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Desde el 2 de Septiembre del 2003 la misión para encontrar planetas del tipo Tierra fue denominada así en honor de Charles Darwin, el naturalista británico que entró en la historia por sus teorías de la evolución y la selección natural.

Darwin creyó que toda la vida en la Tierra se desarrolló gradualmente a través de millones de años a partir de unos pocos ancestros comunes. La misión Darwin explorará 1000 de las estrellas más cercanas, buscando planetas pequeños rocosos que son los lugares más probables para que se desarrolle la vida – por lo menos de la manera como nosotros la conocemos.

Charles Darwin (1809-1882)

Charles Robert Darwin nació el 12 de febrero de 1809, en Shrewsbury, Inglaterra. Su padre, era medico, hijo de Erasmus Darwin, un poeta, filósofo y naturista. La madre de Charles, Susannah Wedgwood Darwin, murió cuando él tenía ocho años de edad.

A la edad de dieciséis años, Darwin se fue de Shrewsbury para estudiar medicina en la Universidad de Edimburgo. Repugnado ante la vista de una cirugía realizada sin anestesia, finalmente se fue a la Universidad de Cambridge para prepararse como sacerdote en la Iglesia de Inglaterra.

Desde 1831 a 1836, Darwin estuvo como naturalista a bordo del Navío Real Británico HMS Beagle, en una expedición científica alrededor del mundo. En América del sur, Darwin encontró fósiles de animales extintos que eran muy similares a las especies modernas.

En las Islas Galápagos en el Océano Pacífico, notó muchas variaciones entre las plantas y los animales del mismo tipo general que los que había en América del Sur. La expedición visitó lugares alrededor del mundo y Darwin estudió las plantas y animales en todas partes a donde fueron, recolectando ejemplares para un estudio posterior.

Cuando regresó a Londres, Darwin llevó a cabo una investigación exhaustiva de sus notas y ejemplares. Varias teorías relacionadas surgieron como resultado de este estudio: que la evolución sí ocurrió, que ésta fue gradual, requiriendo de miles de millones de años, que el mecanismo primario para la evolución fue un proceso denominado selección natural; y que los millones de especies vivas de hoy en día surgieron de una forma de vida única original a través de un proceso de ramificaciones denominado “especialización”.

La teoría de la selección evolucionaría de Darwin, mantiene que las variaciones dentro de las especies ocurren al azar y que la supervivencia o extinción de cada organismo está determinada por la habilidad de ese organismo de adaptarse a su medio ambiente. El lanzó esas teorías en su Libro El Origen de las Especies (1859) Después de la publicación de este libro, Darwin continuo escribiendo sobre botánica, geología y zoología hasta su muerte en 1882. Se encuentra enterrado en la Abadía de Westminster.

El trabajo de Darwin tuvo un gran impacto en el pensamiento religioso. Gran cantidad de gente se opuso fuertemente a la idea de la evolución porque entraba en conflicto con sus convicciones religiosas. Darwin evitó hablar acerca de los aspectos teológicos y sociológicos de su trabajo, pero otros escritores utilizaron sus teorías para apoyar sus propias teorías respecto de la sociedad. Darwin era un estudiante trabajador, tenaz y reservado que se preocupaba de los sentimientos y emociones no sólo de su familia, sino también de los amigos y demás semejantes.

La Misión en sí

Darwin es una flotilla de ocho naves espaciales que buscarán planetas semejantes a la Tierra y analizarán sus atmósferas para descubrir las señales de vida. Seis naves serán telescopios espaciales. La séptima nave combinará la luz de éstas para similar un espejo mucho mayor que el de un solo telescopio. La octava nave se comunicará con la Tierra y con la flotilla.

Uno de los seis telescopios de la misión Darwin

La búsqueda de planetas extrasolares, o sea, planetas que orbitan alrededor de estrellas, es algo muy difícil. Aún para estrellas cercanas, es como tratar de ver la diferencia entre la frágil luz de una vela y una casa iluminada desde un punto a 1000 kilómetros de distancia.

En longitudes de onda ópticas, una estrella sobrepasa el brillo de un planeta tipo Tierra por una diferencia de mil millones a uno. Parcialmente para solventar esta dificultad, Darwin observará en el infrarrojo medio. A estas longitudes de onda, el contraste de estrella-planeta disminuye en un millón a uno haciendo el descubrimiento un poco más fácil.

¿Qué tiene de especial?

Darwin observará en la franja de infrarrojos ya que la vida en la Tierra deja su marca en esta longitud de onda. Sobre la Tierra, la actividad biológica produce gases que se mezclan con nuestra atmósfera. Por ejemplo, las plantas sueltan oxígeno y los animales expelen bióxido de carbono y metano.

Estos gases, y otras sustancias, tales como el agua, dejan sus huellas absorbiendo ciertas longitudes de onda de la luz infrarroja. Darwin separará la luz de un planeta extrasolar en sus constituyentes de longitudes de onda, utilizando un instrumento llamado espectrómetro. Este mostrará la caída de luz ocasionada por gases específicos que se encuentren en la atmósfera, permitiendo que sean identificados. Si son los mismos que producen la vida en la Tierra, en vez de ser por procesos no-biológicos, Darwin habrá encontrado evidencias de vida en otro mundo.

Sobre la Tierra, la atmósfera bloquea las longitudes de onda medianas del infrarrojo que Darwin estará diseñado para observar. A temperatura ambiental, los propios telescopios podrían emitir radiación infrarroja, alterando sus propias observaciones. Sería como utilizar un telescopio normal para llevar a cabo astronomía óptica con toda una pared de luces apuntando hacia él.

Allá en el espacio, hace mucho frío. El telescopio está diseñado para trabajar justo a 40K (-233ºC) mientras que el detector real puede ser reducido en su temperatura aún más hasta sólo 8K (-265ºC) Esto en total hace que el telescopio deje de radiar su propia señal infrarroja y le permite investigar la débil luz de los planetas distantes.

Nave espacial

Darwin consta de ocho naves espaciales separadas – el satélite maestro, la nave nodriza central y seis telescopios.

Inicialmente, la nave central debería haber llevado la antena para comunicarse con la Tierra. Sin embargo, para mover la antena y mantener la Tierra a la vista ocasionarían desajustes a los sensibles sistemas ópticos a bordo de la nave. El satélite maestro de comunicaciones fue entonces diseñado para cubrir estas funciones. Este satélite será un cubo de un metro de lado para manejar todas las comunicaciones de y hacia la Tierra con una antena principal y cuatro sistemas de comunicación de soporte.

Los seis telescopios de Darwin, una nave nodriza central y un satélite de comunicaciones (abajo a la izquierda).

Esta también cumplirá con otra función muy importante. Vigilará a cualquiera de las otras siete naves que pudieran ir a la deriva por encima o por debajo de las otras. Esto es sencillo, pues el satélite maestro se asienta detrás y de cara hacia todos ellos. Estará equipado con pequeños transmisores para enviar órdenes de maniobras a los telescopios y a la nave vértice.

Esa nave central es la que llamamos nodriza. Esta no observa las estrellas por sí misma pero recoge y combina la luz de los seis telescopios que la rodean. Para hacer esto más fácil la nave vértice será de seis lados, de manera que cada lado de la nave espacial central siempre tendrá una cara con vistas a uno de los telescopios en vuelo libre.

La combinación de la luz de esta manera es denominada interferometría. Para cumplir con el objetivo de Darwin de encontrar e investigar los planetas tipo Tierra, esto funcionará bajo el sistema de interferometría de anulación que es un resultado que combina la señal de diferentes telescopios de tal manera que la luz de la estrella central se ve cancelada. La luz que llegue a algunos de los telescopios estará ligeramente retardada antes de que llegue a combinarse y esto ocasionará que la luz de la estrella central sea “cancelada” en los datos resultantes. La luz de los planetas, sin embargo, no se ve afectada por esta manera y puede ser vista. Si no fuese por este efecto de “anulación”, la luz de la estrella inundaría el débil brillo del planeta.

Hay seis naves espaciales telescopio. Los propios telescopios son un diseño estándar, conocido como Cassegrain, similares al utilizado en el Telescopio Espacial Hubble. Las dimensiones totales de cada montaje de un telescopio serán de 2.8 metros de largo por 1.7 metros de ancho.

Para que Darwin funcione, los telescopios y la nave nodriza deben permanecer en rigurosa formación. Una desviación de poco más de milésimas de milímetro arruinaría la observación. Aunque esto suena como un hecho imposible de exactitud, la ESA confía en alcanzar esta meta usando una variación del exitoso Sistema de Posicionamiento Global o GPS que proporciona una gran cantidad de las navegaciones basadas en satélite en Tierra.

La nave espacial probablemente estará equipada con pequeños motores iónicos que solo necesitan cinco kilos de combustible para durar los cinco años completos de la misión. Otra posibilidad es verter gas frío por fuera de los cohetes propulsores. Esta opción podría ser mejor porque los iones son partículas corrosivas que podrían dañar a otras naves en la flotilla.

El viaje

En vez de ponerlo en órbita alrededor de la Tierra, la ESA planea colocar a Darwin a una distancia mayor, más allá de la Luna. A una distancia de 1.5 millones de kilómetros de la Tierra, en la dirección opuesta al Sol, es un punto especialmente favorable, conocido como L2. Darwin operaría desde ahí.

El lanzamiento de Darwin depende del desarrollo de un nuevo cono para la nariz del cohete Ariane-5 que tenga el espacio suficiente para toda la flotilla Darwin. En la nariz del cono, los seis telescopios van acomodados en dos hileras de tres. Encima de la primera hilera, se asienta la nave nodriza. El satélite maestro se coloca sobre la segunda hilera. Las hileras son entonces colocadas una encima de la otra y aseguradas en la punta del cohete Ariane y rodeadas de una envoltura. Todas las naves estarían sujetas a un solo punto de apoyo para mantenerlas firmes durante el lanzamiento.

El lanzamiento colocaría a Darwin de inmediato en su curso de trayectoria para alcanzar el punto L2. Le tomaría entre 100 y 200 días dependiendo de la trayectoria utilizada para que Darwin alcance su destino final.

Los cinco puntos Lagrange Sol-Tierra vistos desde encima del hemisferio norte de la Tierra, no está a escala. (Adaptado de la NASA)

Lo antes posible, después que la etapa superior del cohete haya dejado de funcionar, las ocho naves se separarán del punto de enganche y navegarán como un grupo suelto. Cuando alcancen el punto L2 y disparen los cohetes para mantenerlos en posición, los telescopios serán organizados en una figura hexagonal, con la nave nodriza en el centro y el satélite maestro siguiéndoles detrás. Cuando se logre esto, podrán comenzar las observaciones.

Historia de la misión

La idea para esta misión fue propuesta en 1993. Las metas de Darwin (misión) eran detectar planetas del tipo de la Tierra orbitando estrellas cercanas y establecer restricciones sobre la posibilidad de la existencia de vida, como la conocemos, en estos planetas.

Desde entonces, las metas se han expandido a la posibilidad de la obtención de imágenes, diez veces más detalladas que el James Webb Space Telescope (JWST), una misión conjunta de la ESA/NASA programada para lanzamiento alrededor del año 2009. Que precisamente sería colocado en el punto L2.

Desde mediados de los 1990’s, la ESA ha estado trabajando en un diseño viable. Los científicos y los ingenieros han rediseñado la flotilla y han encontrado maneras muy ingeniosas para reducir la demanda de requerimientos técnicos de las diferentes naves. Aún hoy en día, la Esa continua investigando la forma de si es factible alcanzar los mismos resultados científicos utilizando sólo cuatro telescopios libres en lugar de los seis.


Sociedades

La NASA también está considerando realizar una misión similar a Darwin. Su misión se denomina el Buscador de Planetas Terrestres (Terrestrial Planet Finder por su nombre en inglés) y es objeto de muchos estudios en la actualidad. Dada la naturaleza ambigua de ambos proyectos, la NASA y la ESA, podrían colaborar en la misión final, construyendo un Darwin/TPF que lanzarían y manejarían conjuntamente. Otros países como Rusia y Japón han mostrado igualmente su interés en contribuir en la misión.


Artículo de ESA
Aportación de Liberto
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