¿Cómo se vería la Tierra para los astrónomos extraterrestres? ¿Qué les dirían sus observaciones sobre la Tierra si estuvieran buscando en los cielos signos de habitabilidad como nosotros? Es un divertido experimento mental.
Pero el experimento es más que divertido: es científicamente instructivo. En muchos sentidos, es más fácil estudiar nuestro planeta y cómo aparece y luego extrapolar esos resultados hasta donde lleguen.
Un nuevo estudio muestra que encontrar evidencia de vida en la Tierra puede depender de la temporada que los astrónomos alienígenas estén observando.
Casi nada en la ciencia espacial genera tanto entusiasmo generalizado como encontrar un planeta potencialmente habitable. Los titulares se propagan como un virus a través de Internet con solo mutaciones menores de un sitio a otro. Hasta ahora, solo tenemos vislumbres y pistas de exoplanetas que podrían albergar vida. Tenemos un largo camino por recorrer.
Hará falta mucha ciencia y razonamiento innovador antes de que lleguemos a un punto en el que podamos decir “Sí. Este planeta distante es habitable. Un nuevo estudio podría ser parte de llegar a ese punto al examinar la apariencia externa de la Tierra a través de diferentes estaciones.
El estudio es “La Tierra como un exoplaneta: II. Emisión térmica variable en el tiempo de la Tierra y su estacionalidad atmosférica de bioindicadores”. Está disponible en el sitio de preimpresión arxiv.org, y el autor principal es Jean-Noel Mettler. Mettler es estudiante de doctorado en el Departamento de Física de ETH Zúrich y estudia exoplanetas y habitabilidad.
Las raíces históricas de este tipo de investigación se remontan a los años 70 cuando las naves espaciales visitaban los planetas de nuestro Sistema Solar. Pioneer 10 y 11 (Júpiter y Saturno) y Voyager 1 y 2 (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) realizaron sobrevuelos de algunos de los hermanos de la Tierra. Fue el comienzo de una caracterización más profunda de otros planetas. Al medir los rayos UV e infrarrojos, los científicos aprendieron mucho sobre las propiedades de las atmósferas planetarias, las superficies y el balance general de energía.
Pero hoy vivimos en la época de la ciencia de los exoplanetas. Estamos extendiendo el mismo tipo de observaciones a planetas a años luz de distancia. La desconcertante variedad de planetas que hemos descubierto son interesantes por derecho propio, pero si hay un Santo Grial en la ciencia de los exoplanetas, tiene que ser la habitabilidad. Queremos saber si algo más vive en algún lugar por ahí.
A medida que avanza nuestra tecnología, los astrónomos obtienen instrumentos más potentes para estudiar planetas distantes. Una civilización tecnológica en otra parte de la Vía Láctea probablemente haría lo mismo. Este estudio examina el espectro de emisión infrarroja de la Tierra, el efecto de diferentes geometrías de observación en esos espectros y cómo se verían las observaciones para un observador mucho más distante. Los investigadores también evaluaron cómo los cambios de estación afectan los espectros. “Aprendimos que existe una variabilidad estacional significativa en el espectro de emisión térmica de la Tierra, y la fuerza de las características espectrales de los bioindicadores, como N2O, CH4, O3 y CO2, depende en gran medida tanto de la temporada como de la geometría de visualización”.
El estudio analizó cuatro geometrías de observación diferentes: una centrada en los polos norte y sur, una en el ecuatorial africano y otra en el ecuatorial del Pacífico. Los espectros se observaron con la sonda infrarroja atmosférica a bordo del satélite Aqua de la NASA.
Los investigadores encontraron que no hay una muestra única y representativa del espectro de emisiones térmicas de la Tierra. Los cambios de estación lo hacen imposible. “En cambio”, afirma el documento, “existe una variabilidad estacional significativa en el espectro de emisión térmica de la Tierra, y la fuerza de las características de absorción de firmas biológicas depende en gran medida tanto de la temporada como de la geometría de visualización”.
Los investigadores también encontraron que las emisiones térmicas variaban mucho al observar la geometría. La variabilidad en las lecturas fue mucho mayor con el tiempo sobre las masas terrestres que sobre los océanos. La vista ecuatorial africana y la vista del polo norte se centraron en las masas de tierra y mostraron una mayor variabilidad. “Específicamente, la vista desde el polo (NP) del hemisferio norte y la vista ecuatorial centrada en África (EqA) mostraron variabilidades anuales de 33% y 22% en la longitud de onda máxima de la Tierra en ? 10,2 µm, respectivamente”, concluyó el documento.
Pero la estabilidad térmica de los océanos significó menos variabilidad. “Por otro lado, ver geometrías con una fracción de alta mar, como el polo del hemisferio sur (SP) y la vista ecuatorial (EqP) centrada en el Pacífico, muestran variaciones anuales más pequeñas debido a la gran inercia térmica de los océanos. ”
La conclusión general de esta investigación es que un planeta vivo y dinámico como la Tierra no puede caracterizarse por un único espectro de emisiones térmicas. Están sucediendo demasiadas cosas aquí en la Tierra, y este estudio ni siquiera profundizó en las nubes y su efecto. “Se requiere trabajo futuro para investigar cómo la fracción de nubes, la estacionalidad de las nubes y sus propiedades de fase termodinámica afectan la detección y el resultado de estacionalidad atmosférica”, escriben los autores. “
Los autores dicen que algunas variaciones son leves y serán difíciles de desenredar al observar planetas distantes. Los datos sucios podrían oscurecerlos. “Incluso para la Tierra y especialmente para vistas ecuatoriales, las variaciones en el flujo y la fuerza de las características de absorción en los datos integrados en el disco son pequeñas y típicamente ? 10%. Desentrañar estas variaciones del ruido en futuras observaciones de exoplanetas será un desafío”.
La complejidad de la Tierra la convierte en un objetivo difícil para este tipo de observación, y los autores lo reconocen. “Esta complejidad hace que la caracterización remota de entornos planetarios sea muy desafiante”, explican. “Usando la Tierra como nuestro banco de pruebas, aprendimos que un planeta y sus características no pueden describirse mediante un solo espectro de emisión térmica, sino que se requieren mediciones de varias épocas, preferiblemente tanto en luz reflejada como en emisión térmica”.
La mayoría de nuestras detecciones de exoplanetas se basan en unos pocos tránsitos de esos planetas frente a sus estrellas. Eso tiene sus limitaciones. El telescopio espacial James Webb tiene como objetivo estudiar los espectros de algunos exoplanetas con más potencia, por lo que nos acercamos al día en que necesitaremos comprender mejor lo que estamos viendo.
Este estudio probó un nuevo método para observar exoplanetas en el infrarrojo medio en lugar de luz reflectante. Aunque existe una variación estacional y una variación de la geometría de observación, “… encontramos que nuestro resultado es relativamente insensible a los efectos diurnos o estacionales, a diferencia del caso de las mediciones de luz reflejada”.
Mettler y sus co-investigadores creen que su método puede aportar datos únicos a las observaciones de exoplanetas en luz reflejada. “Por lo tanto, concluimos que observar exoplanetas con emisión térmica podría proporcionar información única y complementaria que es necesaria para la caracterización de planetas terrestres alrededor de otras estrellas”.
Con información de UniverseToday.com
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