Con - Scientia. Kepler, gli esopianeti e la creatività della scienza

Ecco come materie che possono sembrare “grigie” sono invece ricche di soluzioni sorprendenti

Sebbene siano non di rado viste dai più come asettiche e grigie, a mio parere le ricerche scientifiche sono da annoverare tra le attività umane più creative in assoluto, in quanto per giungere ad un determinato risultato c’è bisogno di analizzare i dati e trovare connessioni tra loro poco evidenti ad un esaminatore poco attento. E prima ancora è necessario immaginare e progettare l’esperimento in grado di mettere in luce ciò che manca ancora alla conoscenza.

Tutti i grandi scienziati ed inventori sono stati grandi visionari, a partire da Leonardo fino ad Einstein. Del primo ricordiamo i tanti progetti fantascientifici per la sua epoca e mai davvero realizzati; del secondo è giusto dire che descrivere un universo fatto non di tre, ma di quattro dimensioni è sì stato possibile grazie alla matematica, ma senza la sua capacità mai sarebbe stato concepibile (per non parlare dei padri della meccanica quantistica).

A leggere i resoconti scientifici contemporanei sembrerebbe, però, che quello spirito si sia perso e che fare il ricercatore oggi sia come essere impiegato in un qualsiasi ufficio: lavorare al computer utilizzando un programma apposito per leggere ed analizzare dati. Ma, anche se è vero che l’introduzione dell’informatica ha notevolmente ridotto l’intervento umano finale, ciò non significa che tutto sia diventato routine, ed anzi l’inventiva è sempre alla base di ogni buona scoperta scientifica.

Ne è un esempio l’immagine mostrata qui http://goo.gl/kx8KZ nella quale, grazie a delle procedure matematico-informatiche ideate ad hoc dal ricercatore Aaron Kiely, è stato possibile far risaltare in maniera totalmente inverosimile il cielo stellato e la Via Lattea sulle luci di Los Angeles.

Andando più a fondo voglio parlarvi del percorso che ha portato alla realizzazione del telescopio spaziale Kepler, dedito alla ricerca di pianeti extrasolari simili alla Terra e che, in orbita ormai dal 2009, ha permesso di cambiare in modo radicale il punto di vista sull’argomento. Alla data del lancio di Kepler pochi erano i sistemi planetari conosciuti al di fuori del nostro e si pensava che questi fossero davvero un’eccezione: le osservazioni di Kepler hanno invece dimostrato il contrario e sembra ormai poco probabile che una stella non formi una sistema planetario proprio.

Ma per arrivare fin qui ci sono voluti venti anni di richieste di finanziamenti alla NASA, che, dal canto suo, ha sempre rigettato il progetto, indicandone le pecche, fornendo in questo modo agli ideatori una solida base per migliorarsi di volta in volta: perché per fare scienza di altissimo livello nel XXI secolo c’è bisogno di sognare, ma serve anche adattare i propri sogni alle difficoltà sperimentali.

Il sogno di Kepler nasce nel 1984 quando a William Borucki ed Audrey Summers viene l’idea di poter individuare dei pianeti extrasolari con caratteristiche simili alla Terra (e quindi potenzialmente capaci di ospitare forme di vita) tramite la tecnica del transito: il problema è che per individuare un pianeta gemello della Terra orbitante intorno ad una stella gemella del Sole è necessario disporre di uno strumento capace di apprezzare un cambiamento di luminosità della stella pari a 84 parti per milione (ppm).

Poiché un fotometro di tale accuratezza non esisteva all’epoca, i due si mettono all’opera per realizzarlo e nel 1992 per la prima volta propongono il loro progetto (allora denominato FRESIP, Frequency of Earth-Size Inner Planets) ad un bando NASA per nuove missioni: come spesso accade questo primo tentativo fallisce perché, sebbene gli obiettivi scientifici siano giudicati di elevato interesse, la tecnologia non è ancora pronta per lo scopo.

Nel 1994 i due ci riprovano, proponendo un’orbita lagrangiana, ovvero una posizione particolare tra Terra e Sole per diminuire l’instabilità gravitazionale: proprio i costi relativi all’inserzione in quest’orbita, però, fanno sì che la NASA bocci nuovamente il progetto.

Come detto prima la NASA ha sempre motivato ogni bocciatura e Borucki e Summers hanno sfruttato quelle motivazioni per migliorare il loro progetto: così nel 1996 la nuova proposta prevedeva una nuova orbita, eliocentrica, capace di abbattere notevolmente i costi e per la prima volta appare il nome Kepler al posto dell’asettico FRESIP.

Inoltre l’anno prima Borucki e Summers avevano pubblicato la messa a punto di un sistema CCD al Lick Observatory capace di raggiungere l’accuratezza necessaria per rilevare pianeti simili alla Terra tramite la tecnica del transito.

Ma ciò in cui ancora peccava il progetto era la capacità di automazione indispensabile per monitorare una gran quantità di stelle contemporaneamente. Fino ad allora la fotometria era fatta essenzialmente a mano, analizzando una ad una le varie stelle in esame: ciò rendeva ovviamente impensabile l’analisi sistematica di una porzione di cielo per aumentare le probabilità di trovare pianeti simili alla Terra orbitanti attorno ad altre stelle.

Come prima i due ideatori di Kepler non si fanno scoraggiare e trovano il modo di automatizzare il processo di analisi per il CCD del Lick Observatory, pubblicando i loro nuovi risultati e preparandosi per la nuova opportunità del 1998. A questo punto tutto sembrava pronto ed altri ostacoli non parevano esserci. Ma prima di finanziare una missione la NASA fa sempre in modo di accertarsi che non ci siano impedimenti che in fase di misura facciano mancare l’obiettivo scientifico e così un'altra pecca fu trovata al progetto: le capacità dello strumento erano state testate sulla Terra, ma non in orbita, dove piccole vibrazioni possono causare la totale perdita di informazione scientifica.

Questa volta il team di Kepler, non potendo testare le migliorie da apportare sullo strumento del Lick Observatory (l’atmosfera terrestre è di per sé troppo turbolenta per simulare misure prese nello spazio), dovette inventarsi un sistema di laboratorio per simulare le osservazioni in orbita, riuscendo a dimostrare che il fotometro di Kepler sarebbe stato capace di fare ciò che i suoi ideatori avevano promesso, senza causare sperpero di denaro pubblico.

La proposta fu presentata quindi nel 2001 e questa volta davvero non ci furono appunti da parte della NASA, che approvò Kepler tra le missioni Discovery, programmando il lancio nel 2009.

Dalla data del lancio i dati della missione sono stati utilizzati per identificare con certezza 74 esopianeti e più di duemila candidati. Visto che secondo lo standard di Kepler un candidato acquisisce lo status di esopianeta al terzo transito misurato, un esopianeta simile alla Terra sarebbe individuabile come tale solo dopo tre anni di osservazione e questo è proprio quello che sta accadendo, con le osservazioni dei primi pianeti di dimensioni simili alla Terra orbitanti nelle fasce abitabili delle stelle osservate.

Purtroppo, nonostante recentemente la missione sia stata estesa fino al 2016, è di pochi giorni fa la notizia che Kepler è entrato in standby in quanto due delle sue quattro ruote direzionali sono fuori uso: fin quando gli ingegneri non riusciranno a ripristinarne almeno una, o a trovare una soluzione diversa per orientare a dovere il telescopio, esso resterà senza acquisire dati (ed anche in questo caso gli scienziati hanno un anno di tempo abbondante per analizzare quelli già acquisiti ed ancora non esaminati).

Si spera, dunque, che Kepler possa riprendere il suo lavoro, così da portarci sempre più vicino al sogno di trovare un nostro pianeta gemello, sul quale poter immaginare l’esistenza di vita; ma, anche nel caso sfortunato che ciò non dovesse accadere, credo che da qualche parte sulla Terra un altro visionario pronto a preparare un progetto ancora più sorprendente esista già.

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