venere

Nel 1981 Venera 13 e 14 trasmisero le prime foto a colori del suolo venusiano

8

Lrsquo esplorazione di Mercurio

Il Mariner 10 nel 1977 dopo essersi avvicinato a Venere per una felice intuizione dellrsquoastronomo italiano Giuseppe Colombo effettuograve la prima e per ora unica ricognizione di Mercurio

9

Voyager I e II il ldquo grand tour dei pianeti esternirdquo

Lancio delle due sonde spaziali 20 agosto e 5 settembre 1977 Giove Voyager 1 il 5 marzo 1979 Voyager 2 il 9 luglio 1979 Saturno Voyager 1 l11 novembre 1980 Voyager 2 il 25 agosto 1981 Dopo avere raggiunto Saturno il Voyager 1 egrave disattivato Urano Voyager 2 il 24 gennaio 1986 Nettuno Voyager 2 il 29 agosto 1989 Il Voyager 2 esce dal Sistema solare

10

Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

8

Lrsquo esplorazione di Mercurio

Il Mariner 10 nel 1977 dopo essersi avvicinato a Venere per una felice intuizione dellrsquoastronomo italiano Giuseppe Colombo effettuograve la prima e per ora unica ricognizione di Mercurio

9

Voyager I e II il ldquo grand tour dei pianeti esternirdquo

Lancio delle due sonde spaziali 20 agosto e 5 settembre 1977 Giove Voyager 1 il 5 marzo 1979 Voyager 2 il 9 luglio 1979 Saturno Voyager 1 l11 novembre 1980 Voyager 2 il 25 agosto 1981 Dopo avere raggiunto Saturno il Voyager 1 egrave disattivato Urano Voyager 2 il 24 gennaio 1986 Nettuno Voyager 2 il 29 agosto 1989 Il Voyager 2 esce dal Sistema solare

10

Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

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Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

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Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

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Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

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Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

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Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

9

Voyager I e II il ldquo grand tour dei pianeti esternirdquo

Lancio delle due sonde spaziali 20 agosto e 5 settembre 1977 Giove Voyager 1 il 5 marzo 1979 Voyager 2 il 9 luglio 1979 Saturno Voyager 1 l11 novembre 1980 Voyager 2 il 25 agosto 1981 Dopo avere raggiunto Saturno il Voyager 1 egrave disattivato Urano Voyager 2 il 24 gennaio 1986 Nettuno Voyager 2 il 29 agosto 1989 Il Voyager 2 esce dal Sistema solare

10

Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

10

Dal 1990 al 2000

Una miriade di sonde automatiche ha esplorato in lungo ed in largo il Sistema solare

Sonda Galileo Giove

Sonde Viking 1 e 2 Marte

Sonda Magellano Venere

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

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Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

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Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

11

Oggi solo alcune delle missioni in corso

Sonda Cassini-Huygens Saturno

Sonda Mars Express Marte

Sonda Venus express Venere

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Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

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---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

12

Parametri orbitali dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

Periodo rivoluzione (anni)

0241 0615 1 188 1186 295 8370 1647

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

Periodo rotazione (ore)

13944 -58197 2393 2462 984 1023 1718 0672

Inclinazione orbita 7 3394 0 1850 1308 2488 0774 1774

Eccentricitagrave 02056 00068 00167 00934 00483 00560 0046 00097

Numero satelliti 0 0 1 2 16

(63) 18 (60) 27 13

Magnitudine visuale -02 -42 --- -2 -25 -07 550 79

Cosa sappiamo del Sistema solare

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

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I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

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I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

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Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

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La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

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La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

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Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

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LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

13

Parametri fisici dei PianetiMercurio Venere TerraMarte Giove e Saturno

---- Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno

Distanza (UA) 039 072 1 152 52 958 1914 3019

RRT 038 095 1 053 11 9 4 4

MMt 0055 0815 1 0107 318 952 144 171

ProtPt 588 -244 1 1029 0411 0428 -0728 0802

G ms 2 0239 088 1 038 26 093 079 112

ρ(gcm3) 543 525 552 395 133 069 129 164

Cosa sappiamo del Sistema solare

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

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LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

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Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

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Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

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I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

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I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

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Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

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Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

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Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

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Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

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Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

14

---- D (AU) RRT

Sole 0 109

Mercurio 039 038

Venere 072 095

Terra 10 100

Marte 15 053

Giove 52 11

Saturno 95 9

Urano 192 4

Nettuno 301 4

Plutone 395 018

Giove ha un raggio 11 volte maggiore di quello della Terra

Distanze e raggi planetari

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

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Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

15

---- D (AU) RRtρ

(gcm3)

Sole 0 109 141

Mercurio 039 038 543

Venere 072 095 525

Terra 10 100 552

Marte 15 053 395

Giove 52 11 133

Saturno 95 9 069

Urano 192 4 129

Nettuno 301 4 164 Densitagrave dellrsquoacqua= 1 grcm 3

Pianeti terrestri e pianeti gassosi

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

16

I pianeti interni piugrave vicini al Sole (quelli Terrestri) presentano una struttura rocciosaldquo Mercurio Venere Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati Nel passato tutti e quattro furono modificati dallattivitagrave vulcanica e tettonica Oggi solo la Terra egrave tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte

La composizione dei pianeti interni

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

17

I quattro pianeti esterni (Giove Saturno Urano e Nettuno) contengono il 99 del materiale del Sistema solare escluso il Sole Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano ammoniaca ed acqua Il gas di idrogeno nellinterno di Giove e Saturno condensograve in idrogeno liquido alle maggiori profonditagrave Tutti e quattro hanno probabilmente un nucleo costituito da metalli silicati ed acqua Tre dei pianeti esterni irradiano piugrave calore di quanto ne ricevano dal Sole Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore

La composizione dei pianeti esterni

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

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I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

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La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

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Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

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Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

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Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

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Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

18

La formazione del Sistema solare

Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire

bullquando si egrave formato il Sistema solare e bullquanto egrave durato il processo di formazione

Per dare una risposta a queste due domande egrave necessario introdurre il metodo di determinazione dellrsquoetagrave delle rocce terrestri lunari e soprattutto dei meteoriti

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

19

Lrsquoetagrave del Sistema Solare

Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che letagrave del Sistema solare egraveapprossimativamente 455 miliardi di anni

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

20

La durata del processo di formazione

Le misure delle abbondanze del Pu244 (Plutonio) e dello I129 (Iodio)che hanno dei tempi di decadimento piugrave corti danno una indicazione relativa al tempo necessario per la condensazione del materiale planetario

Essi mostrano che non sono stati necessari piugrave di 100 milioni di anni per la formazione dei pianeti dopo che il materiale protosolare si egraveisolato da quello interstellare

La nube primordiale

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

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I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

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Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

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Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

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Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

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Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

21

La teoria nebulare di Kant e Laplaceed il modello MMSN

Lrsquoidea che il Sistema solare si sia formato da una unica nebulosa di gas e polveri fu proposta da Kant e Laplace sviluppando unrsquoidea di WrightQuesto modello ebbe il merito di rendere conto di buona parte delle conoscenze astronomiche relative al Sistema solare note nel 18 esimo

secolo e si egrave sviluppato nel modello Minimum Mass Solar Nebula

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

22

La nebula primordiale inizia a risentire della gravitagrave e si produce un ldquocollasso gravitazionalerdquo

Questo collasso puograve essere stato innescato 45 miliardi di anni fa da una causa esterna ad esempio lrsquo esplosione di una Supernova vicina alla nube

Le fasi di formazione planetaria I

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

23

Il collasso della nube primordiale porta per la conservazione del momento angolare a produrre un struttura a ldquodiscordquo

Nella struttura a disco si ha un accumulo di materiale nella parte centrale

Al centro del disco si forma il protosole il cui ldquoventordquo ripulisce il gas dagli elementi leggeri (H ed He) le zone piugrave interne (pianeti terrestri) del disco protoplanetario e li confina nelle regioni piugrave esterne (pianeti giganti)

Le fasi di formazione planetaria II

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

24

Nel disco si ha azione delle forze dissipative che porta i grani a crescere sino a formare 1) ldquopolverirdquo 2) ldquosassirdquo 3) i planetesimi che formano i nuclei (embrioni) per la formazione dei pianeti

Gli asteroidi per collisione precipitano sugli embrioni e formano in pianeti che si collocano nelle loro orbite attuali

Il tutto in circa 100 milioni di anni

Le fasi di formazione planetaria III

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

25

Andamento di densitagrave nel disco e ldquolinea del ghiacciordquo

RocciaPianeti terrestri

Roccia e ghiaccio Pianeti giganti

Den

sitagrave

mat

eria

le n

el d

isco

Distanza dal proto-sole

gas

3 UA(Linea del ghiaccio)

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

26

La formazione di Giove

La grande quantitagrave di ghiaccio e le basse temperature oltre le 3 UA hanno portato alla formazione di estesi nuclei rocciosi e ghiacciati con maggiori possibilitagrave di accrescere un grande inviluppo di gas (H ed He) formano estese atmosfere

Infatti le particelle ghiacciate hanno grandi sezioni di urto efficaciNuclei di roccia e ghiacci con massa ~ 35 M Terra ()M Giove ~ 318 M Terra

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

27

Tempi di crescita

Pianeti terrestri 10 6 - 10 7 anni

Giove 10 3 - 10 6 anni

Urano e Nettuno 10 7 -10 8 anni

NB 10 6 anni=1 milione di anni

Problemi

1 La fase di T-Tauri (vento stellare primordiale) limita i tempi di crescita a 10 7 anni

2 Le osservazioni sui dischi di accrescimento in stelle esterni danno una massa del disco pari a M disco ~ 01 ndash 001 M cioegrave da 8 ad 80 volte la massa del disco del Sistema solare

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

28

Percheacute cercare altri Sistemi solari

La Terra egrave un pianeta unico anche nel nostro Sistema solare

Lrsquounico forse su cui si egravesviluppata la vita

Bisogna spingersi piugravelontano negli oscuri e freddi spazi interstellari alla ricerca di altri Sistemi extrasolari per avere la possibilitagrave di trovare altri sistemi planetari forse con vita biologica e chissagrave intelligente

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

29

Lrsquoosservazione dei Sistemi extrasolari

Purtroppo non egraveaffatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari

Nonostante questa grande difficoltagravesono stati fatti straordinari progressi negli ultimi dieci anni

Quasi 250 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e hellipsiamo solo allrsquoinizio

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

30

LrsquoEnciclopedia dei Pianeti Extrasolari

Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari

Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano)

Allrsquoindirizzo web httpvoobspmfrexoplanetesencycloencyclhtml

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

31

Metodi di rilevamento dei Sistemi extrasolari

I candidati pianeti extrasolari rivelati allrsquo11-10-2007 sono 254

Metodi indiretti

Con il metodo delle velocitagrave radiali

206 Sistemi planetari

241 pianeti

25 sistemi di pianeti multipli

Con il metodo delle occultazioni 27 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella

Con il metodo delle microlenti gravitazionali 4 pianeti

Con timing 3 Sistemi planetari 5 pianeti 1 sistemi di pianeti multipli

Metodi diretti

Con immagini 4 pianeti

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

32

Effetto Doppler-onde sonoreLrsquoeffetto Doppler si ha con tutti i moti ondulatori sia quelli di propagazione delle onde sonore nellrsquoaria che quelli di propagazione delleonde luminose nel vuoto

Onde sonore

Se siamo fermi ad un passaggio a livello ed un treno viene verso di noi fischiando ascoltiamo un suono che sia fa sempre piugrave acuto in avvicinamentomentre diventa sempre piugrave grave in allontanamento

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

33

Effetto Doppler-onde Luminose

Nel caso della ldquolucerdquo emessa da un corpo celeste 1) se questi si avvicina essa appare allrsquoosservatore terrestre come

ldquopiugrave acutardquo cioegrave di frequenza piugrave elevata e quindi ldquoblurdquo2) se invece si allontana essa appare di frequenza ldquopiugrave bassardquo e

quindi ldquorossardquoZ = ∆ λ λ0= Vr c

Z = spostamento Doppler delle righe spettraliVr = velocitagrave radiale sorgente luminosac = velocitagrave della luce circa 300 000 kmsec∆ λ= differenza tra la lunghezza drsquoonda λe ldquoemessardquo e la λ0 ldquoa riposordquo

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

34

La spettroscopia e metodo delle velocitagrave radiali

La ricerca perograve egrave molto difficile in quanto egrave necessario misurare deboli variazioni nella velocitagrave radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi

Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell ampiezza di Vr

di 13 msec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove

di 03 msec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano

di 009 msec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

35

Le unitagrave di misura dei pianeti extrasolari

Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto ersquo fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

---- Dist (AU) RRT MMt G ms 2 ρ(gcm3)

Terra 1 1 1 1 552

Giove 52 11 318 26 133

Saturno 95 9 95 093 069

Urano 192 4 15 079 129

Nettuno 301 4 17 112 164

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

36

I limiti del metodo delle velocitagrave radiali

1) Il metodo fornisce i parametri orbitali eaP ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio Re la composizione del pianeta

2) lrsquoimpossibilitagrave di scendere sotto lrsquoeffetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 ms

3) Attualmente ci si puograve spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 UA

4) Un marcato effetto di selezione egrave piugrave facile vedere grandi pianeti (Mgt Mg) vicini alla stella principale

5) Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si ldquosconfinardquo nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

37

I pianeti extrasolari

Le immagini qui riportate escluse le mappe stellari sono disegnielaborati sulla base delle caratteristiche in parte supposte in parte misurate dei pianeti extrasolari

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

38

La stella 51 Pegasi

51 Pegasid=50 al

G2IV (tipo spettrale) Sequenza Principalemv=549

Massa~111 MEtagrave ~4 GyrT=5793 KR=117 R[FeH]=02 L=132 L

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

39

Il sistema planetario di 51 Pegasi

Lrsquoosservazione di 51 Pegasi b

La stella 51 Pegasi

Posizione- nella cost di Pegaso a 50 al dal Sole

Il pianeta 51 Pegasi b

Massa = Msen i=148 Mt=0468 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=423 giorni

Eccentricitagrave orbita=0

Temperatura = 1300 o K

Scoperto nellrsquoottobre 1995

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

40

51 Pegasi b ndashHot jupiters

Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

Sole Giove

Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 52 Unitagrave AstronomicheLa stella 51 Pegasi

Il pianeta 51 Pegasi b

Il Sistema extrasolare 51 Pegasi

Periodo orbitale=42 giorni

Semi-asse maggiore dellrsquoorbita=0052 UA

Massa del pianeta ~ 0468 Masse di Giove

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

41

Il sistema stellare micro Arae La costellazione dellrsquoAltare non egrave visibile

dallrsquoemisfero nord

micro AraeHD 160691d=50 al

G3 IV-V (tipo spettrale)Sequenza principale

mv=515 Massa~108 MEtagrave =641 Gyr

T =5700 KR = 1245 R[FeH]= 028

L=177 L

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

42

Il sistema planetario multiplo micro Arae

La stella micro Arae HD 160691

Posizione- nella cost dellrsquoAltare a 50 al dal Sole

Scoperti quattro pianeti tra cui il piugrave piccolo egrave

micro Arae d

Massa = Msen i=14 Mt=004 Mg

a semiasse maggiore=0052 UA

Periodo orbitale=650 giorni

Eccentricitagrave orbita = 0

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

43

Il sistema planetario multiplo micro Arae

NomeDistanzaorbitale

(D=UA)

Periodo orbitale(P=anni)

Eccentricitagrave

micro Arae(stella) 00 hellip

Pianeta d 009 0026 ~0 Ecosfera 13 131 0

Pianeta b 15 165-175

031-037

Pianeta c 23 36 08

Ricostruzione delle orbite planetarie e confronto con quelle del Sistema solare

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

44

Il sistema planetario multiplo micro Arae

Nome Massa (Terra=1)

Diametro (Terra=1)

micro Arae (stella) 356000 111 Pianeta d ~14 gt1-lt4 Pianeta b 510-540 ~112

Pianeta c 320 ~11 2

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

45

Il sistema planetario di micro Arae ha un nuovo pianeta e diventa quadruplo

Nome HD 160691bυ arae b

HD 160691 cυ arae c

HD 160691 dυ arae d

HD 160691 eυ arae e

Scoperto nel 2000 2204 2004 2006

Massa 167 Mg 31 Mg 0044 Mg 05219 Mg

Massa 531 Mt 985 Mt 14 Mt 166 Mt

Semiasse maggiore 15 UA 417 UA 009 UA 0921 UA

Periodo 6545 giorni 2986 giorni 955 giorni 310 giorniEccentricitagrave 031 057 0 0066

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

46

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaHD 209458d=144 al Tipo spettrale G0 V mv=765Massa=101 MEtagrave = 4 GyrT=5942 K R=112 R[FeH]= 004L =161 L

Il pianeta extrasolare era giagrave stato scoperto con il metodo delle velocitagrave radiali

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

47

Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianetaNel 1999 egrave stato scoperto il pianeta HD 209458a

a semiasse maggiore = 0045 UA

Periodo orbitale=3524 giorni

Eccentricitagrave orbita = 007

Dal Momento che si osserva un transito egrave possibili determinare lrsquo inclinazione dellrsquoorbita rispetto al piano del cielo

I = 8667 gradi

calcolare esattamente la massa

Massa= Msen i = 219 Mt=069 Mg

dare una stima del suo raggio

R= 132 Rg

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

48

Il sistema stellare Gliese 581Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 al Tipo spettrale M3V mv=1056Massa=031 MEtagrave = 43 GyrT=3480 K R=038 R[FeH]= -033L =0013 L

Immagini di fantasia di Gliese 581b

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

49

Il sistema planetario triplo Gliese 581

Pianeta Gliese 581 b Gliese 581 c Gliese 581 d

Scoperto nel 2005 2007 2007

Massa=m sin i 00492 M Gmasse di Giove

00158 M Gmasse di Giove

00243 M Gmasse di Giove

Massa=m sin i ~ 1564 M Tmasse terrestri

~ 502 M Tmasse terrestri

~ 78 M T masse terrestri

Distanza dalla Stella

0041 UA (UnitagraveAstronomiche)

0073 UA (UnitagraveAstronomiche)

025 UA (UnitagraveAstronomiche)

Periodo Orbitale 53683 (plusmn00003) giorni

12932 (plusmn 0007) giorni

836 (plusmn 07) giorni

Eccentricitagrave 002 (plusmn 001) 016 (plusmn 007) 02 (plusmn 01)

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

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60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

50

Gliese 581 e la zona di abitabilitagrave

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

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60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

51

Il Sistema solare a confronto con i sistemi extrasolari

Alla luce della scoperta di oltre 200 pianeti extrasolari considerare il NOSTRO Sistema solare come ldquoquello giustordquo

Non egrave forse troppo ldquoantropicordquo il nostro punto di vista

Con cosigrave tanti pianeti scoperti ha senso sprovincializzarsi un porsquo di piugrave

Non egrave paradossale che proprio ora che allunghiamo il nostro sguardo ai dintorni del Sole ci rendiamo conto di quanto sia peculiare il NOSTRO Sistema solare

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

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La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

52

Pianeti extrasolari eccentricitagrave semiassi

NB i pianeti extrasolari anche quelli con M gt Mg stanno piugrave vicini alla stella della distanza di Giove (55UA) ed hanno eccentritagravemaggiori

Come mai per lo meno diversi extrasolari sono nel ldquoposto sbagliatordquo e con orbite cosigraveeccentriche

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

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60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

53

Pianeti extrasolari periodi sistemi multipli

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

num

ero

di p

iane

ti

60

La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

54

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

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La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

55

I pianeti gassosi del Sistema solare

I pianeti gassosi del Sistema solare si sono formati oltre le 3 UA cioegrave oltre la linea del ghiaccio percheacute si formano con accrescimento su di un nucleo solido di polvere ldquo ghiacciatardquo

Come mai troviamo extrasolari di taglia gioviana cosigrave vicini alla stella madre

Lrsquoipotesi egrave che anche gli extrasolari gioviani si siano formati lontano (nel ldquoposto giustordquo ) e che poi siano

Migrati verso la fascia piugrave interna

La migrazione dei pianeti egrave proprio un concetto extraneo al nostro Sistema solare

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

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La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

56

La migrazione nel Sistema solare - La fascia di Kuiper

Lrsquoimmagine del Sistema solare si egrave profondamente evoluta nellrsquoultimo decennio del XX secolo Plutone non egrave piugrave lrsquounico tra i corpi celesti piugrave distanti del Sistema solare un gran numero di corpi ghiacciati sono stati recentemente scoperti ai confini del Sistema solare

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

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La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

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Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

57

La migrazione e le orbite risonantiSedna egrave un corpo celeste molto freddo -240 0 C in quanto molto distante dal Sole ad una distanza di circa 900 UA La sua principale caratteristica egravequella di possedere un orbita attorno al Sole fortemente ellittica con un periodo orbitale di 10500 anni

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

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La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

64

Pianeti extrasolari distribuzione in massa

65

La presentazione egrave terminata

58

Lrsquo orbita di Sedna

Per spiegare lrsquoinsolita orbita di Sedna egrave stato proposto 1 che possa essere stata perturbata nei primi 100 milioni di anni dalla

formazione del Sistema solare dal passaggio di una stella vicina unrsquoaltra stella formatisi dalla medesima nube interstellare che ha formato anche il Sistema solare (Hal Levison and Alessandro Morbidelli dellrsquoOsservatorio della Costa Azzurra (OCA) )

2 unrsquoaltra suggestiva possibilitagrave egrave che Sedna si sia formata attorno ad una Nana Bruna 20 volte meno massiccia del Sole e poi catturata dal Sole durante un passaggio ravvicinato

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

M sin i (Mgiov)

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La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

61

Titius-Bode legge o numerologia

62

Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

Marte

63

Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

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Pianeti extrasolari distribuzione in massa

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La presentazione egrave terminata

59

Migrazione degli extrasolari

Se il meccanismo di migrazione egrave giagrave stato preso in considerazione per il Sistema solare allora diventa plausibile anche per gli extrasolari

I giganti extrasolari sono piugrave vicini alla loro stella percheacute li sono migrati causa un complesso meccanismo di dissipazione della loro energiaorbitale spostandosi ad orbite sempre piugrave interne

Ma percheacute allora nel NOSTRO Sistema solare i giganti sono rimasti ligravesenza migrare verso lrsquointerno proprio nel ldquoposto giustordquo e con orbite praticamente circolari

distibuzione delle masse dei pianeti

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La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

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Titius-Bode legge o numerologia

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Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

Terra e Venere

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Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

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Pianeti extrasolari distribuzione in massa

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La presentazione egrave terminata

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La formazione della Luna una migrazione verso lrsquointerno del Sistema solare

Successione temporale di un impatto non frontale quando loggetto che urta la Terra ha una massa del 13 di quella terrestre I tempi sono in ore per le immagini da a) a k) e valgono 011 032 086 140 216 485 593 1348 1887 2102 and 2695 rispettivamente La scala di colore definisce la temperatura delle particelle (detriti) e sono in gradi Kelvin (degK) Le immagini da a) a k)guardano il sistema dallalto Le particelle rosse hanno una temperatura maggiore di 6440degK e le distanze sono in unitagrave di 1000 Km Limmagine l) presenta la visione di lato dopo 27 ore e le temperature sono modificate in modo che il colore rosso mostri una temperatura di 9110degK

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Titius-Bode legge o numerologia

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Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

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Urano e Nettuno

Terra e Venere

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Giove a 55 UA

Saturno a 95 UA

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La presentazione egrave terminata

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Titius-Bode legge o numerologia

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Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri

Giove

Saturno

Urano e Nettuno

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La presentazione egrave terminata

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Giove

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