domingo, julio 07, 2013

¿Cómo se ve la atmósfera de la Tierra desde varios años luz?

Ya hemos comenzado a estudiar la composición atmosférica de varios planetas extrasolares y muy pronto lo haremos con mundos situados en la zona habitable. El día que podamos explorar un exoplaneta habitable, lo primero que haremos será compararlo con nuestro propio planeta, el único lugar del Universo donde sabemos a ciencia cierta que existe vida. El problema consiste en saber exactamente cómo se ve la Tierra desde varios años luz. O dicho con otras palabras, ¿qué vería un hipotético extraterrestre al observar la Tierra como un planeta que pasa por delante del Sol?

La respuesta es mucho más compleja de lo que pudiera parecer a primera vista. Existen muchos modelos de nuestro planeta visto desde lejos, pero pocos que simulen a la Tierra al cruzar el Sol. ¿Y por qué es tan importante este requisito? Pues porque con la tecnología actual lo único que podemos hacer -que no es poco- es detectar la presencia de una atmósfera en un planeta extrasolar que pasa delante de su estrella y, con suerte, analizar su composición, así que lo que nos interesa especialmente son los modelos de la atmósfera terrestre. Los pasos de un exoplaneta por delante de su estrella vistos desde la Tierra se denominan tránsitos. Precisamente, observando la pequeña disminución en el brillo de la estrella es como se descubren planetas mediante el método del tránsito. Pero con este método no sólo somos capaces de detectar planetas, sino que además podemos estudiar la composición de su atmósfera -si existe- mediante espectroscopía. Es lo que se llama espectro de transmisión y hasta la fecha nos ha permitido descubrir sodio, hidrógeno, carbono, oxígeno atómico, monóxido de carbono, dióxido de carbono agua y metano en otros mundos, una hazaña asombrosa si te paras a pensarlo. Los investigadores han llegado a un consenso y es que si en la atmósfera de un exoplaneta se descubre la presencia de grandes cantidades de oxígeno -u ozono- junto con alguna especie reductora como metano o monóxido de dinitrógeno, además de agua, podemos suponer que estamos ante un mundo con muchas posibilidades de albergar vida en su superficie. Son los denominados biomarcadores, obviamente presentes en la atmósfera terrestre.

Espesor efectivo de la atmósfera terrestre desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano (Y. Bétrémieux et al.).

Hasta ahora se han modelado espectros de tránsito para la Tierra en visible e infrarrojo (sobre todo en las longitudes de onda en las que trabajará el futuro telescopio James Webb: 600-5000 nanómetros), pero no en ultravioleta. Y aquí es donde entra en juego un reciente artículo de Lisa Kaltenegger, que viene a saldar esta deuda pendiente, no sin sorpresas. Y es que a lo largo del espectro ultravioleta, visible e infrarrojo, el radio efectivo de nuestro planeta se incrementa en un 2,6% según la región observada. De hecho, en el ultravioleta (por debajo de 200 nanómetros) la absorción de la molécula de oxígeno incrementa el radio efectivo de la Tierra en 180 kilómetros. Puede no parecer mucho, pero lo es si tenemos en cuenta que en el visible y en el infrarrojo cercano la variación del radio es de sólo 27 y 14 kilómetros respectivamente (principalmente debido a la refracción atmosférica, un fenómeno poco estudiado para los espectros de transmisión). Incluso si se trata de un planeta no habitable, la observación en ultravioleta puede ser muy interesante por la contribución de especies tales como dióxido de carbono, agua, metano o monóxido de carbono. Por otro lado, debemos tener en cuenta que una estrella de tipo solar brilla menos en ultravioleta que en infrarrojo, pero está claro que esta región del espectro es muy interesante para futuras misiones espaciales que quieran estudiar la habitabilidad de las exotierras (la región ultravioleta del espectro no se puede observar con telescopios terrestres precisamente por la presencia de nuestra atmósfera). Hasta el momento, el énfasis en la espectroscopía de transmisión había recaído en una estrecha zona del visible y el infrarrojo cercano comprendida entre los 400 y los 1000 nanómetros, una región en la que se encuentran las líneas espectrales del agua, ozono, oxígeno y dióxido de nitrógeno, todos ellos biomarcadores por excelencia.

El espectro de la atmósfera terrestre en visible e infrarrojo cercano. Destacan las líneas espectrales de oxígeno, ozono y agua(Y. Bétrémieux et al.).

Contribución al espectro de distintas especies químicas presentes en la atmósfera terrestre, incluidos biomarcadores. Se aprecia la fuerte absorción en el UV (menos de 200 nm) (Y. Bétrémieux et al.).

Ahora que sabemos cómo es el espectro de la atmósfera de la Tierra desde el ultravioleta al infrarrojo cercano podremos planificar mejor la exploración de las futuras exotierras. Por supuesto, la calidad del espectro de una exotierra dependerá del tamaño del telescopio que usemos, el tipo de estrella que orbite y la distancia a la que se encuentre, entre otros factores. Lamentablemente, no existen actualmente planes para una misión espacial que pueda estudiar exoplanetas y que vaya a tener en cuenta la región ultravioleta del espectro, pero sin duda ya surgirá alguna propuesta en el futuro. Tiempo al tiempo.

Esta es la segunda contribución de Eureka al XLIII Carnaval de la Física, que este mes se celebra en El Mundo de las Ideas.


Referencias:

7 comentarios:

  1. Por curiosidad: los equipos científicos que estudian las posibilidades de la espectroscopía ultravioleta en relación con los exoplanetas, ¿a qué se dedican sabiendo que no hay ningún proyecto para situar en el espacio los instrumentos que serían necesarios para explotar esas posibilidades? Imagino que algunos científicos tienen que estar verdaderamente frustrados...

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    1. Bueno, el estudio teórico en sí es un campo de trabajo, aunque de momento no se pueda plantear de forma observacional.

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    2. ¿Y qué pasó con el proyecto WSO-UV del que habló Daniel en http://danielmarin.blogspot.com/2010/02/espana-y-el-telescopio-wso-uv.html?

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  2. Hay planes para agregarlo al James Webb ? Con este nuevo aporte, se podria ahorrar tiempo y dinero. Un rediseño cuesta obviamente, pero calculo menos que todo un nuevo telescopio ( en iguales caracteristicas al mismo )

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  3. ¡Qué pasada! Por cierto yo creo que también podrías participar en el Carnaval de Química y en el de Humanidades

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  4. Daniel, alguien me dijo que se han visto planetas con lentes gravitacionales. Eso es cierto?

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  5. ¿La misión Cassini en Saturno puede estudiar la espectroscopia de nuestra atmósfera en cada tránsito de la Tierra delante del Sol?, así se lograría más información de la que se comenta en este artículo.

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