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Sguardo del pianeta
Da bambina, Sara Seager era convinta che la luna la seguisse ovunque andasse. L'emozione di scrutarlo attraverso un telescopio quando aveva cinque anni è uno dei suoi primi ricordi.
Sara Seager
Mentre Seager stava osservando bene la luna nel 1976, gli astronomi della NASA stavano già discutendo della necessità di un telescopio a infrarossi spaziale. Quando lo Spitzer Space Telescope è stato lanciato in orbita quasi tre decenni dopo, la stessa Seager sarebbe stata uno degli scienziati che lo avrebbe utilizzato per studiare le atmosfere dei pianeti al di fuori del nostro sistema solare, pianeti che nessuno era sicuro esistessero 10 anni prima.
Nel 1995, la luna aveva seguito Seager alla scuola di specializzazione ad Harvard, dove stava scegliendo un argomento di tesi di dottorato. Quell'autunno, gli scienziati svizzeri hanno annunciato di aver individuato un pianeta in orbita attorno a una stella nella costellazione di Pegaso, il primo di quelli che presto sarebbero stati diversi pianeti rilevati al di fuori del nostro sistema solare. Seager ha scritto la sua tesi su come le atmosfere dei caldi Giove - pianeti extrasolari che sono giganti e gassosi, come Giove, ma molto più vicini alle loro stelle e quindi più di 10 volte più caldi - sono influenzate dalle radiazioni delle loro stelle. Oggi è considerata una pioniera nello studio dei pianeti extrasolari, o esopianeti. In alcuni campi si fanno solo progressi incrementali verso domande che esistono da decenni, dice. In questo campo, ci vengono in mente tante domande quante risposte.
Con più di 200 esopianeti ora documentati, i ricercatori sono comprensibilmente entusiasti di avere così tanto nuovo territorio da esplorare e spiegare. Le persone sono entusiaste e vogliono solo fare cose nuove, ma spesso non sono così attente come dovrebbero, afferma Seager. È come il selvaggio West. Le cose accadono così in fretta, le fai e basta. Poi te ne vai. Desiderosa di portare più sofisticatezza nel campo, si è unita alla facoltà del MIT a gennaio per lanciare un nuovo programma sui pianeti extrasolari e sta sviluppando un corso sugli esopianeti che insegnerà in autunno. Sono venuta qui per portare alcune delle conoscenze e degli strumenti [della scienza dell'atmosfera del MIT] nella ricerca sull'atmosfera degli esopianeti, dice. In qualità di Professore Associato di Ellen Swallow Richards presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell'Atmosfera e del Pianeta, Seager ora si confronta con meteorologi e scienziati atmosferici, nonché con altri astronomi. Mappe topografiche degli Stati Uniti e del mondo incorniciano la porta del suo ufficio nel Green Building, dove riflette sui pianeti ben oltre il nostro sistema solare.
Il laboratorio di Seager è costituito dal suo cervello e dal suo computer, che è rifornito di dati raccolti sopra l'atmosfera terrestre dal telescopio Spitzer. Il suo ufficio contiene poco altro. Scatole di file del suo ultimo lavoro, come ricercatrice senior presso la Carnegie Institution di Washington, fiancheggiano una parete; disimballarli avrebbe sottratto tempo alla sua ricerca. Una lavagna è appesa a un'altra, coperta di diagrammi che illustrano le tecniche che lei e altri hanno sviluppato per raccogliere indizi sulle atmosfere degli esopianeti.
Quando gli astronomi hanno scoperto il primo esopianeta, sono rimasti scioccati nel trovarlo sette volte più vicino alla sua stella di quanto Mercurio sia al Sole. La sua vicinanza a una stella abbagliante rendeva estremamente difficile lo studio. Ma Seager sapeva che presto qualcuno avrebbe trovato un esopianeta che, visto dalla Terra, sarebbe transitato davanti alla sua stella e poi sarebbe scomparso dietro di essa. (La probabilità che un esopianeta in orbita stretta transiti sulla sua stella è di circa il 10%.) Gli astronomi potrebbero quindi utilizzare un metodo ideato a metà del 1900 per studiare le stelle binarie ad eclisse: misurando il leggero calo della luce della stella quando l'esopianeta è passato di fronte ad esso, potevano calcolare il rapporto tra l'area del pianeta e quella della sua stella.
Abbastanza sicuro, nel 1999 gli astronomi hanno osservato il settimo esopianeta in orbita ravvicinata in transito con la sua stella a circa 904 trilioni di miglia dalla Terra. Un gigante gassoso con temperature che possono superare i 1.300 °C, l'esopianeta HD 209458b è classificato come un Giove caldo. È anche uno dei due soli esopianeti in transito conosciuti le cui stelle emettono luce sufficiente attraverso le loro atmosfere per fornire agli astronomi i dati di cui hanno bisogno per fare studi dettagliati.
L'unico modo in cui gli astronomi possono conoscere l'atmosfera di un altro pianeta è studiare il trasferimento radiativo del pianeta, o la propagazione della luce attraverso la sua atmosfera. Ma HD 209458b è così vicino alla sua stella che completa la sua orbita in tre giorni e mezzo, e anche lo Spitzer, che rileva la luce infrarossa al livello di 1 parte per 1.000, da solo non può distinguere la luce del pianeta da le stelle. Quindi, come parte di un gruppo di ricerca con sede presso il Goddard Space Flight Center della NASA, Seager e i suoi colleghi hanno utilizzato un semplice calcolo per isolare la luce del pianeta. Con lo spettrografo a infrarossi di Spitzer, i ricercatori hanno misurato la luce della stella e del pianeta insieme (quando entrambi sono visibili) e hanno sottratto la luce dalla sola stella (quando eclissa il pianeta).
Lo spettrografo, che funziona come un prisma, ha anche separato la luce del pianeta nelle sue lunghezze d'onda componenti. I ricercatori hanno analizzato la luce a ciascuna lunghezza d'onda, alla ricerca di caratteristiche che avrebbero identificato le molecole nell'atmosfera dell'esopianeta. Nel numero del 22 febbraio di Natura , hanno riferito di aver raccolto i primi dati spettrali da HD 209458b nel corso di due eclissi nel luglio 2005 e hanno spiegato le loro scoperte alquanto sorprendenti.
Per fare la loro analisi spettrale, e anche per decidere cosa cercare in primo luogo, i ricercatori hanno utilizzato modelli di possibili atmosfere di esopianeti che Seager aveva sviluppato. Quando la luce delle stelle brilla su un pianeta, i fotoni incontrano le molecole nell'atmosfera; a seconda della molecola che colpisce, un fotone potrebbe essere assorbito, disperso o riemesso a una lunghezza d'onda diversa. Osservando i fotoni che emergono dall'atmosfera, Seager può determinare quali molecole contiene l'atmosfera. I fotoni sono la nostra valuta, dice.
Per creare i suoi modelli di come potrebbe apparire un caldo Giove, Seager ha adattato un modello non di un altro pianeta ma di una stella fredda, come il nostro sole. Prima lo modificò per avvicinare la sua temperatura a quella di Giove. Quindi considerò quali atomi e molecole si sarebbero trovati su un pianeta caldo in equilibrio chimico. Poiché il sodio, ad esempio, sembrava un candidato probabile, ha aggiunto le sue proprietà al suo modello per creare una firma spettrale indicativa della presenza di sodio. Quando HD 209458b è stato scoperto nel 1999, Seager, all'epoca una neo dottoressa, ha inserito i dati disponibili sul pianeta nei suoi modelli e ha previsto la presenza di sodio (tra le altre cose) nell'atmosfera che si presumeva avesse. Usando i suoi modelli, gli astronomi hanno progettato esperimenti in cui il telescopio spaziale Hubble cercava il sodio. Nel 2001, quegli esperimenti hanno prodotto la prima rilevazione dell'atmosfera di un pianeta extrasolare e hanno confermato la previsione di Seager.
Quando Seager e i suoi colleghi hanno fatto osservare allo Spitzer HD 209458b nel 2005, si aspettavano di trovare prove di molecole d'acqua nell'atmosfera. Ma nessuna prova del genere è apparsa. I ricercatori, tuttavia, hanno osservato quella che credono sia la firma spettrale delle nuvole di silicato, sotto le quali il vapore acqueo può essere intrappolato. Seager ipotizza anche che sul lato diurno dell'esopianeta, la temperatura possa essere costante in tutta l'atmosfera, nel qual caso ci sarebbe un equilibrio: qualsiasi evidenza di assorbimento d'acqua sarebbe annullata dall'evidenza di emissione d'acqua.
Seager non è sorpresa quando i dati sperimentali non corrispondono alla maggior parte delle centinaia di modelli che ha costruito finora. È così che la natura è più creativa di noi, dice, felice che sia possibile dire con certezza quali elementi esistono su un pianeta a circa 150 anni luce di distanza. Possiamo effettivamente caratterizzare le atmosfere degli esopianeti, dice. Quattro anni fa, nessuno avrebbe creduto che potessi farcela.
Desiderosa di avere più dati da collegare ai suoi modelli, Seager fa parte di uno sforzo guidato dal MIT per sviluppare e, entro il 2009, lanciare un satellite privato chiamato TESS, che amplierà la ricerca di esopianeti. Spitzer può solo guardare le cose che già sappiamo e può vedere solo una stella alla volta, spiega. Questo guarderà letteralmente milioni di stelle, alla ricerca di questo piccolo calo di luminosità indicativo del transito di un pianeta.
Seager spera di trovare pianeti rocciosi, idealmente in orbita attorno a stelle luminose in modo che ci sia abbastanza luce per studiarli. I pianeti giganti gassosi sono noiosi perché hanno tutti i gas con cui sono nati, dice. La Terra, tuttavia, si è evoluta; per esempio, i primi vulcani emettevano gas e le piante producono ossigeno in abbondanza. Inoltre, i giganti gassosi sono troppo caldi per vivere. Vogliamo essere in grado di trovare pianeti in grado di supportare la vita, afferma Seager, che pensa assolutamente che ci sia vita oltre il nostro pianeta.
Non vedremo nessuna piccola gente verde, avverte, aggiungendo che non è interessata a incontrare lei stessa alieni. Molto probabilmente, dice, troveremo batteri. Ma anche questo potrebbe essere rivelatore. Se riusciamo a trovare la vita in altri posti, potrebbe essere un indizio da dove veniamo, dice.
Seager crede che ci siano buone probabilità che rileveremo segni di vita su altri pianeti nel corso della sua vita. Ma, scherza, spero di vivere a lungo.