Resumen: (Abr 11, 2005) Maggie Turnbull, una astrónomo de la Carnegie Institution, ha pasado muchos años pensando en la clase de estrellas que podrían albergar planetas del tipo de la Tierra. Su base de datos de sistemas estelares habitables podría utilizarse como una lista de objetivos para la próxima misión de NASA la Terrestrial Planet Finder (TPF)

Concepto artístico del sistema estelar HD70642. Crédito: John Rowe animation

Maggie Turnbull, una astrónomo en la Institución Carnegie, se ha pasado muchos años pensando acerca de que clase de estrellas podrían albergar planetas del tipo de la Tierra. Su base de datos de sistemas estelares habitables podría utilizarse como una lista de objetivos para la próxima misión de NASA la Terrestrial Planet Finder (TPF)

Turnbull presentó una conferencia, “Detección Remota de Vida y Mundos Habitables: Estrellas Habitables, Brillo de la Tierra y TPF”, en el foro de Investigación de Astrobiología de la NASA el 14 de Marzo del 2005.

Esta trascripción de la conferencia es la primera de una serie de cuatro partes. Partes 1 * 2 * 3 * 4 *

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¿Hasta que alcance esta vivo el universo?

Tan pronto como hacemos esa pregunta, un millón más de preguntas surgen de inmediato: “¿Qué es la vida?” “¿Cómo se origina la vida?” “¿Podría comenzar ahora la vida en la Tierra, y sino, por qué?” “¿Puede expandirse la vida entre los planetas o incluso entre sistemas estelares?” “¿Si la vida puede expandirse entre los sistemas estelares, tenemos parientes entre las estrellas?” “¿Existen otras civilizaciones tecnológicas allá fuera?”

Esas son demasiadas preguntas para tratar de contestarlas ahora mismo, pero contestaré al tema, “¿Existen planetas habitables orbitando estrellas cercanas?”

Escena desde una luna orbitando al planeta extrasolar en órbita alrededor de la estrella HD70642. Crédito: David A. Hardy, astroart.org (c) pparc.ac.uk

Eso nos lleva inmediatamente a preguntar, “¿Qué es un planeta habitable?” Toda la vida en la Tierra depende de la disponibilidad de agua líquida, de modo que diré que un planeta habitable es aquél que tenga agua líquida en su superficie.

De modo que la zona habitable será la localización alrededor de una estrella donde un planeta del tipo de la Tierra esté a la temperatura correcta de modo que tenga agua líquida sobre su superficie. Alrededor de nuestro Sol, la zona habitable se extiende de aproximadamente 0.7 UA hasta cerca de 1.5 UA (1 UA es la distancia entre el Sol y la Tierra) Para otras estrellas, simplemente calcularemos eso como la raíz cuadrada de la luminosidad de la estrella.

El objetivo de la primera misión del TPF (Terrestrial Planet Finder), será recorrer por la zona donde un planeta terrestre podría tener agua líquida sobre su superficie y de manera directa localizar cualquier tipo de planetas terrestres en esa zona. Queremos ver esos planetas con nuestros propios ojos. Queremos sacarles una foto y ver un pequeño punto.

La meta es obtener imágenes de planetas en una zona habitable que tengan por lo menos la mitad de la superficie de la Tierra. Queremos ser capaces de poder obtener imágenes de planetas entre el tamaño de Marte y la Tierra, o mayores.

La Tierra vista por la nave espacial Voyager: un pequeño y pálido punto azul. Crédito: NASA

El segundo objetivo del TPF es describir las atmósferas de cualesquiera planetas que encontremos con indicadores de vida. El tercer objetivo es realizar planetología comparada de modo que cuando tengamos una base de datos de sistemas planetarios en el vecindario solar, podremos hacer preguntas como, “¿Qué tan comunes son los planetas extraterrestres?” “¿Qué tan diversos son?” “¿Qué tan común es tener un planeta habitable?” “¿Es el agua líquida algo común, o la mayoría de los planetas lucen como Marte y Venus?” “¿Son los planetas como la Tierra comunes después de todo, o es más común tener planetas masivos excéntricos como Júpiter?”

El Terrestrial Planet Finder fue concebido originalmente como una misión de infrarrojo medio, porque se pensaba que las longitudes de onda en el infrarrojo medio serían la mejor manera para buscar a Tierras extrasolares alrededor de estrellas cercanas. En el infrarrojo medio, los planetas emiten su propia luz, mientras que la luz de la estrella les sigue, de modo que el contraste mostrado en el infrarrojo medio es mejor que en el óptico.

En las longitudes de onda ópticas, más cortas, el espectro de la Tierra solo refleja la luz solar. A medida que nos adentramos en el infrarrojo medio, la Tierra comienza a emitir su propia luz, porque tiene una temperatura de 27 grados C. Ese calor se convierte en luz en el infrarrojo medio.

HD 28185 b fue el primer exoplaneta descubierto con una órbita circular dentro de la zona habitable de su estrella. Crédito: STScI Digitized Sky Survey

De manera que la luz de un planeta en el infrarrojo medio puede darnos la temperatura del planeta y decirnos si esa temperatura es correcta para que haya agua líquida en sus superficie. Asimismo, en esta zona, podemos encontrar algunas firmas interesantes, como bióxido de carbono, agua, y ozono. Ya que el ozono es mandatario para el oxígeno molecular, es un indicador de vida.

El espectro en infrarrojos tomado por la nave espacial Galileo de Marte, la Tierra y Venus mostró que estos tres planetas lucen muy similares. Pero la Tierra tenía dos indicadores de habitabilidad y vida, a saber, agua y ozono.

La Tierra tiene una diez mil millonésima del brillo del Sol en el espectro óptico. En el infrarrojo medio, solo es un factor de un millón, así que no está tan mal. Pero aún así, si tomamos el sistema Sol- Tierra y lo ponemos a una distancia de 10 pársec – unos 30 años luz de distancia – habrá una separación angular entre los dos de 100 milisegundos de arco. Eso es muy pequeño. Así que aún mirando en el infrarrojo medio – con el planeta una millonésima de luminosidad del sol y a 100 milisegundos a 10 pársec – eso no es nada fácil.

Para ver de obtener imágenes de alta resolución en el infrarrojo medio, necesitamos tener una línea de base muy larga, lo cual quiere decir que necesitamos tener ya sea un telescopio enorme, o necesitamos poner un interferómetro a volar en formación. Esa tecnología está más avanzada de lo que llegaremos a tener en los próximos diez años.

En un universo repleto de estrellas, la búsqueda ha comenzado para saber si hay vida en otras partes. Crédito: NASA/STScI/ESA

En un universo repleto de estrellas, la búsqueda ha comenzado para saber si hay vida en otras partes.
Crédito: NASA/STScI/ESA

Así que la primera misión será TPF-C, un gráfico de coronas que será planeado para lanzamiento en el 2014 y funcionará en longitudes de onda ópticas. El punto clave aquí, es que necesitamos suprimir la luz de la estrella de manera que podamos ver la luz del planeta – los planetas son mucho menos intensos que la estrella.

Para el óptico, no tenemos observaciones que sean análogas a las observaciones de infrarrojos de la Galileo. Tenemos una gran cantidad de observaciones de la Tierra en las longitudes de onda ópticas, pero los satélites que vuelan a baja altura sólo ven una pequeña porción de terreno a la vez. No tenemos observaciones de satélite que tenga el espectro completo visible de la Tierra condensado todo en un solo píxel.

De modo que para obtener esos espectros, debemos observar desde el suelo. Afortunadamente, podemos hacer eso mirando hacia la Luna, apuntando nuestros telescopios allá donde el “brillo de la Tierra” ilumina la porción oscura de la delgada luna creciente. La forma como esto funciona es, el sol brilla en la Tierra, la Tierra brilla sobre la Luna y esa luz se refleja de la Luna y regresa a la Tierra y dentro de nuestro telescopio. La parte oscura de la luna muestra el espectro de toda la Tierra, todos sumados juntos.

Comparación de Marte, Venus y la Tierra en las bandas de agua, mostrando la clara presencia de agua en la Tierra exclusivamente. La luna Titán de Saturno, tiene quizá el más alto contenido de metano con otros elementos primordiales. Crédito: NASA Workshop, Pale Blue Dot

La luz solar que se refleja de la creciente luna brillante también va a nuestro telescopio mientras observamos sobre el suelo. Tomamos el espectro de nuestra luna oscura y lo dividimos entre el espectro de la luna brillante, y lo que nos resta es el espectro de la Tierra.

En el espectro óptico de la Tierra, vemos la dispersión de Rayleigh en la parte azul del espectro – estamos viendo el cielo azul de nuestro planeta. También vemos señales de oxígeno, ozono y agua. Hasta podemos ser capaces de ver señales de vegetación en el óptico.

El punto interesante acerca de observar la Tierra en el espectro óptico es que podemos ver todo a través de la atmósfera y hasta el suelo. La luz que se refleja contiene el espectro de todo aquello que está en el suelo del planeta, ya sean océanos, o tierra o plantas. Y las plantas tienen un espectro muy distintivo que puede ser observado aún a través de distancias estelares.

Todas las plantas terrestres tienen un espectro semejante – son muy oscuras en el óptico, donde un 10 por ciento de la luz que les llega se refleja. En la gran mayoría, en el espectro óptico, absorben casi todos los fotones que caen sobre de ellas, lo cual las convierte en ideales para la fotosíntesis. Se vuelven fuertemente reflectoras en el infrarrojo cercano, donde reflejan un 70 por ciento de la luz que cae sobre de ellas.

Este “margen de vegetación” es una característica espectral distintiva que hace posible que los satélites dibujen un plano de la salud, densidad y hasta las diferencias en especies de las plantas sobre la Tierra.

Ahora bien, ustedes se pueden preguntar que tan relevante es esto en la búsqueda de vida en otras partes. ¿Realmente esperamos encontrar plantas similares a las de la Tierra en otros planetas terrestres? No es razonable esperar eso, pero la vida tiene maneras de extraer cualquier fuente de energía que se encuentre disponible. De modo que debería esperarse que la vida en la superficie de un planeta fuera de fotosíntesis. Absorberá muy intensamente en algún rango de longitud de onda donde la atmósfera del planeta sea transparente y donde la estrella esté emitiendo gran cantidad de energía.

¿Es únicamente una coincidencia que las plantas de la Tierra se vuelvan altamente reflectoras en el infrarrojo? ¿O es eso útil biológicamente para la planta, por ejemplo, para propósitos de enfriamiento? Si es ventajoso biológicamente el rechazar fotones que son útiles energéticamente en lugar de absorberlos y absorber muy intensamente esos rangos de ondas de luz donde se puede hacer algo con la energía, entonces no deberíamos de sorprendernos si la vida de fotosíntesis en otros planetas también tiene una característica espectral notoria.