Los futuros historiadores pueden mira hacia atrás y llámalo la «era de los exoplanetas». Hemos encontrado más de 5000 exoplanetas y seguiremos encontrando más. Luego vamos más allá de simplemente encontrarlos y centramos nuestros esfuerzos en encontrar firmas biológicas, las huellas dactilares químicas especiales que los procesos vivos imprimen en las atmósferas de los exoplanetas.
Pero hay más en las firmas biológicas que la química atmosférica. En un planeta con mucha vida vegetal, la luz también puede ser una firma biológica.
La búsqueda de firmas biológicas en exoplanetas ganó un impulso de energía cuando el Telescopio Espacial James Webb comenzó las observaciones. Uno de los objetivos científicos del telescopio es caracterizar atmósferas de exoplanetas con su potente espectrometría infrarroja. Si Webb encuentra grandes cantidades de oxígeno, por ejemplo, es una indicación de que los procesos biológicos pueden estar funcionando y están cambiando la atmósfera de un planeta. Pero JWST y otros telescopios pueden detectar otro tipo de firma biológica.
Una firma de plantas.
La abundante vida vegetal de la Tierra cambia la «firma de luz» de nuestro planeta. El cambio se basa en la fotosíntesis y en cómo la vida vegetal absorbe algunas frecuencias de luz mientras refleja otras. El fenómeno resultante se llama borde rojo de vegetación (VR.)
Los científicos de exoplanetas han estado trabajando en la idea del VRE como biofirma durante algunos años. Se basa en que la clorofila absorbe luz en la parte visible del espectro y es casi transparente en el infrarrojo. Otras estructuras celulares en la vegetación reflejan el infrarrojo. Esto ayuda a las plantas a evitar el sobrecalentamiento durante la fotosíntesis. Esta absorción y reflexión hace posible que la teledetección mida la salud, la cobertura y la actividad de las plantas, y los científicos agrícolas la utilizan para monitorear los cultivos.
En un nuevo artículo, un equipo de investigadores analizó la clorofila y sus fluorescencia inducida por el sol (SIF). SIF es el nombre de la señal electromagnética emitida por la clorofila a, la molécula de clorofila más ampliamente distribuida. Parte de la energía absorbida por la clorofila no se usa para la fotosíntesis, sino que se emite en longitudes de onda más largas como un espectro de dos picos. Cubre aproximadamente el rango espectral de 650 a 850 nm.
El documento es «Fluorescencia fotosintética de planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas frías similares al Sol» y se publicará en El diario astrofísico. El autor principal es Yu Komatsu, investigador del Centro de Astrobiología de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales, Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
El artículo se centra en cómo se puede detectar la fluorescencia de la clorofila en planetas similares a la Tierra. «Este estudio examinó la detectabilidad de la fluorescencia biológica de dos tipos de pigmentos fotosintéticos, las clorofilas (Chls) y las bacterioclorofilas (BChls), en planetas similares a la Tierra con atmósferas ricas/pobres en oxígeno y anóxicas alrededor del Sol y las enanas M», dijo. el investigador. explican los autores.
Detectar la presencia de clorofila en otro mundo es complicado. Existe una interacción compleja entre la vida vegetal, la luz de las estrellas, la cubierta terrestre/oceánica y la composición atmosférica. Este estudio es parte de un esfuerzo continuo para comprender algunas de las limitaciones de la detección y qué datos espectroscópicos pueden decirles a los científicos sobre los exoplanetas. Con el tiempo, los científicos de exoplanetas quieren determinar qué detecciones podrían ser firmas biológicas en diferentes circunstancias.
El VRE es una fuerte caída en la luz observada entre la luz infrarroja y la luz visible. La luz del infrarrojo cercano (a partir de unos 800 nm) es mucho más brillante que la luz en el óptico (entre unos 350 y 750 nm). En la Tierra, esta es la firma luminosa de la vida vegetal y su clorofila. La clorofila absorbe luz hasta 750 nm y otros tejidos vegetales reflejan luz por encima de 750 nm.
satélites como Tierra de la NASA puede observar diferentes regiones de la superficie de la Tierra a lo largo del tiempo y observar cómo cambia la reflectancia de la luz. Los científicos miden lo que se llama un índice de vegetación de diferencia normalizada (NVDI). Una ubicación densamente arbolada durante el pico de la temporada de crecimiento proporciona valores máximos para el NDVI, mientras que las regiones con poca vegetación proporcionan valores bajos.
Consejos de brillo de la tierra
Los científicos también pueden observar brillo de la tierra, la luz reflejada de la Tierra a la Luna. Esta luz es la totalidad de la luz reflejada por la Tierra, lo que los científicos llaman el espectro medio del disco. «Mientras que la teledetección observa áreas locales en la Tierra, las observaciones de Earthshine proporcionan espectros promediados del disco de la Tierra, lo que lleva a una comprensión fructífera de las aplicaciones de los exoplanetas», escriben los autores. «El cambio aparente en la reflectancia en el espectro medio del disco terrestre debido a la vegetación superficial es inferior al 2%».
El brillo de la Tierra que vemos en la Luna es similar a la luz que detectamos en exoplanetas distantes. Es la luz total frente a la luz superficial regional. Pero hay una enorme complejidad involucrada en el estudio de esta luz, y no hay comparaciones fáciles entre la Tierra y los exoplanetas. «Las señales VRE de exoplanetas alrededor de estrellas no similares al Sol son difíciles de predecir debido a la complejidad de los mecanismos fotosintéticos en diferentes entornos de luz», explican los autores. Pero aún vale la pena buscar un VRE en exoplanetas. Si los científicos observan un exoplaneta con frecuencia, podrán reconocer cómo el VRE cambia estacionalmente, y pueden reconocer un paso similar al VRE en la espectroscopia del planeta, aunque puede ser en longitudes de onda diferentes a las de la Tierra.
En su artículo, los investigadores consideraron un planeta similar a la Tierra en diferentes etapas de la evolución atmosférica. En cada caso, los planetas orbitaban alrededor del Sol, una enana roja bien estudiada llamada Gliese 667Co la aún más conocida enana roja TRAPENISTA-1. (Ambas enanas rojas tienen planetas en sus zonas habitables y ambas representan tipos comunes de enanas rojas). Modelaron la reflectancia de cada caso para clorofila vegetal, vegetación basada en clorofila bacteriana y fluorescencia biológica sin vegetación superficial.
Lo que crearon es una colección de curvas de luz que muestran cómo se verían los diferentes VRE en exoplanetas similares a la Tierra en diferentes etapas de evolución atmosférica alrededor de diferentes estrellas. Es importante tener en cuenta las diferentes etapas de la evolución atmosférica porque la atmósfera de la Tierra cambió de pobre en oxígeno a rica en oxígeno mientras la vida estaba presente.
«Consideramos las emisiones de fluorescencia de la vegetación basada en Chl y BChl en condiciones de cielo despejado, un planeta similar a la Tierra alrededor del Sol y dos enanas M», escriben los autores.
El estudio produjo una serie de datos de reflectancia para planetas similares a la Tierra alrededor de diferentes estrellas. Los planetas fueron modelados con diferentes atmósferas que corresponden a las diferentes atmósferas de la Tierra durante sus 4 mil millones de años de historia. Los investigadores también variaron la cantidad de cobertura terrestre frente a la cobertura oceánica, la cantidad de costa y si la superficie estaba cubierta por plantas o bacterias fotosintéticas.
¿Exoplanetas similares a la Tierra?
En el futuro, utilizaremos telescopios espaciales cada vez más potentes como LUVOIR (Large UV/Optical/IR Surveyor) y HabEx (Habitable Exoplanet Observatory). Los telescopios terrestres como el Telescopio de Treinta Metros, el Telescopio Gigante de Magallanes y el Telescopio Europeo Extremadamente Grande también estarán en línea en un futuro próximo. Estos telescopios generarán una cantidad sin precedentes de datos sobre exoplanetas, y este estudio es parte de la preparación para ello.
Estamos detectando más y más exoplanetas y construyendo una comprensión estadística de otros sistemas solares y las distribuciones, masas y órbitas de los exoplanetas. El siguiente paso es obtener una comprensión más profunda de las características de los exoplanetas. Telescopios como el E-ELT harán esto con su espejo de 39,3 metros. Podrá separar la luz de un exoplaneta de la luz de las estrellas y obtener imágenes directas de algunos exoplanetas. Esto liberará una avalancha de datos sobre la reflectancia de exoplanetas y posibles firmas biológicas, y todos estos datos deberán evaluarse.
Si alguna vez localizamos un planeta similar a la Tierra que sea habitable y actualmente tenga vida, no aparecerá simplemente en uno de nuestros telescopios y anunciará su presencia. En cambio, habrá pistas tentadoras; habrá indicaciones y contraindicaciones. Los científicos trabajarán lenta y cuidadosamente para avanzar, y un día podemos decir que hemos encontrado un planeta con vida en él. Esta investigación tiene un papel que desempeñar en la empresa.
“Es importante evaluar cuantitativamente la detectabilidad de cualquier biofirma de superficie potencial utilizando las especificaciones de misión futuras específicas esperadas”, explican los autores. «Este estudio hizo el primer intento de investigar la detectabilidad de la fluorescencia fotosintética en exoplanetas similares a la Tierra».
Este artículo fue publicado originalmente en universo hoy por EVAN GOUGH. leer el articulo original aqui.
