Una foto de la tierra tomada por la cámara DSCOVR-EPIC, y también se degrada a una resolución de 3x3 píxeles; aproximadamente de esta forma, los investigadores del futuro verán exoplanetasDurante la última década, principalmente gracias a
la misión Kepler , nuestro conocimiento sobre los planetas de otros sistemas estelares ha crecido enormemente. Desde unos pocos mundos, en su mayoría masivos, con órbitas internas rápidas que orbitan estrellas con una pequeña masa, hasta literalmente miles de planetas de tamaños completamente diferentes. Ahora sabemos que los mundos del tamaño de la Tierra y un poco más grandes son extremadamente comunes. Los observatorios de próxima generación, que aparecerán tanto en el espacio (por ejemplo,
el telescopio James Webb ) como en el suelo (
GMT y
ELT ), podrán fotografiar directamente el más cercano de estos mundos. ¿Cómo se verán? Esto es lo que nuestro lector pregunta:
¿Qué tipo de resolución se puede esperar de estas fotos? ¿Algunos píxeles o algún detalle visible?
Las fotografías en sí no serán muy impresionantes. Sin embargo, de ellos podemos aprender todo lo que pueda soñar (dentro de límites razonables).
Proxima B en órbita alrededor de Proxima Centauri, según lo presentado por el artista. Con la ayuda de futuros telescopios de 30 metros, podemos verlo directamente, pero no tan bellamente como en la imagen.Para empezar, lidiemos con las malas noticias. El sistema estelar más cercano es
Alpha Centauri , se encuentra a solo 4 años luz de nosotros. Se compone de tres estrellas:
- Alpha Centauri A, una estrella de clase G, como el Sol;
- Alpha Centauri B, una estrella Clase K más fría y menos masiva, gira en torno a Alpha Centauri A en órbita comparable a las órbitas de nuestros gigantes gaseosos;
- Proxima Centauri, una estrella de clase M mucho más fría y menos masiva que tiene al menos un planeta del tamaño de la Tierra.
Puede haber muchos más planetas alrededor de este sistema estelar triple, pero serán pequeños y la distancia entre ellos y las estrellas será enorme.
Nuevo sistema óptico de 5 espejos ELT. Antes de entrar en instrumentos científicos, la luz se refleja desde un espejo principal segmentado cóncavo de 39 metros (M1), y luego se refleja desde dos espejos posteriores de 4 metros, convexo M2 y cóncavo M3. Los dos últimos espejos, M4 y M5, forman un sistema óptico adaptativo, que permite obtener imágenes extremadamente nítidas en el último plano focal. La potencia de la luz y la resolución angular de 0.005 "de este telescopio serán mejores que cualquier otra en la historia.El telescopio más grande de todos los que se está construyendo, ELT, tendrá 39 m de diámetro, lo que significa una resolución angular máxima de 0.005 segundos de arco; 60 segundos de arco son 1 minuto de arco, y 60 minutos de arco son 1 grado. Si coloca un planeta del tamaño de la Tierra junto a Proxima Centauri, la estrella más cercana a nuestro Sol, ubicada en 4.24 años luz, su diámetro angular será de 67 microsegundos angulares (μas), lo que significa que incluso con nuestro mejor telescopio en construcción, la resolución será 74 veces peor de lo necesario para ver un planeta del tamaño de la Tierra.
Todo lo que podemos esperar es el único píxel saturado cuya luz penetra en los píxeles vecinos que lo rodean, y esto está en las cámaras más avanzadas con la máxima resolución. Visualmente, esto será una gran decepción para todos los que esperaban obtener una hermosa vista como lo que está presente en las ilustraciones de la NASA.
El exoplaneta Kepler-186f, cuyas propiedades, tal vez, son similares a la Tierra, en opinión del artista. Sin embargo, tales ilustraciones son especulativas, y los datos futuros no nos darán especies similares a esta.Sin embargo, las malas noticias terminan aquí. Usando un
coronógrafo , podemos bloquear la luz de la estrella madre y observar la luz directamente desde el planeta mismo. Por supuesto, obtenemos la luz por píxel, pero no será un píxel fijo e inmutable. Podemos seguir la luz de tres maneras diferentes:
- En varios colores, fotométricamente, desde donde aprendemos las propiedades ópticas generales de cualquier imagen del planeta.
- Espectroscópicamente, lo que nos permitirá dividir la luz en diferentes longitudes de onda y buscar signos de la presencia de ciertas moléculas y átomos en la superficie y en la atmósfera.
- Midiendo los cambios de los dos puntos anteriores con la rotación del planeta alrededor del eje y en órbita, obtenemos características temporales.
A partir de un solo píxel de luz, podemos determinar una gran cantidad de propiedades de cualquier mundo estudiado. Y aquí están algunos de ellos.
Exoplaneta con luna girando a su alrededorAl medir el reflejo del planeta de la luz durante su movimiento orbital, obtenemos información sobre muchos fenómenos, algunos de los cuales observamos en la Tierra. Si diferentes hemisferios del mundo tienen un
albedo (reflectividad) diferente y el mundo gira de alguna manera, excepto cuando está conectado a una estrella en una relación 1: 1, podemos ver una señal periódica que aparece cuando el planeta gira hacia su estrella en el otro lado.
En un mundo con continentes y océanos, la señal se elevará y disminuirá a diferentes frecuencias, correspondientes a aquellas partes que reflejarán la luz directa hacia nuestros telescopios.
Ya se han descubierto cientos de candidatos a planetas en los datos recopilados y publicados por el telescopio espacial TESS, diseñado para abrir los exoplanetas por el método de tránsito. La imagen muestra los tres más interesantes, y muchos más aparecerán detrás de ellos.¿Y si hay nubes y fenómenos atmosféricos en el planeta que bloquean y reflejan la luz? Luego, el clima cambiante nos permitirá extraer esta señal cuando observemos cómo cambia la capa de nubes con el tiempo, superponiendo su efecto sobre otros efectos. Las nubes también tendrán ciertas características moleculares que muestran si están compuestas de ácido sulfúrico, gotas de agua, metano u otro material volátil.
Gracias a las capacidades de observación directa, podremos medir directamente los cambios climáticos en un planeta fuera de nuestro sistema solar.
Imágenes compuestas de la "Bola Azul" de 2001-2002, creadas por el espectroradiómetro MODIS.La vida será más difícil de detectar, pero si hay un exoplaneta en el que hay vida similar a la terrestre, veremos algunos cambios estacionales específicos en él. La rotación de la Tierra alrededor de su eje significa que en invierno, cuando nuestro hemisferio se aleja del Sol, aumentan las capas polares, aumenta la reflectividad de los continentes cubiertos de nieve a latitudes más bajas, y el mundo se vuelve menos verde.
En verano, por el contrario, nuestro hemisferio mira al Sol. Las capas polares están disminuyendo, los continentes están adquiriendo un color verde que domina la vida vegetal de nuestro planeta. Cambios estacionales similares afectarán la luz de cualquier exoplaneta que fotografiemos, lo que nos permitirá juzgar no solo los cambios estacionales, sino también los cambios porcentuales en la distribución del color y la reflectividad.
En esta captura de Titán, la niebla y la atmósfera de metano se muestran en azul translúcido, y las características de la superficie son visibles. Para crear la imagen, se utilizaron imágenes en los rangos ultravioleta, óptico e infrarrojo.Las características planetarias y orbitales también deben aparecer. A menos que observemos el tránsito del planeta desde nuestro punto de vista, cuando el planeta pase exactamente entre nosotros y su estrella, no sabremos la orientación de su órbita. Es decir, no reconocemos su masa; Solo sabremos la combinación de masa y ángulo de inclinación de la órbita.
Pero si medimos el cambio en su luz con el tiempo, podemos calcular cómo deberían verse sus fases y cómo cambian. Podemos utilizar esta información para determinar su masa y su inclinación orbital, así como la presencia o ausencia de lunas grandes. Incluso desde un solo píxel, restando los cambios en la luz con respecto al color, la capa de nubes, la rotación y los cambios estacionales, podemos obtener toda esta información.
Las fases de Venus visibles desde la tierra son similares a las fases de un exoplaneta que orbita su estrella. Si su lado "nocturno" tendrá ciertas propiedades de temperatura, a las cuales el telescopio James Webb es sensible, podemos determinar si tiene una atmósfera, así como sus componentes.Finalmente, la observación directa y el análisis espectroscópico deberían mostrarnos los componentes de la atmósfera, qué moléculas y átomos hay en ella.
Esto es importante por muchas razones. Sí, la gran esperanza obvia es encontrar una atmósfera rica en oxígeno, posiblemente incluso con una molécula de nitrógeno inerte pero extendida, lo que dará una atmósfera verdaderamente terrestre. Pero podemos ir más allá buscando agua. Se pueden buscar otros signos de vida potencial, como el metano y el dióxido de carbono. Otra consecuencia interesante que se subestima hoy en día es la capacidad de examinar directamente las súper-tierras. ¿Cuáles tienen cubiertas gigantes de hidrógeno y helio, y cuáles no?
La clasificación de los planetas es rocosa, similar a Neptuno, similar a Júpiter, estrella. El límite entre los planetas similares a la Tierra y Neptuno es borroso.Si realmente queremos ver los detalles de un planeta ubicado fuera de nuestro sistema solar, necesitaremos un telescopio cientos de veces más grande que el más grande de los planeados: varios kilómetros de diámetro. Y hasta ese día, podemos esperar información sobre muchas cosas importantes relacionadas con los mundos terrestres más cercanos en nuestra galaxia. TESS ya está encontrando nuevos planetas. James Webb se ha completado y está esperando ser lanzado en 2021. Se están construyendo tres telescopios de 30 metros, y el primero (GMT) debería comenzar en 2024, y el más grande (ELT), para ver la primera luz en 2025. En diez años tendremos luz directa (óptica o infrarroja) ) datos sobre docenas de mundos, del tamaño de la Tierra o un poco más grandes, ubicados fuera de nuestro sistema solar.
Un solo píxel puede parecer insignificante, pero piense en cuánto podemos aprender (sobre estaciones, clima, continentes, océanos, capas polares, incluso vida) y se sorprenderá.
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