¿Pueden los telescopios de próxima generación ver que la Tierra tiene vida?

Si bien la Tierra absorbe mucha energía del sol, gran parte de ella se refleja de regreso al espacio. La luz del sol reflejada por la tierra se llama sol. Podemos verlo en la parte oscura de la luna durante la luna creciente. El Farmer’s Almanac dijo que se llamaba «La luna nueva está en los brazos de la luna vieja.»

El brillo de la Tierra es un ejemplo de brillo planetario, y cuando miramos la luz de exoplanetas distantes, estamos mirando directamente el brillo de los planetas sin rebotar en otro objeto.

Si los astrónomos distantes ven el brillo de la Tierra de la misma manera que vemos el brillo de los exoplanetas, ¿les dice la luz que nuestro planeta está repleto de vida?

En los próximos años, se pondrán en funcionamiento una serie de telescopios avanzados. Junto con el JWST, nos brindarán el tipo de imágenes que los científicos han estado esperando ansiosamente durante décadas. gracias tierra Telescopio Europeo Muy Grande Y Telescopio Magallanes Gigantey el siguiente Amante telescopio espacial, entraremos en la era de los exoplanetas con imágenes en vivo. Los científicos deben prepararse para todas estas observaciones y datos a fin de estar listos para interpretarlos.

Esperamos que estos futuros telescopios permitan a los astrónomos caracterizar más y más exoplanetas similares a la Tierra. Pero la única forma en que nuestras descripciones de estos planetas pueden ser precisas es si nuestros modelos son precisos. Dado que la Tierra es el único planeta que conocemos que alberga vida y el único planeta habitable con características conocidas, es nuestro único caso de prueba y el único recurso para que los astrónomos validen sus modelos.

Aquí es donde entra Earthshine.

Para los astrónomos distantes, puede parecer que tanto Venus como la Tierra están ubicados en la zona habitable de nuestro Sol.  Pero sus planetas son diferentes.  Estamos en la misma situación cuando observamos algunos sistemas solares distantes, y medir la polarimetría puede ayudarnos a comprender las diferencias entre los planetas muertos y los planetas que albergan vida.  Crédito de la imagen: Imagen de la Tierra: NASA/tripulación del Apolo 17. Imagen de Venus: NASA
Para los astrónomos distantes, puede parecer que tanto Venus como la Tierra están ubicados en la zona habitable de nuestro Sol. Pero sus planetas son diferentes. Estamos en la misma situación cuando observamos algunos sistemas solares distantes, y medir la polarimetría puede ayudarnos a comprender las diferencias entre los planetas muertos y los planetas que albergan vida. Crédito de la imagen: Imagen de la Tierra: NASA/tripulación del Apolo 17. Imagen de Venus: NASA

En un nuevo artículo, un equipo de investigadores investiga cómo se puede usar el resplandor de la Tierra para construir modelos precisos de rayos planetarios. el papel «Firmas polarizantes de un mundo habitable: comparación de modelos de exoplanetas con los espectros de brillo visible e infrarrojo cercano de la Tierra.. El autor principal es Kenneth Gordon, estudiante graduado en el Grupo de Ciencias Planetarias de la Universidad de Florida Central.El artículo ha sido aceptado en The Astrophysical Journal.

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Estamos descubriendo un número cada vez mayor de planetas rocosos en zonas potencialmente habitables alrededor de exoplanetas. Pero para acercarnos a entender si son habitables, necesitamos describir sus superficies. Los astrónomos tienen herramientas limitadas para hacer esto, a menudo estudiando la luz de los planetas cuando pasan frente a su estrella o detectando el flujo directamente desde el planeta.

Estos métodos funcionan para grandes planetas gaseosos. Pero es difícil en los planetas rocosos, y los planetas rocosos son lo que nos importa. Los grandes planetas gaseosos tienen atmósferas hinchadas que facilitan el estudio espectral. Y emiten o reflejan más luz debido a su tamaño, lo que les otorga un mayor flujo en la imagen directa. Pero los planetas rocosos tienen atmósferas mucho más pequeñas, lo que los hace más difíciles de estudiar mediante espectroscopia. Debido a que son más pequeños, su flujo también es menor, lo que los hace más difíciles de disparar directamente.

A medida que nuestros telescopios se vuelvan más potentes, superarán algunos de estos obstáculos para caracterizar los exoplanetas rocosos. Este nuevo artículo es parte de cómo se está preparando la comunidad astronómica.

En su artículo, los autores señalan cómo la poderosa teoría común de la Tierra ha obstaculizado sus esfuerzos para caracterizar completamente los exoplanetas similares a la Tierra. Caracterizar las atmósferas de estos planetas alrededor de estrellas enanas frías requiere largos períodos de observación. En un artículo anterior, un equipo separado de investigadores mostró que JWST necesitaría monitorear más de 60 tránsitos de uno de los exoplanetas rocosos bien conocidos TRAPPIST-1 para detectar niveles de ozono similares a los de la Tierra.

La impresión de este artista de la supertierra LHS 1140b, que orbita una estrella enana roja a 40 años luz de la Tierra y puede ser el nuevo poseedor del título. "El mejor lugar para buscar señales de vida fuera del sistema solar".  Este mundo es un poco más grande y mucho más masivo que la Tierra y probablemente ha conservado la mayor parte de su atmósfera.  La polarimetría puede desempeñar un papel en la determinación de sus propiedades superficiales.  Crédito de la imagen: ESO/M. Kornmisser
La impresión de este artista muestra el planeta súper-Tierra LHS 1140b, que orbita una estrella enana roja a 40 años luz de la Tierra y puede ser el nuevo destinatario del título de «Mejor lugar para buscar signos de vida fuera del Sistema Solar». Este mundo es un poco más grande y mucho más masivo que la Tierra y probablemente ha conservado la mayor parte de su atmósfera. La polarimetría puede desempeñar un papel en la determinación de sus propiedades superficiales. Crédito de la imagen: ESO/M. Kornmisser

Utilizando el espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec) y el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) de JWST, descubrieron que se necesitarían más de 60 tránsitos para 1b y más de 30 tránsitos para 1c y 1d para detectar la Tierra actual.
niveles de ozono (O3) en estos planetas «, escribieron los autores. Este es un gasto significativo de tiempo de monitoreo.

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JWST también se enfrentará a lo que los astrónomos llaman descomposición. «… una serie de aberraciones seguirán estando presentes en las caracterizaciones de los mundos habitables por JWST, como la distinción entre el grosor óptico y las distribuciones de tamaño de partículas de las nubes», escribieron.

Los investigadores se centran en medir la polarización en su trabajo. En resumen, la polarimetría es la medición de la luz polarizada que ha sido afectada de alguna manera por los materiales a través de los cuales pasa, es reflejada, refractada o desviada por ella. La polarimetría es también la interpretación de las medidas.

Medir la polarización podría ser la clave para romper el hielo entre nuestros telescopios avanzados y los pequeños planetas rocosos que queremos estudiar. También puede reducir el tiempo de monitoreo requerido. «La polarimetría es una técnica poderosa que tiene el potencial de descomponer estas aberraciones porque evalúa los aspectos físicos de la luz que no se miden en la fotometría aparte de la polarización o la espectroscopia».

La polarimetría es poderosa porque es muy sensible a las propiedades de la atmósfera del exoplaneta. Ha demostrado su eficacia en el estudio de nuestro sistema solar, incluido Venus, que está rodeado de nubes. «La medición de la polarización ha ayudado a caracterizar los objetos del sistema solar, incluidas las nubes de Venus y los planetas gigantes gaseosos, así como las diversas condiciones heladas de las lunas galileanas», explican los autores. La polarimetría ha sido tan efectiva en el estudio de Venus que algunos la quieren Construcción de radares polares Para estudiar completamente el planeta.

El problema es que los astrónomos no tienen modelos polares precisos de exoplanetas que les ayuden a dar sentido a lo que ven cuando estudian planetas con polos polares. Los modelos existen, pero deben probarse y validarse con planetas reales, y ahí es donde entra la Tierra. «Hasta la fecha, la Tierra es el único planeta ‘similar a la Tierra’ conocido y observado y, por lo tanto, sirve como criterio para inferir firmas biológicas de la vida tal como la conocemos hoy», dicen los autores.

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Esta imagen muestra el espectro de transmisión de una atmósfera similar a la de la Tierra.  Muestra las longitudes de onda de la luz solar absorbida por moléculas como el ozono (O3), el agua (H2O), el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4).  Descubrir los cuatro podría ser pan comido porque la vida existe.  Crédito de la imagen: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Esta imagen muestra el espectro de transmisión de una atmósfera similar a la de la Tierra. Muestra las longitudes de onda de la luz solar que son similares a las moléculas de ozono (O3), agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) chupar. Descubrir los cuatro podría ser pan comido porque la vida existe. Crédito de la imagen: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Según los investigadores, el brillo de la Tierra es la clave para esto. «Los estudios de flujo luminoso y espectros de infrarrojo cercano (NIR) revelan firmas de biodiagnóstico de la Tierra, que incluyen Vegetación de borde rojo (VRE), brillo oceánico y características espectrales del oxígeno atmosférico y el óxido de agua. Otros estudios también han demostrado que la polarimetría puede hacer una contribución efectiva a estas observaciones.

La luz que se refleja en la Tierra está polarizada, pero después de rebotar en la Luna, se despolariza. Los autores corrigieron esto en su trabajo. Estudiaron cinco tipos diferentes de superficies planetarias bajo cielos despejados y cielos nublados. También observaron diferentes tipos de nubes con diferentes tamaños de partículas.

El punto principal del estudio fue comparar dos modelos existentes diferentes que los astrónomos pueden usar para interpretar la polarimetría y medir su precisión. Uno se llama DAP y el otro se llama VSTAR. El equipo usó ambos para interpretar y luego comparar sus datos de polarimetría.

Esta cifra del estudio ayuda a explicar parte del trabajo y los hallazgos del equipo. Ambos paneles contienen datos de polarización simulada de dos exoplanetas. El panel de la izquierda es para el planeta Tierra sin nubes y con una superficie boscosa. El panel de la derecha es un planeta alrededor con una sola capa de nube de agua. El panel izquierdo compara cómo los dos modelos detectan H2O, y el panel derecho compara cómo O2. Como muestran las imágenes, ambos modelos coinciden ampliamente entre sí. Crédito de la imagen: Gordon et al. 2023.

Este tipo de investigación muestra cuánto trabajo se dedica a un esfuerzo científico. Si bien los títulos de astronomía pueden hacer que las cosas parezcan simples, son complejas. Hay mucho más que solo apuntar poderosos telescopios a objetos distantes y luego mirar las imágenes. Se necesita un esfuerzo dedicado de miles de personas durante décadas para que la astronomía funcione. Hay mucho en juego, y si un día un equipo de astrónomos dice: «¡Lo logramos! ¡Descubrimos un planeta con vida!», sería porque un trabajo tan detallado y complejo como este no genera muchos titulares.

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