El Hubble usa la Tierra para identificar oxígeno en planetas potencialmente habitables alrededor de otras estrellas.

Aprovechando un eclipse lunar total, los astrónomos que utilizan el telescopio espacial Hubble de la NASA han detectado la propia marca de protector solar de la Tierra, el ozono, en nuestra atmósfera. Este método simula cómo los astrónomos y los investigadores de astrobiología buscarán evidencia de vida más allá de la Tierra mediante la observación de posibles “biofirmas” en exoplanetas.

Hubble no apuntó directamente a la Tierra. En cambio, los astrónomos usaron la Luna como un espejo para reflejar la luz solar, que había atravesado la atmósfera de la Tierra y luego se reflejaba hacia el Hubble. El uso de un telescopio espacial para las observaciones de eclipses reproduce las condiciones bajo las cuales los futuros telescopios medirían las atmósferas de los exoplanetas en tránsito. Estas atmósferas pueden contener sustancias químicas de interés para la astrobiología, el estudio y la búsqueda de vida.


Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA.

Aunque anteriormente se han realizado numerosas observaciones terrestres de este tipo, esta es la primera vez que se captura un eclipse lunar total a longitudes de onda ultravioleta y desde un telescopio espacial. Hubble detectó la fuerte huella espectral del ozono, que absorbe parte de la luz solar. El ozono es importante para la vida porque es la fuente del escudo protector en la atmósfera de la Tierra.

En la Tierra, la fotosíntesis durante miles de millones de años es responsable de los altos niveles de oxígeno y la gruesa capa de ozono de nuestro planeta. Esa es una razón por la cual los científicos piensan que el ozono o el oxígeno podrían ser un signo de vida en otro planeta, y se refieren a ellos como biofirmas.

“Encontrar ozono es importante porque es un subproducto fotoquímico del oxígeno molecular, que en sí mismo es un subproducto de la vida”, explicó Allison Youngblood, del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial en Boulder, Colorado, investigadora principal de las observaciones de Hubble.


Esta ilustración muestra el telescopio espacial Hubble superpuesto a una imagen de la Luna, vista durante un eclipse lunar. Aprovechando un eclipse lunar total en enero de 2019, los astrónomos que utilizan el telescopio espacial Hubble de la NASA han detectado ozono en la atmósfera de la Tierra. Este método sirve como aproximación de cómo se observarán planetas (similares a la Tierra) en tránsito frente a otras estrellas, en busca de vida. La alineación perfecta de nuestro planeta con el Sol y la Luna durante un eclipse lunar total imita la geometría de un planeta terrestre en tránsito con su estrella. En un nuevo estudio, Hubble no observó directamente a la Tierra. Los astrónomos usaron la Luna como un espejo que refleja la luz solar transmitida a través de la atmósfera de la Tierra, capturándola con el Hubble. Esta es la primera vez que se captura un eclipse lunar total en longitudes de onda ultravioleta y desde un telescopio espacial.
Créditos: M. Kornmesser (ESA / Hubble), NASA y ESA.



Este diagrama (no a escala) explica la geometría del eclipse lunar. Cuando la Luna está completamente en la umbra de la Tierra (conocido como eclipse lunar total o eclipse umbral), toda la luz solar que llega a la superficie lunar se ha refractado o dispersado a través de la atmósfera terrestre. Cuando la Luna está en la penumbra de la Tierra (conocido como eclipse penumbral), la iluminación proviene tanto de la luz solar directa como de la luz solar refractada y dispersa por la atmósfera del planeta. Este proceso es similar a una observación de tránsito de exoplanetas.
Créditos: M. Kornmesser (ESA / Hubble), NASA y ESA.

Aunque el ozono de la atmósfera de la Tierra se había detectado en observaciones terrestres previas durante los eclipses lunares, el estudio de Hubble representa la detección más fuerte de esta molécula hasta la fecha , ya que el ozono medido desde el espacio sin interferencia de otros químicos en la atmósfera de la Tierra, absorbe fuertemente la luz ultravioleta.

Hubble registró ozono absorbiendo parte de la radiación ultravioleta del Sol que atravesó el borde de la atmósfera de la Tierra durante un eclipse lunar que ocurrió del 20 al 21 de enero de 2019. Otros telescopios terrestres también realizaron observaciones espectroscópicas en otras longitudes de onda durante el eclipse, tratando de obtener más ingredientes atmosféricos de la Tierra, como oxígeno y metano.

“Uno de los principales objetivos de la NASA es identificar planetas que puedan albergar vida”, dijo Youngblood. “Pero, ¿cómo conoceríamos un planeta habitable o deshabitado si viéramos uno? ¿Cómo se verían con las técnicas que los astrónomos tienen a su disposición para caracterizar las atmósferas de los exoplanetas? Por eso es importante desarrollar modelos del espectro de la Tierra como una plantilla para categorizar atmósferas en planetas extrasolares “.

Su artículo está disponible en línea en The Astronomical Journal

Olfateando atmósferas planetarias

En las atmósferas de algunos planetas extrasolares se podría probar si algún tipo de vida extraterrestre pasa por ldelante de su estrella madre, un evento llamado tránsito. Durante un tránsito, la luz de las estrellas se filtra a través de la atmósfera del exoplaneta a contraluz. (Si se mira de cerca, la silueta del planeta se vería como si tuviera un “halo” delgado y brillante a su alrededor causado por la atmósfera iluminada, tal como lo hace la Tierra cuando se ve desde el espacio).

Los productos químicos de la atmósfera dejan su firma reveladora al filtrar ciertos colores de la luz de las estrellas. Los astrónomos que utilizaron el Hubble fueron pioneros en esta técnica para sondear exoplanetas. Esto es particularmente curioso, ya que los planetas extrasolares aún no se habían descubierto cuando se lanzó el Hubble en 1990 y el observatorio espacial no fue diseñado inicialmente para tales experimentos.

Hasta ahora, los astrónomos han utilizado el Hubble para observar las atmósferas de planetas gigantes gaseosos y supertierras (planetas varias veces la masa de la Tierra) que transitan alrededor sus soles, po estrellas anfitrionas. Pero los planetas terrestres del tamaño de la Tierra son objetos mucho más pequeños y sus atmósferas son más delgadas, como la piel de una manzana. Por lo tanto, extraer estas firmas de exoplanetas del tamaño de la Tierra será mucho más difícil.

Es por eso que los investigadores necesitarán telescopios espaciales mucho más grandes que el Hubble para recolectar la débil luz estelar que pasa a través de las atmósferas de estos pequeños planetas durante un tránsito. Estos telescopios necesitarán observar planetas durante un período más largo, muchas docenas de horas, para generar una señal fuerte.

Para prepararse para estos telescopios más grandes, los astrónomos decidieron realizar experimentos en un planeta terrestre habitado mucho más cercano y conocido: la Tierra. La alineación perfecta de nuestro planeta con el Sol y la Luna durante un eclipse lunar total imita la geometría de un planeta terrestre en tránsito por su estrella.

Pero las observaciones también fueron un desafío porque la Luna es muy brillante y su superficie no es un reflector perfecto porque está moteada con áreas brillantes y oscuras. La Luna también está tan cerca de la Tierra que Hubble tuvo que intentar mantener un ojo fijo en una región seleccionada, a pesar del movimiento de la Luna en relación con el observatorio espacial. Entonces, el equipo de Youngblood tuvo que tener en cuenta la deriva de la Luna en su análisis.

Esta imagen telescópica terrestre de la Luna destaca la región general donde los astrónomos utilizaron el telescopio espacial Hubble de la NASA para medir la cantidad de ozono en la atmósfera de la Tierra. Este método sirve como medio de cómo observarán planetas similares a la Tierra alrededor de otras estrellas en busca de vida.
Créditos: M. Kornmesser (ESA / Hubble), NASA y ESA.
¿Dónde hay ozono, hay vida?

Encontrar ozono en los cielos de un planeta extrasolar terrestre no garantiza que exista vida en la superficie. “Se necesitarían otras firmas espectrales además del ozono para concluir que hubo o vida en el planeta, y estas firmas no necesariamente se pueden ver en luz ultravioleta”, dijo Youngblood.

En la Tierra, el ozono se forma naturalmente cuando el oxígeno de la atmósfera terrestre se expone a fuertes concentraciones de luz ultravioleta. El ozono forma una capa alrededor de la Tierra, protegiéndola de los fuertes rayos ultravioleta.

“La fotosíntesis podría ser el metabolismo más productivo que puede evolucionar en cualquier planeta, porque es alimentado por la energía de la luz de las estrellas y utiliza elementos cósmicamente abundantes como agua y dióxido de carbono”, dijo Giada Arney del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. coautora del artículo científico. “Estos ingredientes necesarios deberían ser comunes en los planetas habitables”.

La variabilidad estacional en la firma del ozono, también podría indicar la producción biológica estacional de oxígeno, tal como ocurre con las estaciones de crecimiento de las plantas en la Tierra.

Pero el ozono también se puede producir sin la presencia de vida cuando el nitrógeno y el oxígeno se exponen a la luz solar. Para aumentar el indicio de que una biofirma determinada es realmente producida por la vida, los astrónomos deben buscar combinaciones de biofirmas. Se necesita una campaña de varias longitudes de onda porque cada una de las muchas firmas biológicas se detecta más fácilmente en longitudes de onda específicas para esas firmas.

“Los astrónomos también tendrán que tener en cuenta la etapa de desarrollo del planeta cuando observen estrellas más jóvenes con planetas jóvenes. Si quisieran detectar oxígeno u ozono de un planeta similar a la Tierra primitiva, cuando había menos oxígeno en nuestra atmósfera, las características espectrales en luz óptica e infrarroja no son lo suficientemente fuertes “, explicó Arney. “Creemos que la Tierra tenía bajas concentraciones de ozono antes del período geológico medio del Proterozoico (entre aproximadamente 2000 y 700 millones de años atrás) cuando la fotosíntesis contribuyó a la acumulación de oxígeno y ozono en la atmósfera a los niveles que vemos hoy. Pero porque la firma de luz ultravioleta de las características del ozono es muy fuerte, tendría la esperanza de detectar pequeñas cantidades de ozono. Por lo tanto, el ultravioleta puede ser la mejor longitud de onda para detectar vida fotosintética en exoplanetas con bajo contenido de oxígeno “.

La NASA tiene un próximo observatorio llamado Telescopio Espacial James Webb que podría realizar tipos similares de mediciones en luz infrarroja, con el objetivo de detectar metano y oxígeno en atmósferas de exoplanetas. Actualmente, Webb está programado para lanzarse en 2021.