Utilizar la Tierra como objeto de prueba para la ciencia de exoplanetas

La vida ya es posible en la Tierra. Así lo demuestra un estudio realizado por el Instituto de Física de Partículas y Astrofísica de la ETH Zurich. Por supuesto, la intención de los investigadores no era responder a la pregunta en sí. En cambio, utilizaron la Tierra como ejemplo para demostrar que la misión espacial LIFE (interferómetro de grandes exoplanetas) planificada podría tener éxito y que el procedimiento de medición planificado es exitoso.

buscando vida

A través de una red de cinco satélites, la iniciativa internacional LIFE liderada por ETH Zurich espera algún día detectar rastros de vida en exoplanetas. Su objetivo es realizar un estudio más detallado de exoplanetas similares a la Tierra, que son planetas rocosos similares a la Tierra en tamaño y temperatura pero que orbitan alrededor de otras estrellas.

El plan es colocar cinco satélites más pequeños en el espacio cerca del Telescopio Espacial James Webb. Juntos, estos satélites formarán un gran telescopio que actuará como interferómetro para captar la radiación térmica infrarroja exoplanetaria. Luego, el espectro de luz se puede utilizar para inferir la composición de esos exoplanetas y sus atmósferas. «Nuestro objetivo es detectar compuestos químicos en el espectro óptico que indiquen la presencia de vida en exoplanetas», explica Sascha Cowans, que lidera la iniciativa LIFE.

Los cinco satélites de la misión LIFE están conectados para formar un gran telescopio espacial. Crédito (Gráfico: ETH Zurich/Iniciativa LIFE)

La tierra es como un humilde átomo.

En el estudio, recién publicado en el Astrophysical Journal, los investigadores Jan-Noel Mettler y Björn S. Konrad, Sasha P. Cowans y Ravit Held investigaron qué tan bien la misión LIFE describe la habitabilidad de un exoplaneta. Para ello, decidieron tratar la Tierra como si fuera un exoplaneta y realizar observaciones en nuestro planeta de origen.

Lo que es único del estudio es que el equipo probó las capacidades de la futura misión LIFE en espectros reales, no en simulaciones. Utilizando datos de uno de los instrumentos de medición atmosférica del satélite de observación Aqua Earth de la NASA, generaron espectros de emisión de la Tierra en el rango del infrarrojo medio, que también podrían registrarse en futuras observaciones de exoplanetas.

Hubo dos consideraciones principales para el proyecto. En primer lugar, si un gran telescopio espacial observara la Tierra desde el espacio, ¿qué tipo de espectro infrarrojo registraría? Debido a que la Tierra será observada desde la distancia, aparecerá como una mota modesta, sin características reconocibles como el mar o las montañas. Esto significa que los espectros serán promedios espaciales y temporales dependiendo de qué vistas del planeta capture el telescopio y durante cuánto tiempo.

Resultados de recuperación para R = 100, S/N = 20 EqC Jul Espectro terrestre. El panel más a la izquierda muestra la estructura P-T recuperada. Las áreas sombreadas en verde indican porcentajes de perfiles P-T recuperados. El cuadro blanco representa las verdaderas condiciones de la superficie (P0, T0). Los círculos blancos y el área gris muestran la verdadera estructura P-T y su incertidumbre. En la parte inferior derecha del panel P-T, mostramos las restricciones recuperadas en las condiciones de la superficie. Los paneles restantes muestran las partes de fondo de las abundancias de gases traza y otras características. Las líneas verdes indican porcentajes posteriores (gruesas: 16% – 84%; delgadas: 2% – 98%). Las líneas negras gruesas indican verdades fundamentales independientes de la presión. Las líneas grises finas muestran abundancias reales a diferentes presiones atmosféricas (sólida: 1 bar; discontinua: 10-1 bar; discontinua: 10-2 bar; punteada: 10-3 bar).

¿Cómo afectan la perspectiva y las estaciones a las observaciones?

De ahí que los físicos derivaran una segunda consideración en su estudio: si estos espectros promedio fueran analizados para obtener información sobre la atmósfera y las condiciones de la superficie de la Tierra, ¿de qué manera los resultados dependerían de factores como la geometría observacional y las fluctuaciones estacionales?

Los investigadores observaron tres geometrías de observación (las dos vistas desde los polos y la vista ecuatorial adicional) y se centraron en los datos registrados en enero y julio para tener en cuenta las mayores variaciones estacionales.

Identificación exitosa como planeta habitable

El principal hallazgo del estudio es alentador: si un telescopio espacial como LIFE observara la Tierra desde una distancia de unos 30 años luz, encontraría signos de un mundo templado y habitable. El equipo pudo detectar concentraciones de dióxido de carbono, agua, ozono y metano en la atmósfera en los espectros infrarrojos de la atmósfera terrestre, además de las condiciones de la superficie propicias para la presencia de agua. La evidencia de la presencia de ozono y metano es de particular interés ya que estos gases son producidos por la biosfera de la Tierra.

Estos resultados son independientes de la geometría de observación, demostraron los investigadores. Esta es una buena noticia, porque es posible que se desconozca la geometría exacta para futuras observaciones de exoplanetas similares a la Tierra.

Pero al comparar las fluctuaciones estacionales, el resultado fue menos claro. «Incluso si la estacionalidad atmosférica no se observa fácilmente, nuestro estudio muestra que las misiones espaciales de próxima generación pueden evaluar si los exoplanetas terrestres templados cercanos son habitables o incluso habitados», dice Cowans.

La Tierra como planeta extrasolar. Tercero. Uso de espectros experimentales de emisión térmica como información para recuperar un exoplaneta de la atmósferaLa Revista Astrofísica (Acceso Abierto)

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