Figura 2 La crescente scoperta di pianeti extra solari, ci ha incentivato a cercare di determinare in maniera accettabile, seppur con le inevitabili approssimazioni, il clima di un eventuale pianeta in orbita al suo sole. La determinazione esatta della temperatura media di un pianeta è abbastanza complessa, dovendo tener conto dell'eventuale influenza dell'atmosfera, oltre naturalmente della temperatura della stella stessa in relazione alla distanza del pianeta. Come per tutti i problemi complessi, è necessario scomporre tutto in piccoli problemi semplici facili da risolvere. LA LEGGE DI BOLTZMANN cominciamo dunque considerando la quantità di energia emanata dalla stella centrale. Se noi conosciamo la temperatura superficiale della stella e il suo raggio, possiamo ottenere la quantità di Watt/m2 alla distanza di un raggio dal centro della stella, attraverso la legge di Boltzmann: Watt/m2 = σ * T^4 dove σ = costante di Stefan-Boltzmann = 0.000000056704 Il Sole ha una temperatura di ~ 5772° K e un raggio di 695660 Km. Secondo la legge di Boltzmannn il Sole irradia dalla sua superficie ~ 62930153.52 W/m2. La distanza Terra - Sole, detta anche Unità Astronomica o UA, misura 149597870.7 Km cioè  215.04452 volte il raggio del Sole. Moltiplicando i Watts superficiali per il quadrato del raggio solare espresso in UA, calcoliamo l'energia irradiata dal Sole alla distanza di 1 UA:  62930153.52 * (1 / 215.04452^2) = 1360.82 W/m2 Una volta determinato questo valore, sapendo che l'energia varia col quadrato della distanza, è possibile determinare la quantità di energia a qualunque distanza a noi interessi, dividendo 1360.82 W/m2 per il quadrato della distanza voluta in UA. Per esempio, Venere dista 0.7233391725 UA dal Sole e quindi:  1360.82 / (0.7233391725^2) = 2600.87 W/m2 Determinare la quantità di energia irradiata da una stella dalla distanza data, è solo il primo passo per i nostri calcoli; nessun corpo o superficie è in grado di assorbire il 100% dell'energia che lo investe ed è quindi importante considerare "l'albedo" di un corpo, cioè la percentuale di energia riflessa e quindi non assorbita. Infatti ognuno di noi avrà sperimentato come una superficie nera assorba molto più calore di una superficie bianca, se esposta al sole. L'albedo si  misura con valori da 0 ad 1 dove 0 rappresenta una superficie ideale nera e 1 una superficie totalmente riflettente. Volendo sapere la quantità di energia effettivamente assorbita da una superficie irradiata perpendicolarmente, potremo calcolarla con la formula: Ea = Er * (1 - albedo) dove Ea = Energia effettivamente assorbita e Er = Energia ricevuta dal Sole A questo punto, riapplicando la legge di Boltzmann al contrario, otterremo la temperatura che raggiungerà la nostra superficie dopo un adeguato tempo di irradiamento: T = (Ea / σ)^0.25 In questo modo è già possibile calcolare la temperatura massima equatoriale raggiungibile da un pianeta (o satellite) purché privo di atmosfera. Per esempio, se applichiamo questo principio alla Luna dove conosciamo già Er, sapendo che mediamente l'albedo lunare è 0.123 calcoleremo la sua temperatura massima così: Ea =  1360.82 * (1 - 0.123) = 1193.44 W/m2 T = (1193.44 / 0.000000056704)^0.25 = 380.9° K ovvero +107.7° C   Volendo considerare l'intero pianeta, dobbiamo tenere conto che una sfera ha una superficie quattro volte superiore all'area del cerchio in cui è inscritta e quindi Ea andrà divisa per quattro: Ea =  (1360.82 * (1 - 0.123)) / 4 = 298.36 W/m2 T = (298.36 / 0.000000056704)^0.25 = 269.3° K ovvero -3.8° C   Conoscere l'albedo di un pianeta extra solare attualmente è ancora impossibile. Le tecniche che attualmente ci consentono di scoprire pianeti intorno ad altre stelle sono tutte basate su metodi indiretti,  vista l'attuale impossibilità di osservare questi pianeti direttamente in quanto "affogati" nella luce della stella centrale, milioni di volte più luminosa. Possiamo lo stesso ipotizzare dei valori di albedo verosimili utilizzando gli esempi che troviamo nel nostro sistema solare. Nel nostro sistema solare infatti troviamo già una vasta tipologia di pianeti che converrà prendere come termine di paragone per ipotizzare le condizioni di un eventuale pianeta extra solare di cui conosciamo almeno massa, diametro, densità e dati orbitali. Alcuni esempi di albedo L'INFLUENZA DI UN'EVENTUALE ATMOSFERA Sebbene con il procedimento appena descritto siamo già in grado di calcolare la temperatura di qualunque asteroide o pianeta privo di atmosfera, la presenza di quest'ultima introduce delle variazioni anche notevoli al quadro termico di un pianeta. Generalmente un'atmosfera tende a ridurre le differenze termiche tra zone illuminate e zone in ombra così come tra l'equatore e i poli. Oltre a ciò, l'atmosfera tende a trattenere il calore riemesso dal pianeta stesso nell'infrarosso, che è una particolare “frequenza” della luce a cui molti gas non sono trasparenti e che quindi trattengono accumulando calore. Questo accumulo di calore, noto anche come “effetto serra”, può innalzare anche notevolmente la temperatura media oltre che appiattire notevolmente le escursioni termiche. La Terra, per esempio, ha un albedo medio di 0.29 , quindi se non tenessimo conto dell'atmosfera otterremo il seguente risultato: Ea =  (1360.82 * (1 - 0.29)) / 4 = 241.55 W/m2 T = ( 241.55 / 0.000000056704)^0.25 = 255.5° K ovvero -17.7° C   In realtà, la temperatura media della Terra è +15° C cioè 32.7° C più alta del suo valore teorico! Per raggiungere questa temperatura occorrono 390.92 W/m2 ovvero 1.6184072 volte il valore teorico. Quindi, tenendo conto del fattore “effetto serra”, siamo in grado di calcolare la temperatura media corretta anche in presenza di un'atmosfera: Ea =  ((1360.82 * (1 - 0.29)) / 4) * 1.6184072 = 390.92 W/m2 T = ( 390.92 / 0.000000056704)^0.25 = 288.1° K ovvero +15.0° C   Ipotizziamo di spostare la Terra nell'orbita di Venere: Ea =  ((2600.87 * (1 - 0.29)) / 4) * 1.6184072 = 747.14 W/m2 T = ( 747.14 / 0.000000056704)^0.25 = 338.8° K ovvero +65.7° C   È facilmente immaginabile che a quella temperatura, grandi quantità di vapor d'acqua ed altri “gas serra” andrebbero ad ispessire l'atmosfera aumentando l'effetto serra stesso; questo genererebbe un effetto a catena che porterebbe alla totale evaporazione degli oceani creando così un'atmosfera densissima e caldissima, praticamente un gemello di Venere! Il pianeta Venere ha un albedo di 0.75, quindi se non tenessimo conto dell'effetto serra, otterremo la seguente temperatura media: Ea =  (2600.87 * (1 - 0.75)) / 4 = 162.55 W/m2 T = (162.55 / 0.000000056704)^0.25 = 231.4° K ovvero -41.8° C   Stando a quanto sopra ci aspetteremmo che Venere fosse un pianeta ghiacciato, invece la sua atmosfera densissima (92 atm di pressione al suolo) fa si che la temperatura sia di circa 464° C costanti su tutto il globo! Per raggiungere quella temperatura occorrono in realtà 16743.15 W/m2 ovvero 103.00044381 volte il valore reale assorbito. Ecco allora il calcolo corretto per Venere: Ea =  ((2600.87 * (1 - 0.75)) / 4) * 103.00044381 = 16743.15 W/m2 T = ( 16743.15 / 0.000000056704)^0.25 = 737.1° K ovvero +464.0° C Inoltre, se un pianeta con un effetto serra ai livelli di Venere fosse posto nell'orbita della Terra, la situazione non migliorerebbe in modo significativo:   Ea =  ((1360.82 * (1 - 0.75)) / 4) * 103.00044381 = 8409.93 W/m2 T = ( 8409.93 / 0.000000056704)^0.25 = 620.6° K ovvero +347.4° C Se volessimo porre Venere alla distanza giusta per avere una temperatura media di 15° C come la Terra, dovremmo allontanarlo sino all'orbita di Giove. Alla luce di ciò, è chiaro quanto sia dispersivo parlare di “zona abitabile” in termini assoluti; ogni tipologia di pianeta produce una sua zona di abitabilità in relazione al suo albedo e alla capacità della sua atmosfera di trattenere ed accumulare il calore. Ecco una tabella che riassume la quantità di effetto serra per i vari corpi del sistema solare dotati di atmosfera, tenendo conto che i pianeti gassosi celano le loro vera superficie liquida sotto pesantissimi strati di gas e aerosol sempre più caldi e densi man mano che si scende di quota. Per questo motivo, si fa riferimento alla quota in cui la pressione è di 1 atm. Purtroppo attualmente le indagini spettrali non forniscono ancora informazioni sufficientemente attendibili a determinare la natura dell'eventuale atmosfera, ma anche qui è possibile farsi un idea analizzando la tipologia delle varie atmosfere dei pianeti e delle lune che noi conosciamo. La capacità di un pianeta di trattenere i gas che poi formeranno la sua atmosfera, dipende principalmente da una combinazione di temperatura e gravità superficiale. Tutti i pianeti con una gravità prossima o addirittura superiore a quella terrestre hanno trattenuto un'atmosfera molto densa. Nel caso dei pianeti gassosi, persino l'idrogeno e l'elio sono stati trattenuti. Vorrei anche aggiungere che la Terra ha perso quasi totalmente la sua atmosfera originale a seguito dell'impatto che generò la Luna e che quindi l'atmosfera attuale è probabilmente molto meno densa di quella originale. IL SISTEMA DI KEPLER 452 Il sole che illumina Kepler 452b è in effetti molto simile al nostro sole; ripartiamo quindi con i nostri calcoli seguendo la stessa logica che abbiamo applicato al nostro Sole partendo dal dato che il raggio è 1,11 volte il raggio solare e la temperatura è 5757 °K.    Il raggio della stella Kepler 452 è quindi pari a 772.182,6 km ovvero 193,7338 volte più piccolo di una UA. Sulla sua superficie troviamo 62.287.172,07 watt/m2. Calcoliamo ora la potenza irradiata alla distanza di una UA: 62.287.172,07 * (1/193.7338^2) = 1659.54 watt/m2 Ma Kepler 452b si trova ad una distanza di 1.046 UA quindi: 1659.54/1.046^2 = 1516.79 w/m2 Questo vuol dire che Kepler 452b riceve circa 11,46% di energia in più rispetto alla Terra. Inoltre vista la sua massa, la gravità superficiale è pari a 1,9 volte di quella terrestre. Con una gravità così elevata è molto facile che abbia conservato un'atmosfera estremamente densa, probabilmente non solo azoto e anidride carbonica, ma anche metano e altri idrocarburi. Proviamo ora a ipotizzare la temperatura media tenendo conto di diversi tipi di effetto serra. Benché poco probabile visto quanto appena spiegato, partiamo con l'ipotizzare la sua temperatura media utilizzando come riferimento i dati di albedo e effetto serra della Terra. Ea =  ((1516.79 * (1 - 0.29)) / 4) * 1.6184072 = 435.72 W/m2 T = ( 435.72 / 0.000000056704)^0.25 = 296.1° K ovvero +22.9° C Come si può notare già così la temperatura sarebbe di 8 gradi più alta che sulla Terra, cosa peraltro non totalmente indolore a livello climatico. Sulla Terra una temperatura simile provocherebbe il rilascio di enormi quantità di metano che attualmente giacciono nei fondali oceanici sotto forma di ghiaccio di idrato di metano. Tale rilascio causerebbe un ulteriore innalzamento della temperatura tra i 15 e i 20 gradi che porrebbero a grave rischio la stabilità dell'acqua liquida. Ma come dicevamo precedentemente, è più facile aspettarsi che Kepler 452b possieda un'atmosfera molto densa e molto più ricca di gas serra, più o meno sul tipo di Venere. Prima di concludere usando Venere come riferimento, proviamo a considerare una media dei pianeti gassosi cioè un albedo di 0.33 e un effetto serra di ~5: Ea =  ((1516.79 * (1 - 0.33)) / 4) * 5 = 1270.31 W/m2 T = ( 1270.31 / 0.000000056704)^0.25 = 386.9° K ovvero +113.7° C Come si può notare, siamo già oltre il punto di ebollizione dell'acqua, quindi ben oltre il punto in cui l'effetto serra sfugge verso valori tali da produrre un ambiente di tipo venusiano. A questo punto, calcoliamo la temperatura media che avrebbe Venere se posto nelle stesse condizioni: Ea =  ((1516.79 * (1 - 0.75)) / 4) * 103.00044381 = 9764.35 W/m2 T = ( 9764.35 / 0.000000056704)^0.25 = 644.2° K ovvero +371.0° C Considerando che Kepler 452b ha una massa ~5 volte quella terrestre e un diametro di 1.63 volte, la sua densità è ~ 6.4 g/cm3 contro una densità media della Terra di 5.514 g/cm3. Questo fa di Kepler 452b un pianeta decisamente “roccioso”, ma l'elevata gravità superficiale (1.9 g) deve aver sicuramente determinato lo sviluppo di un'atmosfera molto densa probabilmente di tipo venusiano, con in più probabilmente la presenza di metano e altri idrocarburi. In tali condizioni la temperatura potrebbe aggirarsi intorno a +371° C a causa di ciò che normalmente si definisce “Runaway greenhouse effect” (Effetto serra fuori controllo). 8 agosto 2015 - Marco De Marco Per farci un’idea di cosa sia l’albedo di un corpo celeste, possiamo osservare la differenza tra i livelli di luminosità tra la Terra e la Luna. Questa rappresentazione artistica di Kepler 452b ha fatto il giro del mondo. Un’altra rappresentazione artistica di Kepler 452b Per l’ennesima volta abbiamo assistito ad un classico offerto dai mass media d’Italia e del mondo intero: la spettacolarizzazione di una scoperta spettacolare. Alla base di questo malcostume mediatico ci sono varie ragioni; tuttavia è più probabile che la necessità di attrarre lettori e incanalare clienti ai numerosi sponsor pubblicitari sia il fattore più incisivo. Dopotutto, qualcuno potrebbe ritenere che gonfiare le notizie, specie quelle più “sterili” e meno gossip, non causerà niente di male. E’ solo un modo come un altro di fare giornalismo. Ma quale effetto ha sul lettore ricevere notizie cariche di entusiasmi e aspettative le quali verranno poi - e quasi sempre - ridimensionate e sgonfiate? Forse creare false aspettative su qualcosa che è, di fatto, meno di un punto luminoso nella distesa dello Spazio ci permette di sparare elucubrazioni d’ogni genere, indimostrabili, per cui “tutto è possibile”... E allora ci domandiamo: che differenza passa fra chi ricorre alla spettacolarizzazione di una scoperta e chi vede faccine e piramidi ovunque in pianeti e lune? La realtà è che esiste una sostanziale differenza fra rendere attraente la scienza e le relative scoperte, anche utilizzando la tecnologia e gli effetti, per aiutare a capire il valore di ciò che si trasmette, e il gonfiare le notizie aggiungendo inesattezze, cose non dette e simili solo per catalizzare indebitamente l’interesse verso chicchessia.... Oppure, non sarà che si esagera per ottenere forse l’attenzione delle istituzioni per ottenere fondi per la ricerca? Perchè, sfortunatamente, sembra proprio che negli ultimi anni la “crisi” economica mondiale è diventata lo spauracchio di tutti, specialmente per l’industia aerospaziale e ciò che in essa vive... Dobbiamo allora concludere che il lavoro che viene svolto nell’ambito della ricerca di esopianeti sia da gettare via? No! Grazie al duro lavoro compiuto da molti scienziati, oggi abbiamo la certezza assoluta che praticamente tutte le stelle hanno almeno un pianeta che gli orbita attorno, non importa di che taglia e con quali proprie caratteristiche. Ne consegue che è altamente probabile che esistano pianeti di taglia terrestre, orbitanti attorno a stelle del tutto simili al nostro sole, con caratteristiche simili al nostro pianeta.... Col tempo, raffinando gli strumenti e le tecniche se ne scopriranno sempre più e sempre più vicini al tanto desiderato target “simile alla Terra”.... Naturalmente sappiamo che la spettacolarizzazione della scienza non cesserà e continueremo a vedere il gossip spaziale. Vuol dire che ci inventeremo una nuova figura di debunker... Visto che ce ne sono fin troppi che vanno a caccia di bufale spaziali fra ragni, facce, statuine, templi e ciarpame vario (ergo come giocare a dadi truccati e indovinare sempre il numero), noi qualche volta potremo magari riservare un po’ di tempo per sbufalare il gossip mediatico.... E....visto che Kepler 452b molto probabilmente è un pianeta le cui caratteristiche dovrebbero avvicinarsi (in base alle ultime stime) a una “super-Terra-super- Venere”, siamo spiacenti di annunciare che.............. SUL PIANETA B NON INCONTREREMO ET        © 2004 - 2016 Pianeta Marte.net - All right reserved