domingo, 25 de septiembre de 2016

TERRA INCOGNITA. El libro de la búsqueda de los Exoplanetas Habitables.

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Desde que en marzo de 2016 decidí crear mi modesto blog de "Exoplanetas Habitables" no he parado de escribir. La verdad es que comencé improvisadamente y sin demasiada convicción, un poco por diversión, pero esto engancha y cada día me vuelco más. Me fascina, es algo que uno no puede evitar, y es que estos últimos 20 años de aventura apasionante de los exoplanetas han superado mis expectativas más optimistas.

Me ha sorprendido muy gratamente la recepción que ha recibido el blog. Para agradecer el cariño recibido he pensado que podía ser interesante compilar en este libro las primeras 50 entradas. Por supuesto, este libro está dedicado a las personas que me leen y que me animan a seguir escribiendo, que son más de las que nunca habría esperado en un blog que, como este acaba de nacer, y especialmente a mi familia, que me aguanta con mis chifladuras. También tengo que recordar a todos los participantes del foro @Astroseti en el que escribo habitualmente, y en particular al infatigable Pochimax por ser siempre una fuente de inspiración.


Mi objetivo no es otro que disfrutéis leyendo tanto como yo he disfrutado escribiendo. El libro es gratuito y, al igual que los contenidos del blog, se ceden bajo licencia Creative Commons, es decir, lo podéis copiar tanto como queráis siempre y cuando no obtengáis un beneficio comercial del mismo (que yo esto lo hago por gusto). No abrigo en este libro ningún interés económico, de hecho, podéis comprobar que ni el libro ni el blog tienen publicidad alguna.

El nombre elegido para el libro es "TERRA INCOGNITA" y quiere rendir tributo a los navegantes de los mares del sur del siglo XVI, que, como nosotros, buscaban incansablemente una Tierra desconocida, una "Terra Incognita Australis". Entonces los teóricos pensaban que en el hemisferio sur de la Tierra había demasiados mares, y que para corregir esta situación tenía que haber tierras no conocidas en el sur que compensaran a las tierras del hemisferio norte. La teoría no era muy correcta pero empujó a los esforzados navegantes a terminar encontrando nuevas tierras, ya entrado el siglo XVII, a las que llamaron Australia.

Hoy los teóricos aseguran que podría haber vida en otras tierras más allá del Sistema Solar. Quién sabe, es posible que esta aventura emocionante de los exoplanetas y la búsqueda de una "Terra Incognita Estelaris" pueda algún día culminar en algo parecido a la visión de un Nuevo Mundo, una Terra Nova.

Raúl Alvarez. @Ralvar314

exoplanetashabitables.blogspot.com.es






El reflejo de los mares es muy difícil de obtener en Proxima b.

El reflejo de la luz del Sol sobre los océanos de la Tierra (Glint, en inglés), puede ocurrir también en los exoplanetas, poniendo de manifiesto la presencia de océanos. Es decir, podría ser un método sencillo para identificar océanos en los exoplanetas. La idea fue ya sugerida por Carl Sagan en los años 90.

El reflejo del Sol en los mares supone una aumento de la luminosidad del planeta. En un exoplaneta es una evidencia de mares en la superficie. (Fuente: NASA)


Un objetivo importante en el estudio de planetas extrasolares es la detección de un mundo "habitable", entendido como un planeta capaz de mantener océanos de agua líquida en su superficie. Un indicador directo de agua en la superficie es la reflexión especular de la luz, como en un espejo. Los líquidos se distinguen de otras superficies reflectantes por su contraste entre débil reflectancia especular en la mayoría de los ángulos de incidencia y el fuerte reflejo al incidir la luz en determinados ángulos.

Como sabéis, Stephan et al. (2010) utilizaron la reflectividad de los líquidos al observar Titán en determinados ángulos de iluminación. De esta forma, el reflejo del Sol sobre el mítico Mar del Kraken proporcionó una evidencia de lagos en la superficie de Titán.

El creciente de Titán muestra el reflejo del Sol sobre el misterioso Mar del Kraken. (Fuente: NASA/Stephan 2010).

Cuando el exoplaneta se acerca a la fase creciente el brillo del océano aumenta en relación con la fracción de disco iluminado y la reflectividad. Sin embargo, no faltan las dificultades. La dispersión de la luz por las nubes puede producir también reflejos y el reflejo de la luz sobre el mar puede obscurecerse por la dispersión de Rayleigh y la absorción atmosférica.

Por supuesto este efecto se ha observado también en la Tierra. Williams y Gaidos (2008), construyeron un modelo para predecir este fenómeno en la Tierra a lo largo de una órbita. Su modelo mostró que aumentaba la reflectividad de la Tierra en la fase creciente. No obstante, encontraron dificultades al incluir varios efectos, como la dispersión de Rayleigh y el hecho de que las nubes no reflejan la luz en todas direcciones, sino que las gotas de líquido y cristales de hielo preferentemente dispersan la luz en la dirección de la luz incidente, imitando el reflejo del mar.

Tyler Robinson y Victoria Meadows mostraron en 2010 un modelo que solucionaba estos defectos y mostraron que aumentaba el brillo de la Tierra en un 100% durante la fases crecientes como consecuencia del reflejo. Este efecto era más fuerte en las longitudes de onda que no se ven afectadas por la dispersión de Rayleigh y la absorción atmosférica, por ejemplo en el infrarrojo cercano. Se llegó a comentar que el JWST, el nuevo telescopio espacial podría ser suficiente, siempre y cuando utilizara un ocultador externo, es decir, un starshade que mejorase el contraste.

"Un planeta con reflejos parece diferente de otro que no los tiene y eso detectable con la tecnología actual" aseguraba Tyler Robinson.

El reflejo del Sol sobre los Grandes Lagos. (Fuente: NASA).


Sin embargo, en 2012 Cowan y Abot utilizaron modelos climáticos globales para identificar falsos positivos en las curvas de luz. Utilizando un modelo que no tenía en cuenta el efecto de los reflejos en los mares obtuvieron variaciones similares. Podía ser consecuencia del aumento de la reflectividad con la latitud, como consecuencia de que en la cercanía de los polos puede haber más hielo, pero durante el creciente hay más luz reflejándose en las latitudes altas y, por consiguiente, habría un aumento del brillo. Aunque un análisis espectroscópico podría diferenciar ambas situaciones.

Esquema del reflejo sobre Titán. La sonda estaba a 146 grados del Sol. (Fuente: Stephan 2010).


Pero hablemos de Proxima b.

¿Podría con esta técnica detectarse océanos si los hubiera en Proxima b?

Sigamos a Victoria Meadows et al. 2016:

Lo primero es que el planeta para mostrar el reflejo en los océanos debería tener algo parecido a una fase creciente. Debería estar "de canto" o, como mucho 30 grados para arriba o abajo. Si el contraste habitual está cerca de 1e-7, el momento del creciente debería tener un orden peor, en torno a 1e-8 y la diferencia en luminosidad debida al reflejo sería (Robinson 2010) un incremento del 100%. 1e-8 está muy lejos de las posibilidadesdel JWST que andan por 1e-5. Pero aunque se mejorase el contraste del instrumento, quizá con un starshade, el problema siempre sería la separación angular que en el momento del reflejo apenas será de 20 mas.

Habrá por tanto que esperar a telescopios con mucha mayor apertura.

2008. Williams y Gaidos estudian las posibilidades de detectar el reflejo.


2010. Robinson y Meadows estudia las posibilidades de detectar el reflejo.

2012. Cowan y Abot nos muestran que pueden producirse falsos positivos.

2015. Robinson testea sus modelos con datos observados de reflejos de la Tierra.

2016. Victoria Meadows nos explica las reducidas posibilidades de detectar el destello en Proxima b.


sábado, 24 de septiembre de 2016

Gliese 667 C, ¿una estrella con tres planetas potencialmente habitables?

En el Catálogo de Exoplanetas Habitables puede verse la lista de los 10 planetas que son los que tienen una habitabilidad más prometedora. Entre todos, la estrella Gliese 667 C destaca porque aporta, nada más y nada menos, que 3 planetas a la lista: Gliese 667 Cc,  Gliese 667 Cf y Gliese 667 Ce.

Los 10 planetas más prometedores del Catálogo de Habitabilidad Planetaria
(Fuente: PHL, Universidad de Puerto Rico en Arecibo)

La estrella Gliese 667 C, una enana roja (M1,5) con apenas el 31% de la masa del Sol, es la estrella más pequeña de un sistema triple, con el par Gliese 667 AB convenientemente alejado, a 230 UA. Gliese 667 es un sistema de estrellas muy cercano, a unos 23 años-luz aproximadamente.

Los planetas de esta estrella comenzaron en 2011 marcados por la controversia y, desde entonces, la discusión no los ha abandonado. Insisto en que no deberían decepcionarnos estas situaciones porque es la forma de avanzar de la Ciencia. Es algo normal que los resultados de un científico sean discutidos e, incluso, rebatidos. Estas cosas son las que hacen que la Ciencia sea realmente una materia interesante. Y, además, es divertido.


Así podría ser una panorámica desde Gliese 667 Cc. Se ven tres soles: Gliese 667 C, el más cercano, y más lejanos Gliese 667 A y B. (Fuente: ESO/ L. Calçada).



La historia empieza a finales de 2011 con el anuncio de Xavier Bonfils de los resultados del análisis de una muestra de 102 enanas rojas con el método de la velocidad radial. El estudio era el resultado del agotador trabajo que se llevaba a cabo desde 2003 con el magnífico espectrógrafo HARPS. En el artículo se habla brevemente de dos supertierras: la primera muy cercana a su estrella con un periodo de 7 días estaba demasiado caliente, pero la segunda con un periodo de 28 días parecía estar confortablemente instalada en la Zona Habitable de la estrella... El artículo de Bonfils anunciaba el hallazgo y para más detalles citaba un artículo en preparación de Delfosse que aún no estaba publicado. Aquello aunque no es inhabitual era un poco sorprendente: teníamos el anuncio de dos planetas muy interesantes de los que no se había explicado casi nada.


La primera solución propuesta por Guillem Anglada. (Fuente: PHL, Universidad de Puerto Rico en Arecibo)
Y es en febrero de 2012 cuando aparece (¡por fin!) un artículo detallando el descubrimiento de Gliese 667 Cb, Cc (y quizás Cd). Lo llamativo es que el artículo no era de Delfosse, sino de Guillem Anglada (el flamante descubridor de Proxima b), pero unos días después Delfosse publica el anuncio esperado mostrando el detalle prometido del descubrimiento de Gliese Cb y Cc.

¿Qué diantres estaba pasando aquí?

El debate estaba servido. Por un lado el equipo HARPS (al que la ESO obliga a hacer públicas sus observaciones periódicamente) acusaba a Guillem Anglada de falta de ética por tomar los datos públicos para anunciar un planeta basado en los datos HARPS, datos que tanto esfuerzo le había costado a Bonfils y Delfosse obtener. Todo el equipo de Ginebra había pasado muchos años construyendo el espectrógrafo HARPS, sin duda el mejor del mundo, luego durante años habían tomado pacientemente las mediciones de velocidad radial de cientos de estrellas, incluyendo las de Gliese 667 C, para que cuando llegaba el ansiado momento de la publicación de los resultados alguien se les adelantase...

Por otro lado, Guillem argumentaba que la extraña forma de anunciar el planeta por el equipo HARPS se debía simple y llanamente a que el planeta (este...) se les había pasado. Guillem además de muchas mediciones del HARPS obtuvo también datos de otros espectrógrafos menos potentes (HIRES y PFS), para tener más confianza en el resultado. Guillem, queriendo obtener aún más confianza estadística y perteneciendo a una institución europea vinculada al ESO, quiso tener unos pocos datos más. Para ello, realizó una petición a HARPS para observar Gliese 667 C. Cuando los miembros del equipo HARPS vieron maniobrar a Guillem se dieron cuenta del despiste y corrieron a publicar apresuradamente el planeta...


En los parámetros de Gliese 667 Cc destaca la excentricidad inferior a 0,27, posiblemente elevada.
(Fuente: PHL, Universidad de Puerto Rico en Arecibo)


Resumiendo, no tenemos claro quién descubrió este planeta Gliese 667 Cc, uno de los más prometedores en cuanto a habitabilidad se refiere. Bueno, supongo que lo que importa es que se descubrió un planeta cuya habitabilidad era realmente muy interesante. Además, había sido detectado por dos equipos independientes: el hallazgo era sólido.

Por si esto no fuera poco, además las señales de 7 y 28 días no aparecían solas. Siguiendo a Delfosse, cuando se eliminaban estos dos planetas de los datos observados, junto a una tendencia posiblemente producida por la influencia de Gliese 667 AB, los residuos mostraban cierta estructura, de hecho, aparecían varias señales con 91, 105, 122, 185 y 364 días. Cuando se eliminaba alguna de ellas, desaparecían todas. Eran lo que técnicamente se denomina un alias, diversas manifestaciones de una misma señal. Delfosse determinó el periodo de rotación de la estrella en 106 días analizando los datos de actividad estelar. Es decir, aquellas otras señales no parecían reales sino "fantasmas" motivados por la actividad magnética de la estrella...

El análisis de Anglada también mostraba una señal periódica de quizá 75 días que no parecía ruido estelar. Así que anunció un Gliese 667 Cd con cautela, ya que consideraba que necesitaba más datos para poder anunciar el planeta adicional.

Gregory, un magnífico científico de datos, no se quedó conforme y realizó un análisis propio e independiente con los datos HARPS utilizados por Delfosse. Gregory aplicó un sofisticado método bayesiano, una variante del MCMC (Markov Chain Monte Carlo) y, esto, ni corto ni perezoso, anunció ¡6 planetas en Gliese 667 C con 3 de ellos en la Zona Habitable!


Los tres posibles planetas habitables de la segunda solución de Guillem.
(Fuente: PHL, Universidad de Puerto Rico en Arecibo)


Ya en 2013 Guillem volvió publicar otro paper. Había recolectado todos los datos disponibles de velocidades radiales de Gliese 667 C, tanto los de Delfosse como los suyos, tanto de HARPS, como de PFS y HIRES. Y volvió a analizar todos los datos. Los resultados arrojaban ¡7 planetas!, aunque en algún caso tenía dudas. Las nuevas supuestas supertierras de Guillem incluían dos, Gliese 667 Cd y Ce, con periodos de 39 y 62 días respectivamente, que también parecían estar en la Zona Habitable junto a Gliese 667 Cc, de 28 días.


La solución de Guillem de 7 planetas. (Fuente: PHL, Universidad de Puerto Rico en Arecibo)


Posteriormente, Feroz, del Laboratorio Cavendish, incluyendo correlaciones en el ruido (lo que se denomina "ruido rojo"), aplicó métodos bayesianos mostrando que solo los planetas con un periodo de 7 y 28 días parecían reales, con dudas sobre un tercer planeta. Gliese 667 Cc era el único planeta en la Zona Habitable que sobrevivía.

Finalmente, en 2004 llega el demoledor análisis de Robertson que hurga en la herida abierta por Feroz. Según Robertson una vez se elimina la correlación entre los datos observados y la actividad estelar solo quedan los planetas de 7 y 28 días.

En resumen, tras 5 años de meticulosos estudios Gliese 667 Cc no ha sido puesto en duda y se mantiene como un resultado firme. Otra cosa son los otros dos planetas (Gliese 667 Cf y Ce) en la Zona Habitable sobre los que no se ha producido el necesario acuerdo en la comunidad científica.  Quizá los espectrógrafos en el infrarrojo nos terminen diciendo qué hay en la Zona Habitable de esta estrella.


Un resumen de los 7 planetas de la solución de Guillem Anglada. En rojo marcados los potencialmente habitables. (Fuente: PHL, Universidad de Puerto Rico en Arecibo) 














Podéis leer aquí un magnífico artículo de Lee Billings sobre el descubrimiento de Gliese 667 Cc:

2011. El anuncio de Bonfils de Gliese 667 Cc.

2012. Anglada Escudé descubre el planeta en paralelo iniciando una disputa sobre la primacía del descubrimiento.

2012. Delfosse publica unos resultados coherentes con los de Guillem.

2012. Gregory detecta planetas adicionales, llegando a 6, con 3 en la ZH.

2013. Anglada Escudé mejora la detección y detecta hasta 7 planetas.

2013. El estudio de Feroz cuestiona abiertamente el hallazgo salvo 2 planetas.

2014. Estudio demoledor de Robertson en el que cuestiona Gliese 667 Ce y Cf. Gliese 667 Cc sobrevive.




miércoles, 21 de septiembre de 2016

La epopeya del telescopio espacial Kepler.

El telescopio Kepler sigue activo y aún no ha parado de dar sorpresas. Sin embargo, a estas alturas ya es posible asegurar que este telescopio espacial es uno de los más exitosos nunca puesto en órbita y que su historia está siendo toda una epopeya. No es exagerado el simil entre Magallanes y los organizadores del telescopio espacial Kepler. Estas son las palabras de James Fanson, del Jet Propulsion Laboratory, project manager del telescopio Kepler:

"Lanzamos Kepler, en cierto modo, como Magallanes o Colón fueron a la mar, sin saber qué ibamos a encontrar."


Una representación del telescopio espacial Kepler (Fuente: NASA/JPL-Caltech/Wendy Stenzel)
La referencia de Fanson a Magallanes es apasionante, porque si Magallanes dejó claro el papel del ser humano en el globo terrestre quizá Kepler ha hecho lo mismo en la Vía Láctea. Las crónicas de viajes a lugares ignotos pueden ser muy emocionantes, pero si también son un relato histórico con casi 500 años y si, además, describe la primera vuelta al mundo, ya es que me faltan palabras para expresar lo que siento. Mejor que las palabras las ponga Antonio Pigafetta:

"El capitán general Fernando de Magallanes había resuelto emprender un largo viaje por el Océano, donde los vientos soplan con furor y donde las tempestades son muy frecuentes. Había resuelto también abrirse un camino que ningún navegante había conocido hasta entonces (...)"
Primer Viaje Alrededor del Globo.

Pero empecemos esta historia por el principio.

El desarrollo de un telescopio magnífico.
La crónica del telescopio espacial Kepler se inicia en los años 80 con un hombre tranquilo, llamado Bill Borucki, que hacía tiempo que había finalizado sus estudios de Físicas por la Universidad de Wisconsin (no llegó a doctorarse), en Madison. Bill había comenzado su carrera tiempo atrás en el Ames Research Center de la NASA en California habiendo trabajado en diversos proyectos, entre ellos, el proyecto más importante hasta el momento, el proyecto Apolo. 

Bill Borucki en 1985, el hombre tranquilo y visionario que ideó Kepler y lo desarrolló cuando nadie esperaba que saliese adelante. (Fuente: NASA)

En 1984 dirige su interés hacia un tema totalmente novedoso, en el que casi nadie estaba trabajando: la búsqueda de exoplanetas. El Ames Research Center organiza en 1984 y 1988 dos workshops sobre fotometría de alta precisión enfocada a la detección de exoplanetas que le influyeron notablemente. Es verdad  que ya había estudios previos de Rosenblatt (1971), pero Borucki a partir de 1984 comienza la publicación de una serie de papers en los que describe cómo encontrar exoplanetas mediante fotometría. La idea no era otra que detectar tránsitos, por la disminución del brillo de la estrella al pasar un exoplaneta. Ver imagen.


A la izquierda, un tránsito de un objeto del tamaño de Júpiter en una estrella de tipo solar es detectable desde la Tierra. A la derecha, el tránsito mucho más tenue de una planeta como la Tierra requiere de telescopios espaciales.
(Fuente: Wikipedia)

Actualmente este tema de los exoplanetas es un tema puntero, con una comunidad científica muy amplia. Sin embargo, en los 80 nadie trabajaba en esto y el que lo hacía corría el riesgo de ser tachado de "excéntrico", quedando condenado a la indiferencia. 

Durante muchos años sus innovadoras ideas fueron recibidas con escepticismo e, incluso, burlas. Después de todo Borucki no tenía ni un doctorado... Sin embargo, no se rindió. Siguió simplemente defendiendo sus planteamientos, mostrando que para detectar exoplanetas del tamaño de la Tierra es necesario poner el instrumento en órbita.

Prueba y error.
1992. La NASA solicita propuestas para el desarrollo de misiones espaciales. Borucki y su equipo aprovechan la oportunidad y proponen una nave para detectar tránsitos FRESIP (FRequency of Earth-Size Inner Planets). La propuesta es rechazada por dudas sobre la sensibilidad de los detectores de silicio del dispositivo (más primitivos que los CCD), pero consigue despertar cierto interés. 

1994. Nuevamente, otra oportunidad. Se abre un periodo de propuestas para misiones del tipo Discovery y Borucki vuelve a presentar una versión mejorada de FRESIP, esta con una apertura grande, de 0.94 metros, y detectores CCD, sin duda para beneficiarse de la versatilidad de estos detectores. La propuesta es rechazada. Demasiado caro y demasiado parecido al HST, que ya estaba para esas cosas.

1996. Nuevo periodo de propuestas Discovery y nueva propuesta del equipo de Borucki. Se cambia la órbita, antes en uno de los puntos de Lagrange, ahora en una órbita solar, ahorrando combustible y reduciendo el presupuesto. También se cambia el nombre del proyecto que ahora se denomina Kepler. La propuesta es rechazada. No está demostrado que se pueda realizar fotometría simultáneamente de cientos de miles de estrellas.

1997. El fotómetro es construido en el observatorio Lick (proyecto Vulcan) como un banco de pruebas con el que demostrar las prestaciones de las tecnologías necesarias para el funcionamiento del Kepler.

1999. Borucki publica los resultados. Nuevo periodo de propuestas Discovery y nueva propuesta de Borucki y su equipo. La propuesta es rechazada. Como estaba construido en tierra, criticaron que no estaba demostrada la capacidad del dispositivo para enfrentarse a los tipos de ruido que pueden ser esperados en órbita. 

Se construye un demostrador de la tecnología con todas las posibles fuentes de ruido, y la Fortuna, siempre caprichosa, se pone por fin de su parte: en 1999 se descubre un tránsito producido por un planeta mostrando la viabilidad del proyecto. 

2000. Quinto intento. Se abre el cuarto periodo de propuestas Discovery y ¡Kepler es seleccionado!. 


Bill Borucki en una foto oficial de la NASA (Fuente NASA)
El lanzamiento, por fin.
El telescopio es lanzado en 2009, tras algo así como 25 años de paciente y perseverante trabajo desde la idea original. Realmente, tanta espera no fue en vano ya que sirvió para depurar admirablemente el dispositivo y terminar poniendo en órbita un telescopio excelente.

Los 25 años de formidable tesón y perseverancia ante la adversidad de este hombre tranquilo, Bill Borucki, realmente se comparan bien con las palabras que Pigafetta dedicó al propio Magallanes: "Estaba adornado de todas las virtudes, mostrando siempre una constancia inquebrantable en medio de las más terribles adversidades."


El lanzamiento del telescopio Kepler en 2009 (Fuente: Wikipedia)


El Kepler tenía una masa de algo más de una tonelada conteniendo una cámara Schmidt con una lente correctora de 0,95 metros que alimentaba un espejo principal de 1,4 metros. Tenía un campo bastante grande, de 115, con 105 de ellos científicamente utilizables. La precisión fotométrica nominal, que nunca se llegó a alcanzar plenamente, era de 20 ppm durante 6,5 horas de integración. Como referencia, la T


ierra produce un cambio de brillo en el Sol de 84 ppm. 

El inesperado Kepler K2.
"Para doblar el Cabo de Buena Esperanza, subimos hasta el 42° de latitud sur; y nos fue preciso permanecer nueve semanas frente a este cabo, con las velas plegadas, a causa de los vientos del  oeste y del noroeste que experimentamos constantemente y que concluyeron en una tempestad terrible. El Cabo de Buena Esperanza está hacia los 34° 30' de latitud meridional, a mil seiscientas  leguas de distancia del de Malaca. Es el más grande y más peligroso cabo conocido de la tierra.

(...)

En fin, con ayuda de Dios, el 6 de mayo doblamos este terrible cabo, siendo preciso acercamos a  él hasta distancia de cinco leguas, sin lo cual no lo hubiéramos conseguido jamás."
Primer Viaje Alrededor del Globo.

Al igual que en el viaje de Magallanes, en el viaje del telescopio espacial Kepler no han faltado las dificultades. Quizá el mayor problema fue cuando el telescopio perdió una de las tres ruedas que le quedaban para posicionarse. Como consecuencia, el telescopio ya no podía apuntarse hacia una zona del cielo concreta. Era como un navío que hubiera roto la rueda del timón, quedaba a la deriva.

Se estuvo muy cerca de finalizar el proyecto. La ingeniosa solución fue utilizar la presión del Sol para paliar la falta de la tercera rueda y así estabilizar el dispositivo. Por Para ello, fue necesario reinventar el proyecto, que incluso fue rebautizado y pasó a llamarse K2.

K2.La solución del problema vino por utilizar la radiación del Sol. (Fuente: NASA).

Durante la anterior fase del proyecto el telescopio permanecía estático siendo apuntado durante todo el tempo a la misma región del cielo. Ahora, era necesario cambiarlo de posición cada 80 días más o menos. De esta forma, se ampliaban el número de objetivos que el telescopio podía observar. 

El nuevo K2 cambia cada cierto tiempo de campo de observación (Fuente: NASA).

Descubrimientos sorprendentes.
En ambos viajes no faltaron los hallazgos inesperados. He aquí la famosa descripción de Pigafetta de los patagones de la Tierra del Fuego:

“Este hombre era tan alto que con la cabeza apenas le llegábamos a la cintura. Era bien formado, con el rostro ancho y teñido de rojo, con los ojos circulados de amarillo, y con dos manchas en forma de corazón en las mejillas.”

De la misma forma, al telescopio Kepler no le han faltado las sorpresas: Planetas Infernales como Kepler-10 b; planetas de tamaño terrestre en la zona habitables de sus estrellas como Kepler-186 f, Kepler-62 f o Kepler-442 b; el interesante mundo K2-3 d. De entre todos los misterios quizá el mayor sea la enigmática estrella KIC-8462852.


El "Hall Of Fame" de la NASA con los planetas detectados por Kepler cuya habitabilidad es más prometedora. Actualizado a Enero de 2015.
(Fuente: NASA)

Si el viaje de Magallanes dejó claro el papel del ser humano en el globo terrestre, quizá de todos los descubrimientos del Kepler el más importante es darnos una idea de la frecuencia de los planetas en la Vía Láctea. Unos resultados realmente impresionantes, que han transformado nuestra visión de los planetas de la galaxia.

Resumiendo, Bill Borucki es un físico que ha desarrollado un telescopio que ha permitido detectar más de 2.000 planetas fuera del Sistema Solar, alguno de ellos templados y razonablemente terrestres. Además, los estudios estadísticos que se derivan de los datos Kepler han permitido comprender que los planetas de tamaño terrestre son cuerpos comunes en nuestra galaxia y que el Sistema Solar es un sistema planetario no demasiado común.

Me gusta esta foto. Obama felicita a Bill Borucki durante una recepción en el Ala Oeste de la Casa Blanca.
(Fuente: NASA; Crédito: Pete Souza)


1984. The photometric method of detecting other planetary systems.
William J. Borucki, Audrey L. Summers. ICARUS. 

Artículo de la NASA sobre Bill Borucki con motivo de su jubilación.

La NASA nos cuenta el difícil desarrollo del Kepler.
http://www.nasa.gov/topics/universe/features/borucki_kepler.html

domingo, 11 de septiembre de 2016

El clima de Proxima b.

Ahora que ya se han publicado unos cuantos artículos sobre Proxima b llega el momento de analizar qué tipo de atmósferas y formaciones acuosas podría llegar a tener Proxima b. Realmente, más que aportar temas novedosos, los artículos no hacen sino repetir lo conocido sobre las atmósferas de los planetas que orbitan en enanas rojas y aplicarlo al caso concreto de Proxima b.


Proxima b ha sido añadido en la lista de planetas más prometedores desde el punto de vista de la habitabilidad. (Fuente: PHL. Universidad de Puerto Rico en Arecibo)


Los dos papers que más profundizan sobre los posibles climas de Proxima b son:

"The Habitability of Proxima Centauri b:  II:  Environmental States and Observational Discriminants", de Victoria Meadows, que ya conocía por sus estudios sobre biomarcadores, es una gran experta en el clima de los exoplanetas terrestres.  El artículo me ha gustado.

"The habitability of Proxima Centauri b II.", de Martin Turbet, al que no conocía de nada. De cualquier forma, son coautores los dos famosos expertos en habitabilidad Jérémy Leconte y Franck Selsis y eso, sin duda, se nota al leerlo. También me ha gustado, sobre todo los gráficos.

Ambos artículos son la segunda parte de sendos papers que trataban temas previos y que ya hemos tratado sobradamente: las fulguraciones de la estrella, la rotación del planeta y su historia del agua.

Cada uno de los artículos tiene debilidades y fortalezas:

  • Los modelos utilizados en el artículo de Turbet son definitivamente más sofisticados (y seguro que Leconte tiene mucho que ver con ello). Son modelos globales de circulación que tienen en cuenta nubes, y movimientos de convección atmosféricos en 3-D. Por el contrario, los modelos de Meadows son 1-D, aunque asegura que al menos en el caso de la rotación 3:2 pueden ser una buena aproximación; en otro caso, rotación 1:1 no. Me gustaría que otros grandes expertos en habitabilidad (me refiero a Kopparapu y Yang) opinasen también sobre Proxima b. Turbet comenta que los modelos de Yang no deberían dar resultados muy distintos a pesar de plantear la convección, las nubes y el albedo de forma distinta. Hum, a ver si se anima Yang y escribe algo...

  • Por otra parte, mientras el artículo de Turbet utiliza atmósferas solo de N2/CO2/H2O, Meadows incluye especies adicionales, como O2, CH4, H2, estos dos últimos gases de efecto invernadero. Además, como Turbet reconoce ellos solo estudian combinaciones posibles de los componentes atmosféricos, sin evaluar cuáles son más probables, a diferencia de Meadows. Por ejemplo, la combinación de un océano de agua y una atmósfera de dióxido de carbono se ven afectadas por el ciclo carbono-silicato.


Son por tanto dos artículos diferentes y complementarios a la vez. Vamos a ver cuales son las atmósferas posibles:

A- Si el planeta de formó en la ubicación que tiene actualmente.

A.1- No hay atmósfera.
(Posibilidad de vida tal como la conocemos: muy muy reducida)
Si Proxima b no tiene atmósfera bien podría ser un mundo muerto como Mercurio (Fuente:NASA/JPL).

Las fulguraciones y los CMEs de la estrella pueden haber arrasado la atmósfera. Puede ser un mundo si atmósfera y sin mares de agua, como Mercurio.

A.2- Hay una atmósfera dominada por el O2.
(Posibilidad de vida tal como la conocemos: reducida)

Si Proxima b tiene un atmósfera de oxígeno será azul (Meadows, 2016) por efecto Rayleigh
(Fuente:Raúl Alvarez/Celestia).

Durante periodo previo a la entrada en la secuencia principal de la estrella su luminosidad pudo ser elevadísima. Si entonces el planeta estaba en la misma ubicación que tiene actualmente debió sufrir un efecto invernadero descontrolado, que evaporaría el agua de los mares. Luego los rayos XUV debieron romper las moléculas de agua de la atmósfera; el hidrógeno, más ligero, escaparía de la atmósfera, quedando solo el oxígeno. El cálculo depende de la provisión inicial de agua, pero ¡se habla de atmósferas de miles de bares de oxígeno! Otros autores comentan que el oxígeno podría oxidar la superficie (como en Marte) o ser absorbido totalmente por un mar de magma (ver http://arxiv.org/abs/1607.03906). Meadows se queda con una solución salomónica de unas pocas atmósferas y muestra que en algunos casos parte del agua ha podido sobrevivir.

Podría haber casos (quizá) en los que esta atmósfera permitiese el agua líquida en algunas zonas del planeta (sobre todo si hay un poquito de CO2). Pero en una atmósfera tan fuertemente oxidante y con una provisión de agua a todas luces escasa, limitada a algunos laguitos, quizá no sea en panorama adecuado para la aparición de la vida. La materia orgánica se oxidaría fácilmente.

A.3- Hay una atmósfera de CO2.
(Posibilidad de vida tal como la conocemos: reducida, pero un poco mejor.)
Un escenario posible es el de una buena atmósfera de CO2, similar a la de Venus (Fuente:NASA/JPL).
Bien porque el planeta tuviera una buena provisión de CO2 original, bien porque lo obtuviera de su vulcanismo u otros medios, el planeta podría tener una buena atmósfera de CO2, evitando con este gas de efecto invernadero que el agua de la superficie se congelase.

Podría aparecer acompañado de O2 y CO. En este caso sería reflejo de una deshidratación extrema. Mala señal.

Como no habría mucho agua (debido a la desecación de la etapa previa de calentamiento intenso), si el CO2 no se congela, se acumularía masivamente en la atmósfera. El planeta con varias decenas de bares de CO2 sería algo así como Venus y la cosa se pondría mal. Mala señal, nuevamente.

De cualquier forma, si no hay mucho CO2 en algunos casos podría haber atmósferas lo suficientemente cálidas como para que aparecieran laguitos en las denominadas "trampas frías": la cara oculta (rotación 1:1) o los polos (rotación 3:2). En estos casos podría haber cierta habitabilidad en un planeta mayoritariamente desértico (ver planetas tipo Dune) . Buena señal.

Proxima b podría ser como el Dune de las novelas de Frank Herbert. El rojo podría ser de una superficie fuertemente oxidada como la de Marte. Habría posibilidades de vida. (Fuente:http://dune.wikia.com/)

Además, si el planeta está demasiado frío para tener laguitos, y en su puesto forma glaciares, estos podrían tener lagos subglaciales o los glaciares podrían fluir hasta zonas más cálidas donde se derritieran.

En resumen, los planetas formados en la ubicación actual de Proxima b tendrán tendencia a tener menos agua que la Tierra. Además de que la Tierra primitiva era reductora mientras los escenarios contemplados parecen ser más o menos oxidantes.

B. El planeta se formó en una zona más externa y fría.
(Posibilidad de vida tal como la conocemos: Media.)

Este tipo de escenario no es improbable. La Tierra no es un planeta relevante en un sistema planetario tan grande como el Sistema Solar. Sin embargo, sí lo es en una pequeña estrella como Proxima. Es decir, para que en el reducido disco protoplanetario de Proxima se ha haya formado algo como Proxima b debe haber estado ubicado en la zona donde más masa se acumula: la línea del hielo, allí donde se condensan los hielos de agua.

En esta zona relativamente fría el planeta puede haber residido durante millones de años, a salvo de la intensa luminosidad de la juventud de Proxima. Posteriormente podría haber migrado a su ubicación actual (la influencia de Alfa Centauri A y B podría haber ayudado). Durante el proceso de migración a una zona más cálida el minineptuno perdería gran parte de su gruesa cubierta del ligero hidrógeno, quedando el núcleo desnudo.

En este caso, el planeta sería muy rico en agua y tendría un océano global de cientos de kilómetros de profundidad. Si está frío el océano quedará cubierto por un casquete de hielo. Si hay alguna zona caliente el hielo desaparecería, mostrando el océano subyacente. El planeta podría tener, como la Tierra primitiva, una atmósfera ciertamente reductora, incorporando CH4, H2 a los gases invernadero de CO2. A nadie se le escapa que este Mundo Océano podría ser habitable, aunque habría que pensar si es posible la abiogénesis en un mundo tan distinto del nuestro.

Finalmente, también hay posibilidades para un mundo océano. (Fuente:Wikipedia)


Ignasi Ribas et al. analizan aspectos cruciales para la habitabilidad del planeta como son la rotación, la radiación y la historia del agua.

Martin Turbet explica cuales son los posibles climas que pueden primar en Proxima b partiendo de su rotación, el agua disponible y la composición de la atmósfera.

Rory Barnes analiza Proxima b describiendo una serie de escenarios evolutivos que pretenden explicar su habitabilidad y el origen del agua. 

Victoria Meadows nos explica los posibles climas de Proxima b.
http://arxiv.org/abs/1608.08620

jueves, 8 de septiembre de 2016

Proxima b. El inicio de una nueva era.

El panorama de la Exoplanetología ha cambiado radicalmente durante este último mes. Las posibilidades que ha abierto la detección, con un nivel de confianza significativo, de un posible planeta orbitando en la Zona Habitable de Proxima Centauri (la estrella más cercana al Sol), son abrumadoras.


Representación artística de Proxima b. ¿Visitaremos algún día este planeta?
(Fuente: PHL: Universidad de Puerto Rico en Arecibo)

Desde el punto de vista científico, Proxima b será un laboratorio que permitirá contrastar los toscos modelos actuales que describen el clima y la estructura interna de los planetas rocosos. La enorme cercanía del planeta permitirá realizar estudios detallados de habitabilidad en una estrella muy diferente de nuestro Sol. Comprendamos que hasta la fecha únicamente conocemos bien cuatro atmósferas mínimamente densas: dos de ellas dominadas por el dióxido de carbono (Marte y Venus) y otras dos ricas en Nitrógeno y con una notable química orgánica (Tierra y Titán). Este nuevo planeta puede convertirse en una suerte de Piedra de Rosetta que revolucione la Planetología y nos permita avanzar en el conocimiento de la habitabilidad de la Galaxia. Si, además, hay buena suerte podríamos llegar a detectar vida extraterrestre...

Desde el punto de vista social, el impacto que está causando en la sociedad empieza a palparse, aunque es todavía pronto para evaluarlo, sobre todo porque Proxima b no ha empezado aún a revelar sus secretos. Un ejemplo de ello, puede ser que Proxima b aparece como portada de una publicación seria como The Economist. De hecho, las principales organizaciones tendrán que revisar sus prioridades y sus presupuestos para ver cómo prestarle a Proxima b la atención que merece. 


Proxima b ha sido portada de The Economist. Se habla sin ambages de una nueva era espacial.
Os recomiendo su lectura  (Fuente: The Economist)


En los próximos años.
Los próximos años serán testigos de un análisis minucioso de las observaciones del supuesto planeta para determinar si ha habido algún error en el tratamiento de los datos que haya pasado desapercibido. Asimismo, se estudiará la actividad estelar de Proxima para limitar la posibilidad de que la señal observada del supuesto planeta esté contaminada por el ruido estelar.

Otro resultado interesante será que un equipo independiente confirme los resultados con un espectrógrafo distinto de HARPS o UVES. Anglada (el descubridor de Proxima b) estima, creo que optimístamente, que se hará en semanas. Esto supondría una espectacular confirmación del planeta.
(ver Investigación y Ciencia.)

Si todo sale bien, y es lo más probable porque es un candidato sólido, el planeta quedará confirmado al final de esta fase.

A partir de 2018.
En tan solo unos años será lanzado el Telescopio Espacial James Webb (JWST) y estaremos en condiciones de estudiar la curva de luz del planeta. No será un trabajo fácil porque Proxima es una estrella con fulguraciones, pero se intentará, tengamos en cuenta que en determinadas bandas infrarrojas el contraste entre el planeta y la estrella es de tan solo 1e-4.  

El estudio de las variaciones de la señal térmica de Proxima b permitirá saber si tiene grandes diferencias de temperatura entre la noche y el día. Si esta diferencia es elevada no habrá atmósfera o será muy tenue (como Marte). Se determinará además la temperatura del planeta y se podrá acotar el radio, el albedo, la inclinación (y la masa), su rotación y posibles indicios sobre los componentes atmosféricos... 


EL nuevo telescopio Espacial James Webb puede dar sorpresas. Habrá que estar muy atento. (Fuente: NASA)


A partir de 2020.
Durante la década de los años 20 entrarán en funcionamiento los telescopios extremadamente grandes basados en tierra. 

Será espectacular. Si todo sale bien se hará historia, tendremos por primera vez la imagen directa de un planeta terrestre en la zona habitable de otra estrella. Es de esperar una carrera contrarreloj entre los observatorios con posibilidades para ser el primero en obtener una imagen histórica.


Si hay buena suerte, el E-ELT (European Extrema Large Telescope) podría detectar biomarcadores que indiquen la presencia de vida. (Fuente: Wikipedia)


Proxima b puede ser un objetivo abordable para la imagen directa, porque combina una separación angular de 38 mas (0,05 UA a 4,2 años-luz) y un contraste cercano a 2e-7.

Los actuales coronógrafos en telescopios de 8 metros (Sphere/VLT, GPI/Gemini) alcanzan contrastes de 1e-6 o 1e-7, pero apenas un ángulo entre 100-200 mas, dependiendo de la banda de observación. 

Por el contrario, sí estará al alcance de los telescopios extremadamente grandes E-ELT (39 metros) y TMT (30 metros), sin embargo, al estar limitados por la atmósfera no tendrán acceso al infrarrojo mediano (inferior a 2,5 µm). Tendrán que conformarse con las longitudes de onda más cortas para identificar las líneas de O2, H2O, CO2 y CH4 que permitan caracterizar la atmósfera de Proxima b. 

El cuadrado rojo marca donde está Proxima b. Queda por encima de la curva del E_ELT y el TMT pero alejado del GPI y SPHERE. (Fuente: ESO)




Además, podrán estimarse los principales componentes atmosféricos de este planeta, nada más y nada menos que ¡para ver si hay vida!...

Es posible que adicionalmente se construyan telescopios más pequeños y sencillos, más rápidos de desarrollar y baratos, pero específicamente dedicados a observar de forma continua a Proxima b. Antes del hallazgo de este planeta las propuestas para enviar un telescopio que estudiase una única estrella parecían arriesgadas, porque era "poner todos los huevos en un único cesto". Se preferían proyectos más diversificados... Todo esto ahora ha cambiado. Ahora se puede imaginar alguna posibilidad para el telescopio ACESat o alguno similar. Os lo recuerdo, este proyecto propone poner en órbita un telescopio de pequeño tamaño (ver más información sobre ACESat)

En el futuro.
No deja de ser curioso que en la conferencia de prensa de la ESO, en la que Guillem Anglada y Pedro J. Amado nos dejaron alucinados a todos con la presentación del hallazgo de Proxima b, también tuvo su momento Pete Worden, el presidente del proyecto Starshot Breakthrough que, como sabéis, tiene el objetivo de enviar una pequeñísima sonda a Alfa Centauri. En condiciones normales esto me habría parecido una frivolidad por parte del ESO, pero dadas las circunstancias... 
Pete Worden tomando la palabra en la conferencia de prensa del anuncio de Proxima b. (Fuente: Youtube/ESO)


Ha habido un cambio de mentalidad y lo que antes parecía "demasiado atrevido" va poco a poco pensándose que quizá haya llegado el momento de empezar a considerarlo en serio...

Si la generación actual de científicos se inspiró con el documental "Cosmos" de Carl Sagan para iniciar la búsqueda de planetas en otras estrellas, las nuevas generaciones soñarán con viajar a la estrella Proxima Centauri. Lo que a muchos de nosotros hoy nos parece demasiado atrevido quizá no lo sea para las nuevas generaciones de científicos. El futuro les pertenece.

Y para finalizar las palabras de Bill Borucki, el gran científico visionario que ideó Kepler, el exitoso telescopio espacial que ha detectado miles de planetas (leamos cuidadosamente, son las palabras de un genio):

"Quizás la gente hablará sobre enviar una sonda a ese sistema estelar. Pienso que proporciona algo de inspiración para una misión interestelar, porque ahora sabemos que hay un planeta en la Zona Habitable, probablemente con alrededor de la masa de la Tierra, alrededor de la estrella más cercana. Pienso que inspirará un futuro esfuerzo para ir allí y comprobar."
(ver Nasa)

Podemos resumir la situación en una sola frase: 

Bienvenidos al Futuro.

Quizá algunos de nosotros lleguemos a ver zarpar un velero parecido a este hacia Proxima. (Fuente: Wikipedia.)