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G. CutispotoINAF - Osservatorio Astrofisico di Catania
gcutispoto@oact.inaf.it
Scuola Estiva di Astronomia
Stilo (RC) – 23 Luglio 2014
La vita nel Sistema Solare
…. e non solo
Alcuni interrogativi sulla vita…
Sappiamo ‘’veramente’’ cos’è la vita ?
Conosciamo o potremo mai prevedere ‘’tutte’’ le condizionidove può svilupparsi la vita ?
Se le condizioni sono del tutto ‘’favorevoli’’, la vita sisviluppa sempre e fino a che ‘’livello’’ ?
La vita sulla Terra: tempi di evoluzione
- 4.5 miliardi: nasce la Terra
- 4 miliardi: prime rocce solide
- 3.8 miliardi: diminuisce il bombardamento dei meteoriti
(tempi in anni dall’epoca attuale)
- 3.5 miliardi: primi batteri età del Sole ~ 1.1 miliardi di anni
- 543 milioni (Cambriano): compaiono migliaia di nuove specie, sono gliantenati degli animali e delle piante che oggi popolano la Terra
- 3.5 milioni: età di Lucy (australopithecus afarensis)
- 150.000: compare in Africa l’Homo Sapiens
La vita sulla Terra: fino a quando ?
Pericoli ‘’astronomici’’ Impatti ‘’Evoluzione’’ del Sole Interferenza gravitazionale tra stelle Scontri tra galassie Supernova vicina
Pericoli ‘’non astronomici’’ Stabilità/durata di una civiltà tecnologicamente evoluta
e sua influenza sull’abitabilità complessiva del pianeta
Quale vita ? Forme ‘’elementari’’ Organismi ‘’complessi’’ Civiltà ‘’tecnologiche’’
Il Sistema SolareSole
Pianeti (Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno)
Corpi Minori (Pianeti Nani, Satelliti dei pianeti, Asteroidi, Comete)
Terra
Distribuzione della massa: Sole: 99.85 % Pianeti: 0.13 % Corpi Minori: 0.02 %
Le orbite dei pianeti
Sole
Mercurio
Venere
Terra
MarteGiove
Nettuno
Saturno
Urano
149.597.870 km = 1 UA
Sole
Mercurio
Venere
Terra Marte
Fascia di abitabilitàE’ la regione entro laquale un pianeta ha unatemperatura tale dapoter mantenerel’acqua allo statoliquido sulla suasuperficie
La composizione dell’atmosfera del pianeta gioca un ruolo fondamentale
Sulla Terra l’effetto serra innalza la temperatura media da -21 C a +15 C
Fasce di abitabilità “non convenzionali”
Marte
Europa
Encelado
Quali forme di vita sono possibilinelle fasce ‘’non convenzionali’’ ?
Gli Asteroidi (o “Pianetini”)
Fascia degli Asteroidi
Orbitano principalmente traMarte e Giove (fascia degliAsteroidi, 2.1-3.3 UA)
Il più grande è Cerere(diametro = 933 km) scopertonel 1801
La loro massa totale è di circa1/1000 la massa della Terra
Se ne conoscono oltre 100.000,ma si stima che ne esistanoalmeno un milione con diametromaggiore di 1 km
Orbita di Giove
Orbita di Marte
Orbita della Terra
Le “fasce” di Asteroidi
· Sole Terra MarteGiove
Nettuno
Plutone
Saturno
Urano
Giove
Fascia degli Asteroidi
Fascia di Kuiper
La Fascia di Kuiper (30-50 UA)potrebbe contenere 100.000 corpicon D > 100 km e avere una massatotale dell’ordine di 1/10 MTerra;attualmente si conoscono oltre 800KBO, il più grande dei quali è Eris
Cerere
Nube di Oort
Si stima contenga 1.000 miliardi di comete, la cui massa totale
potrebbe essere dell’ordine della massa di Giove
E’ la regione più esterna del Sistema Solare
Si estende fino a circa 50.000 UA
(Distanza di a Cen = 270.000 UA)
West (1976)
Swift-Tuttle (1992)
Hyakutake (1996)
Le Comete
Conosciute ~ 4200 Periodiche ~ 480 (P < 200 anni)
Origine: Fascia di Kuiper (breve periodo)Nube di Oort (lungo periodo)
NComete ~ 1012; MComete ~ MGiove
NEA e PHA
TerraNEAPHA
I NEA hanno orbite condistanza minima dal Sole(perielio) minore di 1.3 UA,quindi possono avvicinarsinotevolmente alla Terra
Quelli che si avvicinano ameno di 0.05 UA dallaTerra sono detti PHA
La Terra è soggetta a un continuo “bombardamento” da parte di“piccoli” corpi del Sistema Solare (40.000 ton/anno)
La Terra, gli Asteroidi e le Comete
x 100
x 𝟏
𝟑
Una frazione del tuttotrascurabile (6.7 10-18) dellamassa della Terra
La Terra è soggetta a un continuo “bombardamento” da parte di“piccoli” corpi del Sistema Solare (40.000 ton/anno)
La Terra, gli Asteroidi e le Comete
Dimensioni Frequenza Effetti
1 cm 10 / h meteore 2 cm 1 / h si disintegrano nell’atmosfera
4 m 10 / anno meteoriti10 m 1 / anno possono raggiungere la superficie
9 Ottobre 1992massa iniziale delmeteorite ~ 12 ton
Meteor Crater
Wolf Creek (Australia)età ~ 300.000 anni Diametro = 850m
Attualmente sono oltre 170 i crateri da impatto identificati
Diametro del meteorite = 25-30 m Velocità di impatto ~ 13 km/s
Diametro = 1186 m Profondità = 200 m Età = circa 49.000 anni
Tunguska - 30 Giugno 1908
Asteroide (o Cometa), con un diametrodi circa 60 m, esploso a 6 km dal suolo
La distruzione fu totale in un raggio dicirca 30 km (energia liberata ~ 5 MT)
Il boato generato dall’esplosione fuavvertito fino a Londra (20.000 km)
P = 1/1.000 anni
Dimensioni Frequenza Effetti100 m 1 / 10.000 anni distruzioni su scala “locale”
1 km 1 / 1.000.000 anni distruzioni su scala “planetaria”
10 km 1 / 50.000.000 anni estinzioni di massa
Le estinzioni di massa
Ne sono state identificate almeno 5;si pensa che sono state causate dagrandi catastrofi naturali o danotevoli e rapidi cambiamenti climatici
Sono eventi improvvisi che comportano una notevole riduzione dellespecie viventi
Hanno luogo su tutto il pianeta
Coinvolgono un gran numero di specie anche molto diverse tra loro
Avvengono in un lasso di tempo “breve”
Tardo Ordoviciano (-438)
Tardo Devoniano (-360)
Fine Permiano (-245)
Tardo Triassico (-208)
Fine Cretaceo (-65)
L’estinzione dei Dinosauri
Questa estinzione di massa (estinzione K-T) segnò il passaggiodall’era dei rettili a quella dei mammiferi
Da cosa è stata causata ?
Teorie proposte:
Effetto serra (eruzioni vulcaniche)
Cambiamenti climatici (variazione dell’orbita della Terra)
Teoria “dell’impatto”
I dinosauri si sono estinti alla fine del Cretaceo e insieme con essiscomparvero circa il 65% di tutte le specie animali e vegetali presentisulla Terra (in particolare tutte le forme di vita non acquatiche di pesosuperiore ai 30 kg)
Ipotizza che 65 milioni di anni fa la Terra sia stata colpita da un“Asteroide” o da una “Cometa” con diametro di circa 10 km
La teoria “dell’impatto”
La conseguenza fu l’estinzione di massa K-T, nel corso della qualescomparvero circa il 65% delle specie allora presenti sulla Terra
La teoria, proposta nel 1980 da Luis e WalterAlvarez, si basa sullo studio dei depositisedimentari (lo strato “K-T”) databili tra lafine del Cretaceo e l’inizio del Terziario (circa-65 milioni di anni)
Lo strato K-T mostra un’elevata concentrazione di Iridio (Ir), unelemento rarissimo nella crosta terrestre ma molto abbondante neimeteoriti, Biossido di Silicio e Tectide, forme di quarzo che si creanosolo in presenza di alte temperature e pressioni e Ceneri di originevegetale (per oltre 70 miliardi di tonnellate)
Lo strato K-T si trova in tutte le regioni della Terra e nessun fossiledei grandi dinosauri è mai stato trovato al di sopra di esso
Il “Dino-Killer”
Dimensioni Energia “x Hiroshima”
100 m 50 MT 3500
1 km 50.000 MT 3,5 milioni
10 km 50 milioni MT 3,5 miliardi
Cratere di Chicxulub
(Yucatan – Messico)
Età ~ 65 milioni di anni
Diametro ~ 180 km
Dimensioni Asteroide ~ 14 km
Collaborazione internazionale per l’identificazione e lo studio dei ‘’NearEarth Asteroids’’ (NEA) e in particolare dei “Potentially HazardousAsteroids” (PHA), corpi più grandi di 150 m che possono avvicinarsi allaTerra a meno di 7.480.000 km (= 0.05 UA)
E’ molto difficile identificare NEA con diametro minore di 50 m
Si pensa ne esistano circa 50.000
NEAT (Near-Earth Asteroid Tracking system)
Fino ad oggi sono stati scoperti 11136 NEA, di questi 862 hanno undiametro maggiore di 1 km
I PHA attualmente conosciuti sono 1492 (154 hanno un diametromaggiore di 1 km), tra questi il più “pericoloso” è Apophis (D ~ 390 m),che potrebbe colpire la Terra nel 2036 (molto più probabilmente saràdeviato nel prossimo passaggio in prossimità della Terra, 36350 km,del 13 Aprile 2029)
http://neo.jpl.nasa.gov/neo/
Alla categoria degli ‘’imprevedibili’’apparteneva il corpo esploso inatmosfera nei pressi della cittàrussa di Chelyabinsk la mattina del15 Febbraio 2013
Il più importante evento registratodopo quello di Tunguska del 1908
L’asteroide aveva un diametro di 17 m e un peso di 10000 tonnellate; lasua velocità di ingresso in atmosfera è stata stimata in 25000 km/h edè esploso a 25 km di altezza
L’energia rilasciata: 470 kT (~ 30 Hiroshima ~ 1/11 Tunguska)
E’ abbastanza singolare che questo l’evento si sia verificato lo stessogiorno in cui l’asteroide 2012 DA14, un corpo con diametro di 55 m, èpassato a 28.600 km di altezza dalla superfice terrestre
Il meteorite di Chelyabinsk
2012 DA 14 2012 DA14 è stato scoperto il 23 febbraio 2012
Ha un diametro di 55 metri e una massa di circa 1.3 ∙ 108 kg
Il suo periodo orbitale è di 314 g
Il 15 Febbraio 2013 è passato a soli 28.600 km dalla superficeterrestre (ben al di sotto della fascia dei satelliti geostazionari)
Asteroide Data Distanza (LD) Diametro
2002 JN 97 2 Agosto 61.4 2.0 km
2001 RZ 11 17 Agosto 34.2 2.2 km
2013 WT 67 17 Agosto 16.1 1.1 km
2013 RZ 53 9 Settembre 1.9 3 m
2002 CE 26 9 Settembre 47.9 1.8 km
2009 RR 16 Settembre 2 34 m
2006 GQ 2 19 Settembre 65.9 1.1 km
1 LD = 384.400 km http://spaceweather.com/
Siamo certi che uno ci colpirà, che fare ?
Cattiva notizia: più sono grandi più sono pericolosi
Cattiva notizia: tutto quello che avete visto nei film NON funziona(non potete piazzarvi sopra un asteroide e fare un buco….)
Due idee:
Aumentare il flusso di radiazione solare riflessa
(dipingerli di bianco)
‘’Spingerli’’ fuori traiettoria
Buona notizia: più sono grandi più sono rari e più tempo avremo
Buona notizia: non dovete deviarli ‘’molto’’ o distruggerlicompletamente, l’importante è non ci colpiscano
Pericoli ‘’astronomici’’ per una civiltà
TerraNEAPHA
E’ certo che la vita sulla Terra, nel suoinsieme, è stata capace di superare, forsepiù volte, gli effetti dovuti a alla caduta digrandi asteroidi
L’umanità sembrerebbe ‘’pronta’’ per poter sopravvivere all’impatto sullaTerra di un grande (D > 10 km) corpo proveniente dallo spazio Conoscenza anticipata dell’evento Possibilità di deviare la traiettoria del corpo
Per la sopravvivenza di una singola specie (per esempio NOI) è tuttaviaun pericolo da tenere in considerazione
Impatto di asteroidi
Potrebbe però verificarsi un aumento degli oggetti ‘’in ingresso’’ dallanube di Oort a causa di una passaggio ravvicinato di una stella
Sole
Mercurio
Venere
Terra Marte
Tra circa 5 109 anni il Sole si evolverà in “Gigante Rossa”
La temperatura sulla Terra diventerà troppo elevata e la fascia di abitabilità si sposterà verso le regioni più esterne del Sistema Solare Il Sole tra
5 miliardi di anni Nota: l’espansione del
Sole avverrà in due fasi distinte, alla fine della seconda il suo raggio sarà di circa 172·106 km, ma poiché avrà perso il 30% della sua massa iniziale l’orbita della Terra avrà un raggio di 220·106 km
L’evoluzione del Sole
Nota: la collisione tra due galassie nonporta alla distruzione di stelle, alcontrario si osserva un aumento neltasso di formazione stellare; sono isistemi planetari, non le stelle, chepossono risultare distrutti
Può essere causato dal passaggio ravvicinatodi due stelle; nella nostra posizione nellaGalassia si stima possa accadere in 1015 anni
Per molti sistemi planetari dellaGalassia questo tempo risulteràdecisamente più breve, a causadella collisione con la galassia diAndromeda che avrà luogo tracirca 4.5 · 109 anni
Distacco di un pianeta dalla sua stella
La posizione del Sole nella Galassia
Le regioni centrali di una galassia a spirale sono molto ricche distelle, quindi di elementi pesanti, ma sono anche “pericolose”(Supernovae, interazioni tra stelle)
Localizzazione degli “elementi pesanti” e rischio Supernova
Le regioni esternesono troppo povere dielementi pesanti
Le regioni intermediesembrano offrire lemigliori condizioni
Il Sole dista circa 30.000anni luce dal centro della“Via Lattea”; è la regionepiù adatta per l’esistenzadi pianeti abitabili
Pericoli ‘’interni’’ per una civiltà (umana)Il progresso tecnologico ha favorito un deciso miglioramento (nonuniformemente distribuito) di vari aspetti della vita umana: Aumento della durata della vita (triplicata nell’ultimo millennio) Miglioramento della qualità complessiva della vita
Diverse sono le ‘’ricette’’ che i varigoverni adottano a fronte delleevidenze scientifiche sui problemilegati allo sviluppo
Vanno inoltre considerati gli effettidovuti alle instabilità politiche, la cuicausa sta anche distribuzione ancoratroppo disuniforme della ricchezza edelle risorse
Ma un progresso illimitato è possibile e/o sostenibile ?
Aumento della popolazione mondiale Eccessivo sfruttamento delle risorse Aumento dell’inquinamento / Riscaldamento globale
Estinzioni nell’era moderna (Antropocene)
La possibilità che la vita sulla Terra stia sperimentando un’estinzione dimassa è un tema molto dibattuto nel mondo scientifico, le cause diquesta estinzione sarebbero la presenza e l’attività umana
L’influenza dell’uomo sul clima è cominciata 10.000 anni fa, con lanascita dell’agricoltura nell’attuale Iraq
Da allora le attività umane hanno avuto come risultato l’immissione inatmosfera di sempre maggiori quantità di gas serra
Nell’ultimo secolo per uccelli e mammiferi si stima un numero diestinzioni pari a 1/100 delle specie esistenti, contro valori massimidell’ordine di 1/10.000 per le epoche lontane dalle estinzioni di massa
La vendetta di Gaia – è stata avanzata l’ipotesi che la Terra è unsistema (Gaia) che si comporta come un essere cosciente,autoregolandosi per consentire le condizioni di vita migliori; realizzatal’impossibilità di riparare i danni provocati dall’uomo Gaia ha lanecessità di eliminarlo
Esistono altri Sistemi Solari e altri pianeti abitati ?
E’ un’idea che ha profonde radici nel pensiero scientifico e filosofico
Le prime intuizioni sulla “pluralità dei mondi”, e sull’esistenza di vitaintelligente su altre “terre”, risalgono alla civiltà ellenistica(Aristarco, Democrito, Epicuro: “Esistono infiniti mondi sia uguali che diversidal nostro. Dobbiamo credere che in tutti questi mondi esistono creature viventi e
piante e le tante altre cose che vediamo in questo mondo” )
Ma Aristotele disse: “Non può esistere che un solo mondo”
Oggi sappiamo che la Via Lattea contiene circa 200 miliardi di stelle e chenell’Universo esistono almeno 100 miliardi di galassie
Nel 1584 Giordano Bruno sfida le concezioni filosofiche e religiosedell’epoca riproponendo l’idea di altri pianeti abitati (“Esistonoinnumerevoli soli e innumerevoli terre in orbita intorno ai loro soli […] Vediamo solo lestelle perché sono i corpi più grandi e sono luminosi, mentre i loro pianeti rimangonoinvisibili perché sono più piccoli e non luminosi. Gli altri mondi nell’Universo non sono népeggiori né meno abitati della nostra Terra’’)
I pianeti extrasolari
1995 .......... 51 Pegasi b (metodo delle RV)
1999 .......... HD 209458 (metodo dei transiti)
Luglio 2014 .......... 1811 pianeti extrasolari noti (vari metodi)
1126 sistemi planetari (466 sistemi multipli)
aminimo = 0.006 UA amassimo > 115 UA
Pminimo = 0.24 giorni Pmassimo > 875 anni
Mminima < MTerra
Rminimo < RTerra
Scoperte ‘’inaspettate’’:1. Hot Jupiters2. Elevata metallicità delle stelle con pianeti3. Sistemi multipli con orbite eccentriche4. Pianeti in orbita intorno a binarie5. Orbite retrograde
Massa e “stabilità” del Sole
Massa del Sole: 1.99 · 1030 kg
0.08 · MSole < Massa delle stelle < 100 · MSole
Per lo sviluppo della vita su un pianeta è essenziale che il flusso diradiazione incidente (= temperatura) sia “costante”, ovvero che lastella attorno a cui orbita il pianeta sia “stabile”
L
nucleo
Il Sole produce energia nel nucleo conreazioni di “fusione nucleare”: l’Idrogenosi trasforma in Elio
Questa “fase evolutiva” del Sole ha unadurata di 10 miliardi di anni
Le stelle con M > 2.5 · MSole si evolvonotroppo rapidamente
Se M = 2.5 · MSole l’idrogeno nel nucleo siesaurisce dopo 1 miliardo di anni
HR 8799HR 8799 eM = 9·MGiove
P = 49 annia = 14.5 U.A.
HR 8799 dM = 10 ·MGiove
P = 100 annia = 24 U.A.
HR 8799 cM = 10 ·MGiove
P = 189 annia = 38 U.A.
HR 8799 bM = 7·MGiove
P = 465 annia = 68 U.A.
Immagine ottenuta con il telescopio Keck
Kepler 22 bPrimo pianeta di tipo terrestrein orbita intorno ad una stelladi tipo solare all’interno dellafascia di abitabilità
RKepler 22b = 2.4 RTerra
PKepler 22b = 290 giorni
MKepler 22b = 35 MTerra
Kepler 62 Sistema di cinque pianeti, duedei quali all’interno della fasciadi abitabilità, attorno a unastella di tipo K2 V
RKepler 62f = 1.4 RTerra
PKepler 62f = 267 giorniMKepler 62f = 35 MTerra
RKepler 62e = 1.6 RTerra
PKepler 62f = 122 giorniMKepler 62f = 36 MTerra
Kepler 186 Sistema di cinque pianeti,attorno a una stella di tipo M1V
PKepler 186a = 4 gPKepler 186b = 7 gPKepler 186c = 13 gPKepler 186d = 22 gPKepler 186f = 130 g
Stime “ottimistiche”: 1000 Dmedia 2.200 a.l.
Problema della “distanza”
Problema della “contemporaneità”
Quante civiltà “evolute” in una galassia ?
Stime “pessimistiche”: 1
L’equazione di Drake
N = numero di civiltà in grado di comunicare in una galassia; S = numero totale di stelle nella galassia;fs = frazione di stelle con sistemi planetari; n = numero medio di pianeti adatti per lo sviluppo dellavita; fn = frazione di pianeti abitabili su cui la vita effettivamente si sviluppa; fi = probabilità chel’evoluzione produca civiltà ‘’evolute’’; fc = frazione delle civiltà evolute che cercano (o sono in grado) dicomunicare; L = intervallo di tempo durante il quale una civiltà è in grado di comunicare
N = S fs n fn fi fc L
fifcL
Darwin
Sarà costituito da una flotta di
5-8 navette in “constellation
flight”:
- 3-6 telescopi IR da 3-4m
- 1 telescopio collettore (HUB)
- 1 navetta di comunicazione
Come potere risolutivo sarà equivalente a untelescopio con diametro di alcune centinaia dimetri
Potrà fornire immagini di sistemi planetari edanalizzare la luce dei pianeti
E’ una missione finanziata (?) dall’ESA
Simulazione di un’immagine Darwin
La luce proveniente dal Sole è soppressasfruttando l’interferenza distruttiva
Venere, la Terra e Marte visti da 30 anni luce
Terra
Venere
Marte
Darwin potrà ottenere gli spettri della luceriflessa dai pianeti
La presenza simultanea di H2O, O3 eCO2 è ritenuta una chiara evidenzadella presenza di processi biologici
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