LOS ASTRÓNOMOS UTILIZAN EL HUBBLE DURANTE UN ECLIPSE PARA DETECTAR VIDA EN LA TIERRA

Ilustración del Hubble observando la Luna durante un eclipse lunar total. 
Crédito:
ESA / Hubble, M. Kornmesser
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¿Cómo detectar signos de vida en un mundo alienígena a cientos de años luz de la Tierra?

Una forma sería buscar moléculas en su atmósfera que indiquen la presencia de vida. Digamos, oxígeno, metano, ozono, etc. Eso no probaría que los extraterrestres vivan allí, pero ciertamente sería interesante.

Es difícil hacer tal observación, pero la naturaleza provee. Si la órbita del planeta aparece de canto desde la Tierra , vemos que el planeta pasa directamente frente a su estrella. Es lo que llamamos un tránsito. La parte sólida del planeta bloquea toda la luz, pero la atmósfera del planeta deja pasar algo de luz . Eso es importante, porque las moléculas en esa atmósfera absorben colores de luz muy específicos. Esto actúa como una huella digital que permite a los astrónomos identificar la molécula.

El ozono, por ejemplo, absorbe la luz en el ultravioleta cercano, simplemente más azul de lo que nuestros ojos pueden ver. El ozono nos protege de los rayos UV de longitud de onda aún más corta que pueden dañar nuestra piel y ojos. También de la luz en la parte azul verdosa del espectro.

Todavía no tenemos telescopios que puedan hacer exactamente esto con planetas que orbitan estrellas distantes, pero podemos probar la idea mucho más cerca de casa. Bueno, justo encima.

Hubble observa el eclipse lunar total (impresión del artista). Aprovechando un eclipse lunar total en Enero de 2019, los astrónomos utilizando el telescopio espacial Hubble midieron la cantidad de ozono en la atmósfera terrestre. Este método sirve como un proxy de cómo observarán planetas similares a la Tierra alrededor de otras estrellas en busca de vida.
Crédito: ESA / Hubble, M. Kornmesser.

Una idea ingeniosa

Durante un eclipse lunar, si estuvieras parado en la Luna, verías la Tierra bloqueando el Sol. Sin embargo, algo de luz solar atraviesa la atmósfera de la Tierra … y esto suena familiar. No tenemos un telescopio en la Luna que pueda hacer esto, pero está bien. La luz del Sol que atraviesa la atmósfera de la Tierra golpea la Luna y luego se refleja hacia nosotros. Se puede usar entonces un telescopio aquí para buscarla. Dado que estamos observando los rayos ultravioleta, necesitamos estar en el espacio (porque el aire de la Tierra lo absorbe). Entonces, ¿por qué no usar el telescopio espacial Hubble?

Eclipse lunar total. Un astronauta que mira hacia arriba desde el lado cercano de la Luna en realidad observaría un eclipse solar , no un eclipse lunar. Desde su punto de vista, la Tierra pasa frente al Sol, ocultando al Sol .
Crédito de la animación: Science Visualization Studio (SVS), NASA Goddard Space Flight Center.

Y eso es exactamente lo que hicieron los astrónomos *. Apuntaron con el observatorio a la Luna durante el eclipse lunar del 21 de Enero de 2019. ¡ Al final pudieron detectar ozono en la atmósfera de la Tierra de esta manera ! Pero no fue fácil.

Por un lado, el Hubble no está diseñado para rastrear objetos como la Luna, por lo que apuntar con el telescopio fue una molestia. Incluso entonces no estaban 100% seguros de dónde estaba mirando con el telescopio. Además, la Luna no es un gran reflector; tiene características más oscuras y claras que dificultan la comparación de una observación con otra.

Creando modelos de la atmósfera y comparando los resultados con las observaciones

Aún así, pudieron obtener las observaciones. Lo que hicieron entonces fue compararlas con modelos físicos de la atmósfera terrestre. Conocemos la forma en que el aire de la Tierra cambia con la altura es decir cómo varían la presión, densidad y temperatura, así como su composición. Por ejemplo, el dióxido de carbono y el vapor de agua están más bajos en la atmósfera, mientras que la capa de ozono está mucho más alta. Por lo que se puede modelar la forma en que la luz solar atraviesa el aire de la Tierra.

Crearon un modelo que incluye cosas como el O2 (el oxígeno que respiramos), incluso la forma en que el aire terrestre dispersa la luz. Llamada dispersión de Rayleigh, hace que los atardeceres sean rojizos. Es también la razón por la que en los eclipses lunares la Luna se vuelva rojiza. También hicieron los modelos de modo que pudieran incluir la absorción de ozono y cómo se vería si la Tierra no tuviera ozono. De esa manera pueden ver si lo que arrojan los modelos coincide con las observaciones.

Observaciones del Hubble de la Luna durante un eclipse lunar (izquierda, diferentes observaciones mostradas en diferentes colores) versus modelos de la atmósfera terrestre. Si miras, digamos, la línea naranja de la izquierda, coincide con el modelo, pero solo si incluyes ozono, (la línea rayada;). La línea punteada sería el modelo sin ozono. 
Todas las observaciones muestran una cierta absorción de ozono. 
Crédito: Youngblood et al.

Lo que encontraron es bastante bueno: una caída de luz en longitudes de onda superiores a unos 4500 Angstroms (en la parte azul del espectro). Así como otra caída en longitudes de onda inferiores a unos 3300 Angstroms, en el UV. Estos son exactamente los lugares donde el ozono absorbe la luz. El modelo muestra claramente que si se omite el ozono, el espectro se vería muy diferente. En otras palabras, vieron el ozono de la Tierra absorbiendo la luz solar, en la luz reflejada por la Luna.

Un mapa de la Luna (izquierda) y un primer plano (derecha) muestran las ubicaciones de las diversas observaciones del Hubble. La estrella negra era el apuntador nominal del telescopio. Las huellas se deben al movimiento de la Luna, mientras el Hubble observaba. 
Crédito: Youngblood et al.

Buscando vida en los exoplanetas

Eso sí, el ozono está formado por tres átomos de oxígeno unidos entre sí. Se produce cuando el oxígeno molecular, O 2 , es descompuesto por la luz ultravioleta del Sol, que luego se reorganiza en ozono. El O 2 está en el aire debido a la vida; las plantas lo exhalan. Entonces, al detectar el ozono, los astrónomos encontraron evidencia de vida en la Tierra .

La vida inteligente, por supuesto, es una historia diferente.

Ésta es una observación ingeniosa. Muestra que podríamos hacer esto con exoplanetas que orbitan otras estrellas. Sin embargo, es mucho más complicado y, señalaré, este tipo de cosas se ha hecho antes tanto con el Hubble como con los telescopios terrestres. Pero no en la parte casi ultravioleta del espectro donde, en parte, se realizaron estas observaciones. No sabemos cuánto ozono podría tener un mundo extraterrestre en su aire, si lo hubiera. También depende del tipo de estrella que el planeta orbita y de qué tan cerca la orbita. Hay muchas variables, pero en principio se puede hacer, al menos. Ahora tenemos una prueba de concepto.

Hacer esto de verdad con otros planetas significaría usar telescopios mucho más grandes, por la luz tenue, y es mejor si están en el espacio. Esto es para evitar todos los problemas relacionados con la atmósfera terrestre, que absorbe los colores que deseamos ver en el planeta objetivo. Quizás en una o dos décadas tal cosa sea posible.

Después de todo, el primer exoplaneta se encontró a principios de la década de 1990, y ahora, 30 años después, ¡es un campo floreciente de la Astronomía! ¿Qué más podremos lograr en los próximos 30 años mientras contemplamos otros mundos?

Fuente: SyFy Wire / Bad Astronomy.

Artículo original: «Astronomers use Hubble during an eclipse to detect life on Earth«. Phil Plait. August 7, 2020.

Material relacionado

La noticia presentada en el Hubble Site:

Un interesante comentario del trabajo, discutiendo la presencia de gases en en las atmósferas de los exoplanetas que indiquen signos de vida, es el siguiente.

Observando a la Tierra como un exoplaneta en tránsito

Durante más de 20 años, los astrónomos han observado planetas extraterrestres de innumerables composiciones y masas diferentes. Pero, ¿y si alguien (o algo) en esos exoplanetas nos mirara, qué verían?

Gracias a un nuevo e ingenioso estudio, los científicos tienen una respuesta.

Un estudio es el primero en mirar la Tierra como si fuera un exoplaneta extraño, observándola desde el exterior mientras transita frente al Sol.

Los hallazgos del estudio brindan una nueva y única perspectiva del planeta que hemos habitado durante millones de años. También ofrecen una forma para que los científicos verifiquen sus hallazgos mientras buscan mundos habitables fuera de nuestro Sistema Solar .

El siguiente artículo lo presenta y contiene una selección de recursos que incluye, otros enfoques acerca de la búsqueda de signos de vida en exoplanetas:

Caracterizando una potencial exo-Tierra: desde una Tierra joven y prebiótica hasta nuestro mundo moderno

Esta representación artística muestra al exoplaneta Kepler-62f. Es un planeta rocoso del tamaño de una súper Tierra, ubicado a unos 1.200 años luz de la Tierra en la constelación de la Lyra. Kepler-62f puede ser lo que podría haber sido una Tierra prebiótica.  Otros exoplanetas pueden ser similares.
Créditos: NASA Ames / JPL-Caltech.

Los astrónomos de Cornell han creado cinco modelos que representan puntos clave de la evolución de nuestro planeta, como instantáneas químicas a través de las épocas geológicas de la Tierra.

Los usarán como plantillas espectrales en la búsqueda de planetas similares a la Tierra en sistemas solares distantes en la próxima era de telescopios potentes.

Sobre la búsqueda de biosignaturas en los espectros de los exoplanetas.

El grupo de Kaltenegger ha creado un catálogo de huellas digitales espectrales de exoplanetas.
Crédito: Karl Sagan Institute / Cornell University.

Los espectros de los exoplanetas son clave para comprender sus propiedades. El grupo de investigación de la Dra. Kaltenegger está creando una base de datos de huellas digitales espectrales para compararlas con futuras observaciones de telescopios como ELT o JWST. Estos datos están disponibles gratuitamente aquí . Ella enfatizó que no solo tenemos la Tierra actual como plantilla para los planetas habitables, sino también la Tierra a través del tiempo, tema que se presenta a continuación.

Curiosidades

Utilizado un famoso «eclipse oscuro» de Luna para ayudar a fechar núcleos de hielo recolectados en Groenlandia y la Antártida.

Un mosaico del Eclipse Lunar Total del Solsticio de Diciembre de 2010.
Crédito: Dave Dickinson
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Nunca se sabe dónde podría aparecer un evento astronómico en los registros históricos antiguos y cómo podría vincularse con la evidencia de la ciencia moderna. Investigadores de la Universidad de Ginebra descubrieron recientemente una historia astronómica en los archivos. Utilizaron relatos contemporáneos de un eclipse lunar curiosamente oscuro, para dar una idea de las erupciones volcánicas y su efecto en el clima medieval.

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