Per più di 16 anni, a partire dal suo lancio nel 2003, il Telescopio Spaziale Spitzer, che cesserà l’attività alla fine di questo mese, ci ha fornito una panoramica senza precedenti dell’universo nell’infrarosso, invisibili all’occhio umano. Le esplorazioni di Spitzer-come descritto in oltre 8.600 articoli di riferimento, decine di tesi di dottorato, innumerevoli abstract e conferenze e diversi libri—vanno dalla determinazione delle dimensioni degli asteroidi vicini alla Terra alla misurazione della massa e dell’età delle stelle nelle galassie più lontane. Spitzer ha avuto un impatto importante in non meno di cinque aree principali della ricerca astronomica:
Studi del sistema solare. I punti salienti degli studi di Spitzer sul nostro sistema solare includono la scoperta di un enorme anello di polvere precedentemente sconosciuto in orbita attorno a Saturno e la determinazione della composizione della polvere espulsa dalla cometa Tempel I dopo che il veicolo spaziale Deep Impact ha inviato un proiettile per schiantarsi contro di esso. Queste misurazioni cometarie sono uno dei molti risultati di Spitzer che hanno stabilito importanti connessioni tra le proprietà del Sistema solare e quelle dei sistemi esoplanetari—che a loro volta sono stati ampiamente studiati da Spitzer.
La formazione di stelle e sistemi planetari. Le osservazioni di Spitzer hanno dimostrato che come una stella si forma, una quantità significativa di materia va nella formazione di un disco che lo orbita. Spitzer ha osservato i primi stadi della formazione planetaria mentre la polvere cosmica ultrafine all’interno del disco inizia a fondersi in corpi più grandi, avviando una cascata che spesso porta alla formazione di pianeti. Questi primi stadi di formazione del pianeta sono ben avviati solo pochi milioni di anni dopo il crollo di una densa nube interstellare innesca il processo di formazione stellare—un istante relativo in termini cosmici.
Esopianeti. Anche mentre la missione Spitzer si svolgeva, studi da telescopi terrestri e, in particolare, dalla sonda Kepler della NASA stavano stabilendo che molte stelle di tipo solare ospitano sistemi planetari, che spesso includono pianeti non più del doppio della Terra. Spitzer è diventato un pilastro dello studio aggressivo e perspicace della comunità scientifica di questi esopianeti. Spitzer ha stabilito che di tre dei sette pianeti di dimensioni terrestri che orbitano intorno alla vicina debole stella rossa nota come Trappist-1 si trovano nella zona abitabile o vicino alla zona abitabile—la regione intorno alla stella dove l’acqua sarebbe liquida sulla superficie dei pianeti, che si crede sia essenziale per la formazione della vita come la conosciamo.
Spitzer ha anche mappato la variazione della temperatura di un pianeta attorno alla sua circonferenza, trovando prove per venti atmosferici con velocità di migliaia di chilometri all’ora in diversi casi. È sorprendente per me che le misurazioni di Spitzer mi permettano di scrivere con un certo grado di certezza sulla distribuzione della temperatura sulla superficie di un pianeta in orbita attorno a una stella che si trova a circa 65 anni luce dalla Terra.
Galassie lontane. Spitzer ha esaminato ampie sezioni della Via Lattea e dell’universo oltre. Una di queste indagini, coordinata con il telescopio spaziale Hubble, ha portato all’identificazione della galassia più lontana trovata fino ad oggi. Spitzer e Hubble lo vedono come non era molto tempo dopo il big bang, che si è verificato circa 13,8 miliardi di anni fa. L’esistenza di galassie massicce come questa così presto nell’evoluzione dell’universo sfida la nostra comprensione di come si formano le galassie, ponendo domande che saranno affrontate dal prossimo telescopio spaziale James Webb della NASA, che sarà lanciato nel 2021.
La crescita di stelle e galassie. L’universo è emerso dal big bang come una zuppa calda di atomi di idrogeno ed elio, che ci aiuta a capire perché galassie come quella descritta sopra erano poche e di gran lunga superiori a 13.5 miliardi di anni fa. Sono comuni oggi, tuttavia, il che è dovuto al fatto che il numero di stelle nell’universo è aumentato nel tempo man mano che le galassie si formavano e crescevano e che sempre più materiale che contenevano collassava per formare stelle. Spitzer è unicamente in grado di misurare questa crescita nel tempo cosmico, scoprendo che il numero di stelle è cresciuto rapidamente per i primi quattro miliardi di anni di vita dell’universo, ma è aumentato a un ritmo più lento più recentemente.
Credito: NASA Wikimedia
Per quanto potenti siano questi risultati scientifici, tuttavia, sono solo una parte dell’eredità di Spitzer. Altre aree in cui tale eredità è stata e sarà di grande importanza includono quanto segue:
I Grandi Osservatori. Il concetto Great Observatories, presentato nel 1985 dalla NASA e dalla comunità scientifica, prevedeva quattro potenti telescopi spaziali, che coprivano l’intero spettro elettromagnetico in lunghezze d’onda più corte di quelle delle onde radio, operando simultaneamente. Spitzer, originariamente noto come Space Infrared Telescope Facility (SIRTF), era un membro fondatore di questo gruppo d’élite, unendosi al Compton Gamma Ray Observatory, al Telescopio spaziale Hubble e all’Advanced X-Ray Astrophysics Facility (AXAF), ora noto come Chandra X-Ray Observatory. Il completamento dei Grandi Osservatori con il lancio di SIRTF nel 2003 è una pietra miliare undercelebrated nell’esplorazione dell’universo, che rappresenta la realizzazione di una visione circa 20 anni in divenire. La scienza sinergica di questi potenti osservatori ha avuto un impatto molto maggiore di quanto avremmo potuto immaginare quando questo programma è stato formulato.
Nessuna missione è un’isola. Le osservazioni di Spitzer hanno migliorato il ritorno scientifico non solo da altre missioni della NASA, ma anche da strumenti a terra. Ad esempio, Spitzer e Hubble hanno unito le forze per determinare le proprietà delle galassie più lontane conosciute e, molto più vicine a casa, hanno anche fortemente limitato le proprietà delle atmosfere degli esopianeti. Spitzer sta ancora studiando gli esopianeti identificati dal satellite Transiting Exoplanet Survey lanciato di recente, al fine di determinare le temperature di questi mondi appena scoperti. Infine, Spitzer ha osservato le conseguenze di un notevole evento di coalescenza di stelle di neutroni scoperto da osservatori di onde gravitazionali e modelli verificati per la sintesi di elementi di terre rare nei detriti ricchi di neutroni di questo evento cataclismico.
Preparare la tavola per le missioni future. L’IRAS della NASA e l’ISO dell’Agenzia Spaziale europea (ESA) hanno contribuito a gettare le basi per Spitzer; Spitzer, a sua volta, sta preparando la strada per le future missioni della NASA. Il più notevole tra questi, è il tanto atteso James Webb Telescope (JWST), che coprirà alcune delle stesse lunghezze d’onda studiate da Spitzer ma con sensibilità molto più elevata e risoluzione spettrale e spaziale. Spitzer sta anche preparando il terreno per altre prossime missioni della NASA, in particolare Euclid (una missione congiunta con l’ESA) e Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST). In entrambi i casi, le ampie indagini extragalattiche di Spitzer forniranno una controparte infrarossa alle indagini ottiche/vicino infrarosse ad ampio campo Euclid e WFIRST condurranno
Spitzer ha anche aperto la strada ai progressi tecnologici che preparano la strada per le future missioni. Il più notevole tra questi è l’ampio uso di Spitzer del raffreddamento radiativo-irradiando calore nell’oscurità dello spazio-per raggiungere e mantenere temperature ben al di sotto dei 50 kelvin, che in precedenza erano raggiunti con l’uso di criogeni immagazzinati o refrigeratori meccanici. Le missioni future, in particolare JWST e anche SPHEREx Explorer ora in fase di sviluppo al JPL, possono ora stabilire una linea di base per il raffreddamento radiativo con molta più sicurezza e fiducia di quanto fosse possibile in precedenza.
Catturare l’immaginazione del pubblico. Come nel caso di molte altre missioni della NASA, i risultati più interessanti e accessibili di Spitzer sono stati ampiamente diffusi al pubblico. Il suo risultato più notevole, l’analisi dei pianeti in orbita Trappist-1, ha generato più di 17.000 articoli di stampa e online; la conferenza stampa che annunciava il risultato è stata vista quasi cinque milioni di volte e la storia ha ricevuto più di 3,2 miliardi di visualizzazioni non univoche su Internet.
Una grande conquista umana. C’è un lato umano a Spitzer che merita particolare enfasi. Migliaia di persone hanno lavorato su Spitzer prima e dopo il lancio, preparando e mantenendo questo potente osservatorio e facilitando il suo uso da parte di una grande e vigorosa comunità di astronomi. Tutte queste persone dovrebbero sentirsi orgogliosi di ciò che hanno realizzato, poiché il successo di Spitzer è direttamente riconducibile alla loro abilità, ingegno e dedizione. La struttura Spitzer tecnicamente complessa e innovativa mostra ciò che un gruppo di persone qualificate e motivate, adeguatamente supportate e potenziate, può realizzare. Sento che Spitzer è un monumento al potere dello spirito umano. Dovremmo essere guidati da questa importante componente dell’eredità di Spitzer, che si applica in tutte le aree dello sforzo umano, mentre navighiamo nel mare di problemi che affrontiamo.
Quali sono le prospettive? La fine delle osservazioni di Spitzer questa non è la fine di Spitzer, in quanto tutti i dati della missione sono archiviati e disponibili presso la struttura IRSA al Caltech. I lettori desiderosi di saperne di più su Spitzer potrebbero voler dare un’occhiata al libro che ho co-autore con Peter Eisenhardt: More Things in the Heavens: How Infrared Astronomy is Expanding our View of the Universe, pubblicato da Princeton University Press.
