Nell’universo esistono tantissimi pianeti che orbitano attorno a stelle diverse dal nostro Sole. Vengono chiamati esopianeti o pianeti extra-solari. Al 26 luglio 2020 i pianeti extrasolari conosciuti erano 4301 in 3176 sistemi planetari diversi. L’elenco completo di questi pianeti è riportato nella lista dei pianeti extrasolari confermati.
Osservarli non è mai semplice perché sono piccoli, lontani e non emettono luce! Esistono vari metodi per individuali e, tra i più utilizzati, ci sono il metodo dei transiti e il metodo delle velocità radiali. Con questa attività andremo a riprodurre, grazie a un piccolo amico, i due metodi e capiremo insieme come fanno gli astronomi per andare a caccia di esopianeti.
Il primo metodo che andremo a riprodurre è il metodo dei transiti, che si basa sulla misura della luminosità della stella e registra le sue periodiche diminuzioni – quasi impercettibili ma rilevabili dai telescopi moderni – che si hanno quando un pianeta le transita davanti, rispetto a noi che la stiamo guardando.
Il secondo metodo – il metodo delle velocità radiali – utilizza l’effetto Doppler, ovvero il cambiamento di frequenza della radiazione emessa da una sorgente dovuto al fatto che la sorgente è in movimento rispetto all’osservatore. La stella attorno alla quale ruota il pianeta, risente dell’attrazione gravitazionale del pianeta stesso e si sposta un pochino, a seconda di dove si trova il pianeta. Questi spostamenti si riflettono in cambiamenti nella sua velocità radiale (la componente della velocità della stella rivolta nella direzione dell’osservatore) che possono essere rilevati dai telescopi, a Terra o nello spazio. Osservando lo spettro della sorgente, si può notare che le righe si spostano verso il rosso quando la stella si allontana rispetto a noi, e verso il blu quando la stella si avvicina.
Ecco cosa ci serve:
- Ozobot Evo, un piccolo robot dotato di sensori ottici che lo rendono capace di riconoscere i colori e muoversi su superfici, sia fisiche che digitali, seguendo percorsi colorati;
- 3 pennarelli colorati: uno blu, uno rosso e uno nero
- 1 torcia
- 1 cartellone bianco formato A1
- 1 matita
- 1 proiettore
- fogli da stampare
Il metodo dei transiti
Per capire la fisica che sta alla base di questo metodo useremo le potenzialità comunicative del piccolo robot che si trasformerà in un esopianeta, in orbita attorno a una stella al di fuori del nostro Sistema solare. L’osservazione che andremo a fare è qualitativa, non quantitativa: non faremo misure della luminosità, come fanno invece gli astronomi, ma ci limiteremo ad apprezzare la diminuzione della luminosità, che è sufficiente per capire i fondamenti del metodo.
Come prima cosa, prendiamo il cartellone bianco e al centro disegniamo e coloriamo una grande stella: la stella del pianeta Ozobot!
Poi, con i pennarelli messi a disposizione dal kit Ozobot Evo, tracciamo un’orbita attorno alla stella e con il supporto di una torcia simuliamo la luce che proviene dalla stella. Ogni volta che il pianeta (Ozobot), transitando, si metterà tra la luce della stella e il nostro punto di osservazione, creerà delle occultazioni, con conseguenti variazioni di luce che potranno essere rilevate dai ricercatori durante l’applicazione del metodo dei transiti.
Pensate che questo metodo permette anche di stimare le dimensioni del pianeta rispetto alla stella e la geometria della sua orbita. È un metodo semplice ma molto potente!
Il metodo delle velocità radiali
Qui entra in gioco la reciproca attrazione gravitazionale del pianeta e della sua stella. Per mostrare questo metodo Ozobot simulerà i movimenti della stella (e quindi i cambiamenti nel suo spettro) che passano dalla linea rossa a quella blu e viceversa, ogni volta che si avvicina o allontana dal nostro punto di osservazione. I ricercatori registrano queste variazioni ed è così che scoprono la presenza di un pianeta. Quindi non cercano il pianeta ma cercando la variazione di velocità della stella, indotta dal pianeta! Ozobot mostrerà la variazione di colore grazie ai suoi led colorati che cambieranno colorandosi di rosso e blu.
Adesso che abbiamo capito come funzionano i metodi più utilizzati dai ricercatori, diventiamo anche noi cacciatori di pianeti.
Usiamo il primo metodo: il metodo dei transiti.
Proiettate su un telo o su un muro bianco queste immagini e stampate la griglia riportata a destra (cliccate sull’immagine per ingrandirla). Le immagini rappresentano un sistema stellare, dove c’è una stella arancione con un pianeta, piccolo e scuro, che si trova in varie posizioni della sua orbita attorno alla stella. Osservate l’immagine A e la barra a sinistra che indica la luminosità della stella (in pratica, è come se il valore della barra fosse ottenuto con un strumento che sta osservando la stella e ne sta misurando la luminosità): quale numero sta indicando? Il numero 10, che rappresenta la luminosità della stella quando non è oscurata da nessun pianeta: mettete una X nella casella A-10 della griglia. Proseguite in questo modo, per tutte le immagini, fino all’immagine H. Unite tutte le X dalla A alle H per vedere cosa salta fuori. Trovate qui la soluzione.
Usiamo il secondo metodo: il metodo delle velocità radiali.
Come avete fatto per il metodo precedente, proiettate su un telo o su un muro bianco queste immagini e stampate la griglia riportata a destra (cliccate sull’immagine per ingrandirla). In questo caso vedete l’orbita del pianeta attorno alla sua stella e il pianeta in diverse posizioni a seconda dell’immagine. Adesso osservate l’immagine A. La stella, rispetto al righello riportato sotto, in che posizione si trova? Si trova in corrispondenza allo 0. Quindi, mettete una X nella casella A-0 della griglia. Proseguite in questo modo fino all’immagine I. Unite tutte le X dalla A alla I, indicando di volta in volta dove si trova la stella rispetto al righello. Trovate qui la soluzione.
Nella realtà, questo è ciò che osservano e studiano i ricercatori… come vedete non è molto diverso da quello che avete ottenuto voi! Se non ci fosse stato un pianeta attorno a quella stella che si stava osservando, il segnale non avrebbe prodotto alcuna curva.
Guarda il video di Laura Leonardi su Media Inaf Tv:
Attività a cura di Laura Leonardi e Serena Benatti, dell’Inaf Osservatorio Astronomico di Palermo.
