El estudio de los exoplanetas ha madurado considerablemente en los últimos diez años. Durante este tiempo, la mayoría de los más de 4000 exoplanetas que conocemos actualmente fueron descubiertos. Fue también durante este tiempo que ha comenzado pasarse del proceso de descubrimiento al de la caracterización. Además, la próxima generación de instrumentos permitirá realizar estudios que revelarán en gran medida las superficies y atmósferas de los exoplanetas.
Esto plantea naturalmente la pregunta: ¿qué vería una especie suficientemente avanzada si estudiara nuestro planeta? Usando datos de múltiples longitudes de onda de la Tierra, un equipo de científicos de Caltech fue capaz de construir un mapa de cómo sería la Tierra para los observadores alienígenas distantes. Además de tratar el picor de la curiosidad, este estudio también podría ayudar a los astrónomos a reconstruir las características superficiales de los exoplanetas “similares a la Tierra” en el futuro.
El estudio que describe los hallazgos del equipo, titulado “La Tierra como un Exoplaneta: Un mapa bidimensional alienígena” publicado recientemente en la revista Science Mag y cuya publicación está prevista en The Astrophysical Journal Letters. El estudio fue dirigido por Siteng Fan e incluyó a múltiples investigadores de la División de Ciencias Geológicas y Planetarias (GPS) del Instituto de Tecnología de California y del Laboratorio de Propulsión Jet de la NASA.
Cuando se buscan planetas potencialmente habitables más allá de nuestro Sistema Solar, los científicos se ven obligados a adoptar un enfoque indirecto. Dado que la mayoría de los exoplanetas no pueden ser observados directamente para conocer su composición atmosférica o sus características superficiales (aka. Direct Imaging), los científicos deben estar satisfechos con las indicaciones que muestran cuán “similar a la Tierra” es un planeta.
Más noticias
Como dijo Fan a Universe Today por correo electrónico, esto refleja las limitaciones con las que los astrónomos y los estudios de exoplanetas se ven obligados a lidiar en la actualidad:
“En primer lugar, los estudios actuales sobre exoplanetas no han averiguado cuáles son los requisitos mínimos de habitabilidad. Hay algunos criterios propuestos, pero no estamos seguros de que sean suficientes o necesarios. En segundo lugar, incluso con estos criterios, las técnicas actuales de observación no son lo suficientemente buenas como para confirmar la habitabilidad, especialmente en los exoplanetas similares a la Tierra, debido a la dificultad de detectarlos y constreñirlos”.
Dado que la Tierra es el único planeta que conocemos que es capaz de soportar vida, el equipo teorizó que las observaciones remotas de la Tierra podrían actuar como un sustituto de un exoplaneta habitable, tal como lo observa una civilización distante. “La Tierra es el único planeta que conocemos que contiene vida”, dijo Fan. “Estudiar cómo se ve la Tierra para observadores lejanos nos daría la dirección de cómo encontrar exoplanetas habitables potenciales”.
Uno de los elementos más importantes del clima de la Tierra (y que es crítico para toda la vida en su superficie) es el ciclo del agua, que tiene tres fases distintas. Estos incluyen la presencia de vapor de agua en la atmósfera, nubes de agua condensada y partículas de hielo, y la presencia de cuerpos de agua en la superficie.
Por lo tanto, la presencia de éstos podría considerarse como una indicación potencial de habitabilidad e incluso como una indicación de vida (también conocida como biosignatura) que podría observarse a distancia. Por lo tanto, poder identificar los rasgos de la superficie y las nubes en los exoplanetas sería esencial para definir su habitabilidad.
Para determinar cómo sería la Tierra para los observadores distantes, el equipo compiló 9.740 imágenes de la Tierra que fueron tomadas por el satélite del Observatorio del Clima del Espacio Profundo (DSCOVR) de la NASA. Las imágenes fueron tomadas cada 68 a 110 minutos durante un período de dos años (2016 y 2017) y lograron capturar la luz reflejada de la atmósfera terrestre en múltiples longitudes de onda.
A continuación, Fan y sus colegas combinaron las imágenes para formar un espectro de reflexión de 10 puntos trazado a lo largo del tiempo, que luego se integró en el disco de la Tierra. Esto reproducía efectivamente lo que la Tierra podría parecerle a un observador a muchos años luz de distancia si observaran la Tierra durante un período de dos años.
“Encontramos que el segundo componente principal de la curva de luz de la Tierra está fuertemente correlacionado con la fracción terrestre del hemisferio iluminado (r^2=0.91)”, dijo Fan. “Combinando con la geometría de visualización, reconstruir el mapa se convierte en un problema de regresión lineal.”
Después de analizar las curvas resultantes y compararlas con las imágenes originales, el equipo de investigación descubrió qué parámetros de las curvas correspondían al terreno y a la cobertura nubosa. Luego seleccionaron los parámetros que más se relacionaban con el área terrestre y la ajustaron a la rotación de 24 horas de la Tierra, lo que les dio un mapa contorneado (mostrado arriba) que representaba cómo se vería la curva de luz de la Tierra a años luz de distancia.
Las líneas negras representan el parámetro de características de la superficie y corresponden aproximadamente a las costas de los principales continentes. Estos son coloreados en verde para proporcionar una representación aproximada de África (centro), Asia (arriba a la derecha), América del Norte y del Sur (izquierda), y la Antártida (abajo). Lo que se encuentra en el medio representa los océanos de la Tierra, con las secciones menos profundas denotadas en rojo y las más profundas en azul.
Este tipo de representaciones, cuando se aplican a las curvas de luz de exoplanetas distantes, podrían permitir a los astrónomos evaluar si un exoplaneta tiene los océanos, nubes y casquetes polares – todos los elementos necesarios de un exoplaneta “similar a la Tierra” (también conocido como “habitable”) como concluyó Fan:
“El análisis de las curvas de luz en este trabajo tiene implicaciones para determinar las características geológicas y los sistemas climáticos en exoplanetas. Encontramos que la variación de la curva de luz de la Tierra está dominada por las nubes y la tierra/océano, que son cruciales para la vida en la Tierra. Por lo tanto, los exoplanetas similares a la Tierra que albergan este tipo de características serían más propensos a albergar vida”.
En el futuro, instrumentos de próxima generación como el James Webb Space Telescope (JWST) permitirán realizar los estudios más detallados de los exoplanetas hasta la fecha. Además, se espera que los instrumentos terrestres que se pondrán en línea en la próxima década – como el Telescopio Extremadamente Grande (ELT), el Telescopio de Treinta Metros (TMT), y el Telescopio Gigante Magallanes (GMT) – permitan estudios de imagenología directa de planetas rocosos más pequeños que orbitan más cerca de sus estrellas.
Con la ayuda de estudios que ayudan a resolver las características de la superficie y las condiciones atmosféricas, los astrónomos pueden finalmente ser capaces de decir con confianza qué exoplanetas son habitables y cuáles no. Con suerte, el descubrimiento de una Tierra 2.0 (o varias Tierras) ¡podría estar a la vuelta de la esquina!