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29/2/12 - DJ:

Observar la Tierra ayuda a estudiar exoplanetas

T.E.L: 7 min. 44 seg.

Observando la Luna con el Very Large Telescope (VLT) de ESO, los astrónomos han encontrado evidencia de vida en el Universo...en la Tierra.


Encontrar vida en nuestro planeta puede parecer una observación trivial, pero el nuevo enfoque de un equipo internacional puede llevar a futuros descubrimientos de vida en otros lugares del Universo. El trabajo se describe en un artículo que aparecerá en el número de la revista Nature del 1 de marzo de 2012.

“Utilizamos un truco llamado observación earthshine (en inglés, brillo de la Tierra) para mirar la Tierra como si fuera un exoplaneta,” afirma Michael Sterzik (ESO), autor principal del artículo [1]. “El Sol brilla sobre la Tierra y esa luz se refleja de nuevo sobre la superficie de la Luna. La superficie lunar actúa como un enorme espejo y refleja la luz de la Tierra de vuelta hacia nosotros — y eso es lo que hemos observado con el VLT”.

Los astrónomos analizan la débil luz reflejada por la Tierra buscando indicadores, como ciertas combinaciones de gases en la atmósfera de la Tierra [2], los delatores de la presencia de vida orgánica. Este método hace de la Tierra un punto de referencia para la futura búsqueda de vida en planetas más allá del Sistema Solar.

Las huellas de vida, o biomarcadores, son difíciles de encontrar con métodos convencionales, pero el equipo ha sido pionero al aplicar un nuevo enfoque más sensible. En lugar de limitarse a observar cuán brillante es la luz reflejada en diferentes colores, también observan la polarización de la luz [3], una técnica denominada espectropolarimetría. Aplicando esta técnica al brillo de la Tierra observado con el VLT, pueden verse con claridad los biomarcadores en la luz reflejada desde la Tierra.


Fig. 2: Cuando la Luna aparece como una fina creciente en el crepúsculo de la Tierra es usualmente posible ver que el resto del disco también está brillante débilmente. Este fenómeno es llamado "brillo de la Tierra" o Earthshine. Es debido a la luz solar reflejada por la Tierra e iluminando a la superficie de la Luna. Luego de la reflexión de la Tierra, los colores de la luz mostrados como un arco iris en esta imagen, cambian significativamente. Al observar este efecto, los astrónomos pueden estudiar las propiedades de la luz reflejada por la Tierra como si fuera un exoplaneta y buscar señales de vida. La luz reflejada también está fuertemente polarizada y al estudiar esa polarización así como la intensidad en diferentes colores permite pruebas más sensibles de la presencia de vida. ESO/L. Calçada


Stefano Bagnulo (Observatorio de Armagh, Irlanda del Norte, Reino Unido), co-autor de este estudio, explica las ventajas: "La luz de un exoplaneta distante es difícil de ver debido al brillo de la estrella anfitriona, con lo cual es muy difícil analizarla — casi tan complicado como intentar estudiar un grano de polvo junto una potente bombilla. Pero la luz reflejada por un planeta se polariza, mientras que la de la estrella no. Por tanto las técnicas polarimétricas nos ayudan a capturar la débil luz reflejada de un exoplaneta proveniente de su deslumbrante estrella."

El equipo estudió tanto el color como el grado de polarización de la luz de la Tierra tras ser reflejada por la Luna, como si la luz viniera de un exoplaneta. Consiguieron deducir que la atmósfera de la Tierra es parcialmente nubosa, que parte de su superficie está cubierta de océanos, y que — y esto resulta crucial — hay vegetación. Pudieron incluso detectar cambios en la cobertura de nubes y en la cantidad de vegetación en diferentes momentos, dado que la luz reflejada por la Luna provenía de diferentes partes de la Tierra.

“Encontrar vida fuera del Sistema Solar depende de dos cosas: en primer lugar, de que esa vida exista y, en segundo, de que contemos con la suficiente capacidad técnica para detectarla” añade el co-autor Enric Palle (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, España). “Este trabajo es un paso adelante en el camino para alcanzar esas capacidades.”

"La Espectropolarimetría puede, en última instancia, decirnos si la vida vegetal más simple — basada en procesos de fotosíntesis — ha emergido en algún otro lugar del Universo," concluye Sterzik. “Pero, por supuesto, no estamos buscando pequeños seres verdes ni evidencias de vida inteligente”.

La próxima generación de telescopios, como el E-ELT (European Extremely Large Telescope), podría ser capaz de darnos la extraordinaria noticia de que la Tierra no está sola como portadora de vida en el vasto Universo.


http://youtu.be/i89CsfUwcOU


F.A.Q
En un sitio web del astrónomo a cargo de esta investigación, Michael, Sterzik, el científico incluye una animación titulada La Tierra en el tiempo: Un mes en la Luna. Se trata de una simulación que va desde el 20 de enero de 2012 al 19 de febrero del corriente. Se puede descargar el video desde el sitio de M. Sterzik y lo alojé en YouTube.

Allí mismo el investigador agrega una suerte de "Preguntas frecuentes" sobre el tema que aquí traduzco porque puede ayudar a entender el tema.

1. ¿Por qué se realizó esta investigación? ¿Se hizo para obtener algo para usar en el estudio de exoplanetas?
Señala que la motivación del trabajo es establecer una técnica viable para estudiar y analizar las atmósferas y superficies de exoplanetas y, en particular, biomarcadores. Sin embargo, estamos convencidos que la utilización de la Tierra como el único ejemplo de planeta que hospeda vida es esencial para ser usado como referencia para exoplanetas similares a la Tierra.

2. ¿Por qué usan la espectropolarimetría?
La mayoría de las observaciones astronómicas miden el brillo (o intensidad) de la luz que viene de estrellas y otros objetos, usualmente extendiendo la luz al familiar arco iris de colores que nos brinda de información sobre la naturaleza de los cuerpos emisores, como su temperatura y composición química. Por ejemplo, las estrellas que parecen predominantemente blancas o azules tienden a ser más calientes que las que parecen ser rojas o amarillas, como el Sol. Este nuevo trabajo explota una diferente propiedad de la luz, llamara polarización, que nos dice no sólo cuán brillante parece un objeto, sino también la dirección de la oscilación de las ondas electromagnéticas. Esto puede revelar a veces más acerca de la fuente y los materiales a través de los cuales pasó la luz en su viaje a la Tierra.
Hay muchos ejemplos de polarización a nuestro alrededor. Ocasionalmente, necesitamos orientar la antena del televisor para recibir una señal de un transmisor particular. Al hacerlo, estamos alineando la antena para que recoja mejor la señal polarizada vertical u horizontal. La luz reflejada por ciertas superficies como un camino mojado, un lago, está polarizada y algunas personas habrán notado que los lentes polarizados suprimen parte de la luz reflejada. En el caso de la luz reflejada llamada Earthshine, puede decirnos sobre propiedades de la atmósfera y superficie de la Tierra.

3. ¿Cuál es la diferencia en el espectro de luz que ha rebotado a la Tierra desde la Luna y la luz que la Tierra refleja? ¿Por qué esto importa para estudiar exoplanetas?
Usamos la Luna como un espejo gigante. Es la única manera de ver la Tierra tal como luce desde el espacio pero observando desde aquí mismo! Desafortunadamente, la Luna no es un espejo ideal y la señal que nos interesa (la luz reflejada polarizada) es modificada al rebotar desde la Luna. La superficie lunar amortigua la señal que nos interesa en un factor de 3 y esto debe ser tenido en cuenta cuando nuestros resultados son usados como punto de referencia para estudiar exoplanetas.


Fig. 3: Esta vista muy realística de la Luna es una presentación basada en mapas detallados de la reflectividad y altura de la superficie luna de la sonda de NASA LRO. La brillante luna creciente es directamente iluminada por el Sol, pero el resto del disco brilla muy difusamente por la luz reflejada de la Tierra, el earthshine. ESO/NASA/M. Kornmesser


4. ¿Qué son los biomarcadores?
No esperamos ver formas inteligentes de vida con nuestros telescopios, pero esperamos detectar características asociadas con la vida, por ejemplo gases como el oxígeno, ozono, metano y dióxido de carbono. Mientras esos gases podrían ocurrir sin la presencia de vida, su simultánea presencia con las abundancias lejanas al equilibrio químico son sólo compatibles con la existencia de vida. Si desapareciéramos bruscamente, esos gases reaccionarían rápidamente unos con otros y esos "biomarcadores" también lo harían.

5. ¿Cómo usaría un científico esta técnica para estudiar un exoplaneta? ¿Necesita observación continua? ¿Cuán detallada sería la imagen que esto podría darnos de la atmósfera de un exoplaneta y su potencia bioesfera?
Una caracterización aproximada de las atmósferas de gigantes exoplanetas está al alcance con los actuales instrumentos y telescopios. Para una caracterización más refinada necesitamos esperar la próxima generación de telescopios extremadamente grandes. La detección de características espectroscópicas (como el oxígeno, ozono, agua o un equivalente del Índice de vegetación de diferencia normalizada o NDVI) que permita inferir bioseñales en planetas como la Tierra sería más desafiante.

6. ¿Por qué estas técnicas de espectro-polarimetría en particular es buena para estudios desde la superficie de exoplanetas?
Mientras la precisión de la intensidad (normal) del espectro es afectada por la atmósfera de la Tierra al observar con telescopios de superficie, las señales de espectro-polarimetría son menos afectadas por las perturbaciones atmosféricas debido a su intrínseca medición diferencial. Así, la espectro-polarimetría con muy grandes telescopios podría ser una interesante alternativa a las misiones en el espacio para la caracterización de exoplanetas.

7. ¿Qué labor de seguimiento se ha planificado?
Continuaremos observando la Tierra como un punto de referencia de planeta con vida. Planeamos obtener una mejor fase de cobertura (por ejemplo, observar la Tierra bajo muchas condiciones diferentes) y en particular seguir el brillo polarizado que el Sol refleja en el océano. Nuestro objetivo inmediato es comparar el espectro observado con modelos teóricos de la atmósfera y superficie de la Tierra, así como mejorar los modelos y finalmente aplicarlos a las observaciones de exoplanetas.


Notas
[1] El brillo de la Tierra o earthshine, puede verse fácilmente a simple vista y resulta espectacular a través de unos prismáticos. Puede verse mejor cuando la Luna está en su fase fina creciente, unos tres días antes o después de la Luna Nueva. Al igual que su brillante fase creciente, el resto del disco lunar es visible, sutilmente iluminado por el brillo de la Tierra en el cielo lunar. Un concepto relacionado es el de albedo.

[2] En la atmósfera de la Tierra, los principales gases biológicos que se producen son el oxígeno, el ozono, el metano y el dióxido de carbono. Pero estos gases pueden producirse de manera natural en la atmósfera de un planeta sin la presencia de vida. Lo que constituye un biomarcador es la presencia simultánea de esos gases en cantidades que solo son compatibles con la presencia de vida. Si súbitamente la vida desapareciera y no se continuasen creando esos gases, estos reaccionarían y se recombinarían. Algunos desaparecerían rápidamente y los biomarcadores característicos desaparecerían con ellos.

[3] Cuando la luz se polariza, sus campos magnético y eléctrico tienen una orientación específica. En la luz no polarizada la orientación de los campos es aleatoria y no tiene una dirección determinada. El truco utilizado en algunos cines 3D implica el uso de luz polarizada: las gafas filtran la luz polarizada que se envía a nuestros ojos izquierdo y derecho, recibiendo imágenes separadas realizadas con diferente luz polarizada. El equipo midió la polarización utilizando un modo especial del instrumento FORS2 en el VLT.


Fuentes y links relacionados

  • Esta investigación fue presentada en un artículo, “Biosignatures as revealed by spectropolarimetry of Earthshine (Biomarcadores revelados por espectropolarimetría del brillo de la Tierra)”, por M. Sterzik et al. y aparecerá en la revista Nature del 1 de marzo de 2012. Se puede acceder al paper desde el comunicado científico de ESO (ver debajo).
  • ESO: VLT Redescubre la Vida sobre la Tierra
    En el comunicado de prensa de ESO hay más materiales adicionales. Agradecemos a ESO su labor divulgativa.
  • Spectropolarimetry of the Earthshine, por M. Sterzik.




Sobre las imágenes
  • Fig. 1: Vista de la Luna creciente sobre el Observatorio Paranal en Chile tomada el 27 de octubre de 2011. También aparecen en la imagen los planetas Mercurio y Venus.
    Créditos: ESO/B. Tafreshi/TWAN (twanight.org).
  • Fig. 2: Crédito: ESO/L. Calçada.
  • Fig. 3: Crédito: ESO/NASA/M. Kornmesser.




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