Nuovi strumenti sono stati già montati e funzionanti sui più grandi telescopi terrestri e molti stanno per venire sistemati con l'obiettivo di studiare i pianeti extrasolari.

1. NUOVI STRUMENTI
PER LO STUDIO DEI
PIANETI EXTRASOLARI

2. Dalla scoperta del primo pianeta extrasolare 51 Pegasi b da parte di Michel Mayor e Didler Queloz
nel 1995, enormi sono stati i progressi compiuti nella rilevazione e caratterizzazione dei pianeti
extrasolari, oltre che nella comprensione della formazione ed evoluzione di sistemi planetari e delle
atmosfere planetarie.
NUOVI STRUMENTI
Il numero dei pianeti scoperti negli
ultimi anni è aumentato in modo
considerevole.
Attualmente, uno dei temi tra i più
affascinanti della ricerca dei
pianeti extrasolari è l’individuazione
e la caratterizzazione di pianeti di
piccola massa.

3. NUOVI STRUMENTI
HARPS montato al telescopio di 3,6 metri all’ESO e HARPS-N montato al TNG svolgono un ruolo
fondamentale nel caratterizzare nuovi pianeti (e quindi nel definire massa e dimensioni) grazie
all’alta precisione nella misura delle velocità radiali delle stelle, che raggiunge valori del metro al
secondo.
Mentre HARPS osserva l’emisfero sud
del cielo, HARPS-N va a caccia di
pianeti nell’emisfero nord.
I due strumenti coprono l’intero cielo
alla ricerca di esopianeti attorno a
stelle simili al Sole.

4. ESPRESSO Echelle SPectrograph for Rochy Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations è
uno spettrografo di nuova generazione per il VLT-Very Large Telescope dell’ESO-European
Southern Observatory in Cile.
ESPRESSO
L’obiettivo di ESPRESSO sarà la ricerca di
pianeti extrasolari rocciosi nella zona
abitabile delle stelle.
Oltre a questo, lo strumento permetterà di
studiare le abbondanze delle stelle nelle
galassie vicine, di fare spettroscopia extra
galattica, di compiere osservazioni di
quasar lontani e di fare studi cosmologici.
Sito web dell’ESO: https://www.eso.org/sci/facilities/develop/instruments/espresso.html (in inglese)

5. Con ESPRESSO, che osserverà nella regione del visibile (3500-7200 Ångström), si potrà misurare la
velocità radiale delle stelle con una precisione molto migliore, fino a dieci centimetri al secondo.
Il principale obiettivo sarà quello di arrivare ad un livello di precisione intorno al centimetro al
secondo, che equivale ad individuare pianeti delle dimensioni di Mercurio o Venere attorno a stelle
di tipo solare.
ESPRESSO

6. SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast
Exoplanet REsearch
Riuscire a catturare l’immagine di un moscerino di passaggio vicino a un potente faro posto a
qualche chilometro di distanza è possibile. Il primo pass da compiere è riuscire a eliminare
dall’immagine la luce accecante del faro, il secondo è ottenere un contrasto così alto da riuscire a
rilevare il moscerino.
In questo modo gli astronomi ottengono delle immagini dirette dei pianeti in orbita attorno a stelle
diverse dal nostro Sole.
Sono migliaia gli esopianeti rilevati fino a oggi, ma a parte una manciata di casa, sempre con
metodi indiretti, misurando cioè gli effetti che la loro presenza ha sulla luminosità e sul moto delle
stelle ospiti. Infatti le stelle attorno alle quali nascono ed evolvono i sistemi planetari sono
immensamente più luminose dei piccoli pianeti che orbitano attorno, per cui, fino ad oggi la
tecnologia non permetteva osservazioni dirette se non in pochi fortunati casi.

7. SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast
Exoplanet REsearch
Con SPHERE-Spectra-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch la rilevazione sarà in modo diretto
e si potrà raccogliere la luce proveniente dal pianeta stesso e risolta da quella della sua stella.
SPHERE è montato nell’unità 3 del VLT- Very Large Telescope, dell’ESO all’Osservatorio del Paranal, in
Cile.

8. SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast
Exoplanet REsearch
SPHERE è uno strumento altamente complesso che combina tre tecniche molto sofisticate:
1. La cosiddetta Ottica Adattiva, per correggere i disturbi dovuti all’atmosfera terrestre e allo
strumento, in grado di ottenere performance migliori da quelle raggiungibili persino dallo spazio.
SPHERE utilizza Ottiche Adattive estreme per risolvere angolarmente il lampione dalla falena.
In altre parole, SPHERE sarà in grado di isolare la luce proveniente dal pianeta annullando quella
della stella e ottenerne una vera e propria immagine diretta del pianeta.
2. La coronografia, utilizzata per sopprimere la luce
di sorgenti brillanti in modo da lasciar emergere ciò
che c’è nelle loro immediate vicinanze. In SPHERE
è necessaria per togliere la luce abbacinante del
lampione.
3. Tecniche di sottrazione di immagine a
particolari lunghezze d’onda per aumentare il
contrasto laddove la falena emette con
maggiore intensità. Queste tecniche permettono
anche la rimozione di ulteriori residui dovuti alla
turbolenza atmosferica.

9. SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast
Exoplanet REsearch
Sono 260 le notti di tempo garantito che il consorzio di SPHERE ha deciso di usare per un unico
grande lavoro di survey.
SPHERE permetterà di rivelare e caratterizzare
una ventina di pianeti, più che raddoppiando
quanti già noti da immagini diretti, e
permettendo per la prima volta di esplorare in
modo sistematico le regione esterne dei sistemi
planetari, che sono importanti per capire
come essi si formino.
Metaforicamente si potrebbe dire che la sfida
con SPHERE sarà quella di riuscire a rilevare,
stando a Roma, una falena in volo attorno ad
un lampione di Milano!
Sito web di ESO dedicato a SPHERE - https://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/sphere.html (in
inglese)

10. SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast
Exoplanet REsearch
Due immagini del sistema binario Iota Sgr. La stella principale – una gigante K a 180 anni-luce di distanza dal Sole
facilmente visibile ad occhio nudo – è al centro del campo di vista in entrambe le immagini ma la sua luce è stata
quasi completamente eliminata usando le speciali tecniche di sottrazione disponibili con SPHERE, anche se un
residuo è ancora visibile nell’immagine di destra. In entrambe le immagini si vede chiaramente la debole
compagna, una stella nana M mai osservata sinora, quattromila volte più debole della stella principale. La
separazione tra le due stelle è solo 0.24 arcsec, corrispondente a dodici volte la distanza tra la Terra e il Sole alla
distanza di Iota Sgr, ma solo 60 centimetri ad una distanza di 500 chilometri (Roma-Milano). In altre parole, è come
se la falena fosse distante 60 centimetri dal lampione.
Immagini così dettagliate ci dicono che, quando SPHERE raggiungerà le sue massime performance, sarà
sicuramente possibile osservare i pianeti extrasolari con un dettaglio mai raggiunto finora.
L’immagine di sinistra (a 1.2micron) è
stata ottenuta con lo spettrografo a
campo integrale, IFS (Integral Field
Spectrometer), uno dei tre strumenti
scientifici che costituiscono SPHERE, di
realizzazione italiana. Quella a destra
è l’immagine simultanea ottenuta con
la camera IRDIS. a 1.6micron. Le
bande scure in prossimità
dell’immagine della nana M sono
artefatti caratteristici delle tecniche
usate per visualizzare il debole
compagno di iota Sgr.

11. EPICS – ExoPlanet Imaging Camera and
Spectrograph
EPICS (Exoplanet Imaging Camera and Spectrograph) è uno strumento progettato per fare immagini
dirette e per caratterizzare i pianeti extrasolari con l’E-ELT (European – Extremely Large Telescope), il
futuro telescopio di 39 metri che sorgerà a Cerro Armazones, Paranal, a oltre 3 000 metri di quota. La
fase d costruzione del più grande telescopio al mondo è iniziata alla fine del 2014; la prima luce dello
strumento è prevista per il 2024.

12. EPICS – ExoPlanet Imaging Camera and
Spectrograph
EPICS è ottimizzato per osservazioni nel visibile e nel vicino infrarosso, nella rilevazione di pianeti di
piccola massa a grandi distanze dalla loro stella, oltre che di giovani pianeti (con un’età dell’ordine
di 10 milioni di anni).
Non solo: permetterà di chiarire se nell’atmosfera di un dato pianeta ci sia la presenza di molecole di
ossigeno.

13. Come si fa a sapere se effettivamente su un pianeta extrasolare si è già sviluppata la vita?
Per comprendere se un pianeta possa ospitare forme di vita occorre poterne studiare l’atmosfera.
Si pensa che l’indicazione fondamentale sia la presenza di molecole di ossigeno O2 che
dovrebbero essere abbondanti nell’atmosfera solo in presenza di fotosintesi clorofilliana. Forme di
vita che non usano la fotosintesi sono naturalmente possibili, ma sembra molto più difficile rivelarne
la presenza.
Nel caso dei pianeti attorno a
stelle simili al Sole che non
appaiono transitare sul disco della
loro stella, perché l’orbita è troppo
inclinata, i dati sull’atmosfera
(essenzialmente spettri) possono
essere ottenuti solo con immagini
dirette.
Si può ragionevolmente sperare
che con EPICS, strumento
progettato per E-ELT, si avranno
spettri che potranno chiarire se
nell’atmosfera di un dato pianeta
ci sia una quantità rilevante di O2 .
EPICS – ExoPlanet Imaging Camera and
Spectrograph
Sito ESO – Lo strumento EPICS - http://www.eso.org/sci/facilities/eelt/instrumentation/ (in inglese)
Sito ESO: E-ELT - https://www.eso.org/public/italy/teles-instr/e-elt/ (in inglese)

14. IL CONTRIBUTO A SPHERE
Il contributo dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) a SPHERE è molteplice.
Capeggiato dall’INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, ha visto l’attiva e preziosa
collaborazione anche degli Osservatorio Astronomici di Catania e Capodimonte, e dell’Istituto di
Astrofisica Spaziale e Fisica cosmica (INAF-IASF) di Milano.
La partecipazione di INAF al top management di SPHERE è stata garantita da Massimo Turatto nel
suo ruolo di Co-I di SPHERE coadiuvato in questo da Riccardo Claudi (PM del contributo INAF).
Un primo gruppo, coordinato da Andrea Baruffolo, e costituito Daniela Fantinel, Bernardo Salasnich
dell’INAF-Osservatorio di Padova e Pietro Bruno dell’INAF-Osservatorio di Catania si è occupato
dell’implementazione del software di controllo dell’intero strumento.
Un secondo gruppo, coordinato da Riccardo Claudi (INAF-OAPd) e costituito da (in ordine
alfabetico) Umberto Anselmi (INAF-OAPd), Jacopo Antichi (INAF-OAPd), Enrico Cascone (INAF-
OACa), Vincenzo DeCaprio (INAF-OACa), Silvano Desidera (INAF-OAPd), Giancarlo Farisato (INAF-
OAPd), Enrico Giro (INAF-OAPd), Raffaele Gratton (INAF-OAPd), Luigi Lessio (INAF-OAPd), Dino
Mesa (INAF-OAPd), Salvo Scuderi (INAF-OACt), ha progettato e costruito l’IFS, uno dei tre strumenti
scientifici di SPHERE.
La validazione scientifica dello strumento è stata guidata da Raffaele Gratton (INAF-OAPd),
scienziato dello strumento, coadiuvato da Riccardo Claudi, Silvano Desidera, coordinatore della
NIRSUR (NIR Survey), Dino Mesa e Alice Zurlo.

15. GLI ISTITUTI COINVOLTI
1 ESO
2 Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, France
3 Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany
4 Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France
5 Observatoire de Genève, Switzerland
6 Laboratoire Lagrange, Nice, France
7 INAF Istituto Nazionale di Astrofisica, Italy
8 Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique, Paris, France
9 Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Switzerland
10 University of Amsterdam, the Netherlands
11 Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales, Châtillon, France
12 Stichting ASTRonomisch Onderzoek in Nederland, the Netherlands
IL CONTRIBUTO A SPHERE

16. NUOVI STRUMENTI PER LO STUDIO DEI PIANETI EXTRASOLARI
IL TEAM:
GAPS SCIENCE TEAM
SABRINA MASIERO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA E FGG-TELESCOPIO
NAZIONALE GALILEO
CATERINA BOCCATO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA
RICCARDO CLAUDI, INAF- OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA
GLORIA ANDREUZZI, FGG-TELESCOIPIO NAZIONALAE GALILEO E INAF – OSSERVATORIO
ASTRONOMICO DI ROMA
EMILIO MOLINARI (DIRETTORE DEL TNG), FGG – TELESCOPIO NAZIONALE GALILEO E INAF-IAFS,
MILANO

17. Immagini:
diapositiva 1: Rappresentazione artistica di Kepler-186f. Crediti:
http://fc07.deviantart.net/fs71/i/2014/109/8/c/kepler_186f_by_alpha_element-d7f4op3.png
diapositiva 2: Rappresentazione artistica di Tau Boötis Ab. Crediti: NASA/G. Bacon (STScI/AVL) -
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2001/38/image/a/
diapositiva 3: HARPS-N montato al Telescopio Nazionale Galileo (TNG). Crediti: FGG/TNG
diapositiva 4: una rappresentazione grafica di ESPRESSO. Crediti: ESA.
diapositiva 5: una rappresentazione artistica di un pianeta extrasolare. Crediti:
diapositiva 6: una rappresentazione artistica di un sistema planetario. Fonte NATURE,
http://www.nature.com/news/specials/exoplanets/index.html
diapositiva 7: Very Large Telescope, Cile. Crediti: ESO
diapositiva 8: Layout dell’intero SPHERE, in trasparenza lo strumento IFS. Crediti: INAF-OAPD
diapositiva 9: SPHERE montato al VLT. Crediti: INAF-OAPD
diapositiva 10: IFS (Integral Field Spectrometer) su SPHERE. Crediti: INAF.
diapositiva 11: Rappresentazione del futuro telescopio E-ELT. Crediti: ESO
diapositiva 12: Rappresentazione artistica di un pianeta abitabile. Fonte: http://media2.s-
nbcnews.com/i/MSNBC/Components/Video/__NEW/nn_11bw_arnd_world_131105.jpg
diapositiva 13: Rappresentazione artistica di un pianeta abitabile. Fonte:
http://i.telegraph.co.uk/multimedia/archive/02127/space_2127323b.jpg