Planetologia ExtrasolareLa ricerca della vita

R.U. Claudi

La Ricerca della VitaIf we never search the chance of success is zero!(Cocconi &Morrison1959)

La ricerca della vita nella storia

1820

1950

1959

1960

2000

Gauss

Tsiolkovskij

Cocconi & Morrison

Drake

ESA NASA

Coltivazione di piante di colori diversi nella siberia con lo scopo di rendere rappresentazione del teorema di pitagora visibile da Venere o da Marte Comunicazione con i “marziani” tramite segnali luminosi

Comunicazione con i “marziani” tramite segnali radio a 1.420 GHz (emissione a 21 cm Idrogeno neutro)

Progetto OZMA antisignano del progetto SETI: non più comunicare ma cercare segnali da civiltà intelligenti

Ricerca di pianeti abitabili e di “biosignature”: KEPLER, EDDINGTON, DARWIN, TPF

Perchè dovremmo cercare la vita?

•Motivi filosofici: cercare di rispondere ad un interrogativo posto da migliaia di anni

•La ricerca della vita è un argomento astrofisico leggittimo. Capire l’origine della vita ha la stessa difficoltà e pone sfide analoghe a quelle che bisogna affrontare per capire l’origine dell’universo

Dove cercare la vita Extraterrestre?

Sistema solare

Sistemi Extrasolari

Marte: L’esperimento del Viking (1976)

Suolo di Marte + soluzione nutritiva

Microrganismi CO2, O2, CH4

Risultato:

Negativo (emissione O)

Suolo di Marte + soluzione nutritiva con 14C

Microrganismi CO2, CH4

Risultato:

Negativo

Suolo di Marte + atmosfera marziana con 14C (CO e CO2)

Microrganismi metabolizzano e riscaldamento a 750 C

Risultato:

Negativo (Rilevato C)

Sistema Solare: Marte

Fossile microscopico di possibile organismo vivente nella Meteorite Marziana ALH84001

Sistema Solare: Marte

I valori dei rapporti delle abbondanze degli elementi permette l’identificazione delle meteoriti marziane

I simboli pieni sono relativi al materiale marziano, quelli vuoti a quello terrestre

Marte: perchè si cerca l’acqua. I

Marte: perchè si cerca l’acqua. II

Marte Osservato con l’altimetro Laser MOLA a bordo del Mars Global Surveyor

Mars Exploration Rover SPIRIT OPPORTUNITY

lancio 10 giugno 2003

7 luglio 2003

arrivo 4 gennaio 2004

25 gennaio 2004

luogo cratere Gusev

Meridiani Planitia

Temperature di operazione: da -100 C fino a 0 C

Peso del rover 174 Kg

Dimensioni 1.5 m (altezza), 2.3 m (larghezza) e 1.6 m (lunghezza)

Alimentazione: pannelli solari e batterie al litio che in totale forniscono 140 W

Durata della missione primaria: 90 giorni marziani, cioè 92 giorni terrestriCosto totale circa 850 milioni €

Marte e i rovers NASA

I Tragitti

Mirtilli e Pop-Corn

I Risultati di Mars Express

Europa: evidenze di un oceano

Litosfera Ghiacciata Tsup= -143 C

Superficie poco craterizzata

Strutture somiglianti al Pack artico

Possibile confronto con laghi antartici

(Foto sonda Galileo)

Sistema Solare:… TerraUFO: termine in uso dal 1952

A. Hynek 1972Definito una scala

per definire gli incontri con gli UFO

SETA Search for Extraterrestrial Artifacts

SETV Search for extraterrestrial visitation

Come cercare la vita extrasolare?•Sono stati suggeriti molti metodi (vedi lista)

•La scoperta diretta sembra essere quella che può dare frutti migliori e maggiori informazioni

•Velocità Radiali•Astrometria•Transiti•Pulsar timing•Gravitational lensing•Dischi•Astrometria differenziale

•Luce riflessa•Luce trasmessa•Emissione aurorale•Emissioni Radio•Segnali Antropici•Imaging Coronografico•Imaging Interferometrico

•Posizionando i nostri telescopi nello spazio, per evitare i problemi legati all’atmosfera (per esempio TPF e Darwin)

•Cercare tra le stelle vicine perchè i pianeti vicini saranno più brillanti e più semplici da fare seguire.

Dove potremmo cercare la vita?

Refs: Rambler 1989; Margulis & Lovelock 1974; Yung & DeMore 1999

Solo ordini di grandezzaAltri gas non possono essere trovati: H2, NH3, HCl, CO, N2

Con/senza vita

Tasso di produzione: abbondanza atmosferica:

Gas log(vita/novita)

•O2 5

•N2O 3

•CH4 5

•CO2 -3

Gas log(vita/novita)

•O2 2

•N2O 2

•CH4 3

•CO2 -3

Ref.: Woolf, Smith, Traub, & Jucks, ApJ 574 2002, astro-ph/0203465

Spettro della terra nel visibile

•Luce integrata della terra, riflessa dalla parte scura della Luna: clorofilla, O2, O3, H2O.

Spettro Infrarosso della Terra

Luce integrata della terra vista da TES (Thermal Emission Spectrometer) in rotta verso MARTE (1996): CO2, O3, H2O.

H2O

CO2

O3

H2O

Envelope

Tutti

H2O

O2

O3

CH4

CO2

N2O

Refs: Traub & Jucks, AGU Geophys. Monograph 130, 2002;DesMarais et al, Astrobiology 2002.

Spettri Molecola per Molecola

VisibileInfrarosso

Attenzione: Falsi positivi !

H è perso dall’atmosferaProduzione di O abiotico

Fotodissociazione CO2

Fotodissociazione H2O

L’Ozono

Produzione di Ozono negli strati alti: ciclo di Chapman (1930)

…fortunatamente la presenza dell’Ossigeno risulta da un forte assorbimentodovuto all’Ozono prima di 10 m… Angel et al. 1986 Nature, 322, 341

La produzione di Ozono dipende dalla quantità di Ossigeno.Marcatore dell’ossigeno biotico (non lineare)

Distruzione dell’Ozono

Effetto serra porta vapore acqueo nella stratosfera

Processo di fotodissociazione, libera H e gruppi OH che:

La distruzione dell’Ozono è amplificata dallo stesso processo non biotico che produce O2

Sulla terra l’Ozono è distrutto, in modo naturale, dai radicali NOx che derivano dalla fotodissociazione di N2O

Selsis et al. 2002

Cosa cercare nell’infrarosso?

TOMBOLA!

Visibile Infrarosso

CO2 Si (Se abbondante) Si

H2O Si Si

O2 Si No

O3 Si Si

CH4 Si (Se abbondante) Si (Se abbondante)

N2O No Si (Se abbondante)

T Si (derivata,superficiale)

Si (diretta, stratosferica)

pressione Si No

raggio, massa

Si (inferred) Si

clorofilla Si No

Specie e loro proprieta’

Triple signature

TPF DARWIN

O2

oxygen

O3

ozone

H2O

water

CO2

carbon dioxide

Abbondanza 21% 6 ppm 0.8% 350 ppm

Lung. D’onda 0.76 m 0.59 m 1.00 m 2.00 m

8-m coronografo

9 days 3 days 1 day 50 days

Lung. D’onda ___ 9.6 m 7 or 28 m 15.2 m

Interferometro infrarosso

___ 7 days 3 days 2 days

Tempo necessario per osservare biomarker da un pianeta a 10pc (Traub et al 2001)

Ricerca di civiltà intelligenti:SETI

Per osservazioni da terra , emissione di H2O in atmosfera

Bkg Galattico dovuto alla radiazione di sincrotrone raggi cosmici

Proposto da Drake 1960, non finanziato dal congresso americano 1993

WATER HOLE (1. ~ 20 Ghz)

1.42

0

1.72

7

Ricerca di civiltà Intelligenti: un segnale interessante!

1977: WOW Signal

Jerry Ehman trova picco di emissione a 1.420 GHz, della durata di due minuti di intensità trenta volte rispetto al fondo

Ricevuto dal radiotelescopio BIG EAR della OHIO State University

SETI modernoFondazione privata in attività dal 1993

Progetti principali:

SERENDIP

BETA

Search Extraterrestrial Radio Emission from Nearby Developed Intelligent Populations. Progetto che sfrutta le osservazioni radio fatte per altri scopi e cerca segnali di tipo seti.

SETI@HOME, SETI ITALIA, Allen Telescope Array (SETI+ Berkley)

Proseguimento dei progetti METAI e METAII progetto della Planetary Society ispeziona nel water hole con il 26m Harvard Smithsonian Center for Astrophysics.

Terminata nel 1999 per danneggiamenti

OSETI Controparte Ottica del SETI, ricerca di impulsi laser, Berkley 760 mm (Werthimer), Harvard 1.5 m (Marcy), Horowitz con 1.8 m dedicato solo a questo progetto

Prove di comunicazione: Placca del Pioneer 10 (17-10-70) e 11

C. Sagan & F. Drake

Prove di comunicazione: il messaggio di Arecibo (16-11-74)

Matrice binaria 23X79 (numeri primi) irradiata dal radio telescopio di Arecibo Verso l’ammasso globulare M13 (tempo previsto di arrivo del segnale 20000 anni)

F.Drake

Prove di comunicazione: il disco dei Voyager

Sul disco sono incise le istruzioni per leggere il disco. E le indicazioni da dove arriva.

Nel disco ci sono 115 immagini della terra, suoni, musiche e frasi nelle diverse lingue della terra

Paradosso di Fermi (1950)

“Se esistono, allora dove sono?”

Età del sole: ~4.55 Gy

Età della galassia: ~8 Gy

Tempo necessario per sviluppare una civiltà intelligente:~3.5 Gy

Raggiunta la tecnologia: tempo necessario esplorazione Galassia: 10-100 Myr

Non ci sono!

Quattro possibilità…

1. Non ci sono. …

2. Una visita non è possibile tecnicamente

3. Sono vicini, ma non sono stati trovati

4. Non sono interessati a noi

…ed una ipotesi: l’”Ipotesi Zoo”

J.Ball (1973) e C. Sagan (1973): ci sono, sono talmente civilizzati che un incontro con loro porterebbe ad una catastrofe come quella successa ai nativi americani quando sono arrivati Colombo e Cortez…quindi non vogliono farsi vedere, …ma ci osservano.