planetas extrasolares y la búsqueda de otras tierras PLANETAS FUERA DE NUESTRO SISTEMA SOLAR Buscar planetas alrededor de otras estrellas se está convirtiendo en uno de los retos más grandes de la Ciencia. Es la primera vez en toda la Historia en el que se puede estudiar este campo tan comprometido de la astrofísica. Ya que, el objetivo último es encontrar planetas parecidos a la Tierra en los que existan condiciones tales que la vida haya podido surgir. En la Antigüedad, los griegos clásicos ya se preguntaban sobre si estábamos solos en el Universo. Mientras que en torno al siglo IV antes de Cristo, Epicuro pensaba que «deben existir otros mundos, con plantas y seres vivos, algunos de ellos similares y otros diferentes al nuestro», el maestro Aristóteles sostenía que «no pueden haber más mundos habitados que el nuestro». Sin embargo, quizás el caso más famoso es el del filósofo Giordano Bruno quien, en 1584, publicó el libro Sobre la pluralidad de los mundos habitados, en el que sostenía que «existen innumerables soles e innumerables tierras, pero no somos capaces de detectarlos porque las estrellas a las que pertenecen son mucho más luminosas que ellos». Por pensar así, fue quemado en la hoguera como hereje. La existencia de otros planetas orbitando alrededor de otras estrellas se intuyó ya en la época de Darwin. En 1855 Thomas Jefferson Jackson informó de ciertas anomalías en el sistema binario 70 Ophiuchi. Este astrónomo sugirió que dichas anomalías constituían un indicio "altamente probable" de la existencia de un cuerpo planetario en aquel sistema solar. 60 años más tarde Peter van de Kamp propuso la existencia de un compañero con la estrella Barnard (estrella en la constelación de Ophicus con mayor movimiento aparente visto desde la Tierra), incluso dijo que su masa debería estar próxima a la de Júpiter y su órbita muy cerca de la estrella. Pero posteriores I estudios por parte de otros investigadores desestimaron esta teoría. Sin embargo durante dos décadas la estrella se volvió muy popular entre los aficionados a la astronomía y su fama entró también de lleno en la ciencia ficción. En España, se han dado obras como "Sueños entre las estrellas", de Rubén Serrano, que relata la terraformación y colonización por humanos de un supuesto mundo en el sistema Barnard. Imagen 1: Técnica de detección de exoplanetas mediante tránsitos
LOS METODOS DE BUSQUEDA DE PLANETAS EXTRASOLARES Las tres técnicas de detección de planetas extrasolares son indirectas, debido a que estudian los efectos del planeta sobre su estrella. Como consecuencia se sabe que el planeta está ahí y puede calcularse su tamaño, pero muy excepcionalmente se ha podido tener una imagen directa de ellos. Un planeta puede afectar a su estrella de varios modos: su fuerza de gravedad, sobre todo en el caso de planetas gigantes, puede forzar a la estrella a dibujar una pequeña órbita la técnica de la astrometría consiste en medir con gran precisión la posición de una estrella de modo que cualquier "tambaleo" puede detectarse. La estrella, en su recorrido orbital, se acercará o alejará de nosotros, Imagen 2: Técnica de detección de exoplanetas movimienmediante el Efecto Doppler to que provoca que la longitud de onda de su luz se comprima o extienda respectivamente, esto se conoce como desplazamiento al azul o rojo del espectro electromagnético. La medición de estas variaciones, conocida como técnica de la espectroscopia Dopler, ha permitido detectar hasta el momento la mayoría de los exoplanetas. Otra técnica consiste en medir la disminución periódica del brillo de la estrella causado por el paso de un planeta entre ella y el observador, conocida como método de los tránsitos. También se puede hacer uso de microlentes gravitatorias para encontrar exoplanetas, este método se basa en la ampliación de la luz que se tiene de un objeto lejano como consecuencia de un cuerpo masivo que actúa como lente. El primer exoplaneta fue descubierto en mayo de 1995 por los astrofísicos Michel Mayor y Didier Queloz usando la espectroscopia Doppler. La estrella era 51 Pegasi, muy similar a nuestra estrella solo que con una Primera imagen de un planeta fuera del Sistema Solar. Se trata de un planeta edad un poco más avanzada y localizada a 48 añosorbitando una pequeña y joven estrella enana marrón a una distancia dos luz del Sol. La masa del exoplaneta se estimaba pareci- veces la órbita de Neptuno. La imagen se tomó con el telescopio VLT del observatorio Paranal de Chile. da a la de Júpiter, pero sólo tardaba 4 días en orbitar
Upsilon Anromedae, primer sistema planetario múltiple descubierto
alrededor de 51 Pegasi. Esto era muy raro, un Júpiter tan cerca de la estrella. Al año siguiente, el grupo formado por Paul Butler y Georff Marcy anunció el descubrimiento de dos nuevos exoplanetas en torno a las estrellas 47 Ursae Majoris y 70 Virginis, ambas también muy semejantes al Sol. Y la lista de exoplanetas comenzó a crecer. 16 Cygni B, por ejemplo, tenía un planeta con una orbita muy elíptica, mientras que Upsilon Andromedae no tenía un único cuerpo girando a su alrededor, sino tres de ellos, siendo por tanto el primer sistema planetario extrasolar en ser descubierto. En la actualidad existe un surtido número de grupos de investigación que, valiéndose de técnicas fotométricas, barren la misma zona del cielo a diario en busca de posibles nuevos tránsitos. La tarea es ardua: observar el mismo campo, donde pueden entrar en torno a 10 000 estrellas, de forma continua y buscar variaciones del brillo en las estrellas. En el 2004 se obtuvo la detección del primer exoplaneta en torno a una estrella brillante con este método, a unos 500 años luz de la Tierra. Este exoplaneta tarda 3 días en orbitar a su estrella, poseyendo 3/4 partes de la masa de Júpiter, aunque su tamaño sea similar. La importancia del descubrimiento de TrES-1 radica en que pone al alcance de los astrónomos aficionados la detección de nuevos exoplanetas, algo totalmente impensable hace ni un lustro.
OTROS SISTEMAS PLANETARIOS De todos los posibles planetas extrasolares encontrados, muy pocos se ajustan a lo que tenemos en el Sistema Solar. La cifra de planetas descubiertos en torno a otras estrellas superaban los 330 en Enero del 2009, y sus características desafían la teoría que explica cómo se forman los sistemas planetarios, elaborada a partir del estudio de nuestro Sistema Solar. Según ésta, los planetas nacen a partir de un disco plano de gas, polvo y pequeñas rocas en rotación, en cuyo centro se halla la estrella en formación. Este planteamiento impide la formación de planetas en las zonas más externas e internas del disco, en parte porque se encontrarían a temperaturas extremas -demasiado bajas o altas respectivamente- y en parte por la falta de materiales para ello. Sin embargo, muchos de los planetas detectados se caracterizan por la proximidad a su estrella -con distancias menores que la de Mercurio al Sol- y por su velocidad- uno de ellos concluye una vuelta alrededor de su estrella en solo 3.1 días terrestres. También la gran masa de muchos de ellos, que oscila entre la mitad y diez veces la de Júpiter, el gigante de nuestro sistema, preocupa a los científicos. La teoría tradicional presuponía que la mayoría de los sistemas solares contendría un planeta semejante a Júpiter nada más pasar la "línea de nieve", o distancia a partir de la que las temperaturas bajan tanto que el vapor de agua se condensa en forma de hielo; nunca más cerca, ya que los gigantes gaseosos sólo pueden formarse en las zonas más frías, a una distancia mínima de cinco veces la que hay de la Tierra al Sol. La detección de esos "júpiters" tan veloces y próximos a su estrella ha llevado a los científicos a elaborar alternativas a la teoría tradicional, como las basadas en la formación de los planetas en partes del disco más benignas y en su posterior migración hacia el interior. Otras teorías apuestan por un desequilibrio gravitatorio producido por la existencia de varios planetas gigantes, lo que también explicaría la órbita elíptica de algunos de ellos: si los cuatro gigantes gaseosos del Sistema Solar hubieran crecido hasta el tamaño de Júpiter, habrían ejercido fuerzas gravitatorias sobre los otros y causado la excentricidad de las órbitas, la expulsión de alguno de ellos fuera del sistema o incluso un choque.
Imagen 4: Planetas Potencialmente habitables
MISION KEPLER La Misión Kepler es el cazaplanetas que más éxito ha tenido en estos últimos 5 años. Este telescopio espacial fue lanzado en marzo del 2009 y desde entonces el número de planetas encontrados ha aumentado exponencialmente. El método pionero en búsqueda exoplanetaria ha sido la Velocidad Radial hasta comenzar su declive a partir de 2012. 2013 fue el primer año en que la investigación aportó menos descubrimientos que el anterior. El método del Tránsito mantuvo su aportación pero no así la Velocidad Radial. Sin embargo esta ralentización del número de descubrimientos quedó superada con la presentación en febrero 2014 de 715 nuevas detecciones. Kepler descubre planetas y candidatos a planeta midiendo disminuciones en el brillo de más de 150.000 estrellas en búsqueda de planetas que crucen en frente, o “transiten”, las estrellas. Kepler necesita, como mínimo, tres tránsitos para verificar una señal como un planeta. Esta es una misión eminentemente estadística que pretende calcular la frecuencia de cada tipo de planeta en nuestra Galaxia y, en concreto, cuál es el porcentaje de estrellas de tipo solar con exotierras.
Número de exoplanetas descubiertos por año y método.
Todo esto suma más del 100% lo que implica estadísticamente que “cada estrella que vemos en el cielo tiene por lo menos un planeta y la mayoría son rocosos”
Júpiter profesionales y aficionados, una unión fructífera No hay necesidad de tener un equipo extremadamente caro: por lo que vale un coche sencillo, podemos adquirir un telescopio y una cámara astronómica de bastante calidad. Lo que sí es imprescindible es dedicar mucho tiempo y esfuerzo para que los astrónomos aficionados puedan colaborar en proyectos profesionales. Un campo que da mucho juego son los planetas gaseosos, como Júpiter. Aunque la inauguración de grandes telescopios no cesa, también crece sin parar la demanda de tiempo de observación por parte de los astrónomos. Esto hace imprescindible la colaboración de pequeños telescopios. Hoy en día, la resolución con la que un astrónomo aficionado puede ver la superficie de Júpiter le permite distinguir con calidad la estructura de su atmósfera, por lo que sus observaciones son reclamadas por los científicos. Veamos un ejemplo de este tipo de colaboración. El Grupo de Ciencias Planetarias de la Universidad del País Vasco, que dirige Agustín Sánchez-Lavega, está realizando un estudio de las atmósferas de Júpiter y Saturno. Sus descubrimientos han sido publicados en prestigiosas revistas como ‘Nature’ y ‘Science’. La vigilancia constante que hay que realizar sobre estos planetas hace imprescindible la colaboración de los astrónomos aficionados. Como ejemplo el descubrimiento por Anthony Wesley, desde Australia (jupi_ter.samba.org/jupiter-impact._html), del último impacto que sufrió Júpiter. En 2009, además de cumplirse 400 años desde que Galileo observara por primera vez el cielo con un telescopio, también fue el año en el que tuvieron lugar los fenómenos mutuos entre los satélites de Júpiter. Se trata de eclipses y ocultaciones entre los distintos satélites Galileanos (Io, Europa, Calixto y Ganímedes) y sólo se pueden ver cuando la órbita de estos satélites está en el mismo plano que la terrestre, acontecimiento que ocurre cada seis años. El estudio de estas ocultaciones ayuda a establecer con más exactitud sus órbitas en torno a Júpiter, ya que, al tratarse de un sistema de varios cuerpos, no existe una ecuación del movimiento resoluble. Así, conocer la posición exacta de uno de estos satélites tiene una incertidumbre de
unos cuantos cientos de kilómetros. Aquí también juegan una gran labor los aficionados, y muchos de ellos apuntan sus telescopios hacia Júpiter para medir con la mayor exactitud posible dichos eventos. Desde el observatorio de Torrecilla de Valmadrid (Zaragoza), el Grupo Astronómico Silos participó en la campaña 2002-03. Los resultados fueron publicados r en la revista científica Astronomy & Astrophysics. A veces se ha calificado a Júpiter como una ‘estrella fallida’, quizás añorando cielos coronados por dos astros que nunca tendremos. Sin embargo en las últimas décadas han sido descubiertos nuevos tipos de cuerpos cuyas características los clasifican entre Júpiter y las pequeñas estrellas. Los verdaderos cuerpos subestelares son llamados enanas marrones, con una masa no superior a 80 masas de Júpiter, lo que les hace incapaces de mantener reacciones de fusión del hidrógeno en su interior, característica indispensable para ser estrella. Desde 1992 se han descubierto 1783 planetas en 1105 sistemas planetarios, incluyendo 460 sistemas múltiples. La mayoría de estos exoplanetas son gigantes gaseosos con masas muy similares a las de Júpiter o hasta 12 veces más. Mantienen una órbita muy cercana a su estrella, en ocasiones a menor distancia que la que hay de Mercurio al Sol, lo que ha hecho que se les califique como ‘Júpiteres calientes’. Se cree que el 11% de las estrellas similares al Sol poseen planetas detectables. Un proyecto que abarque la búsqueda de todos estos exoplanetas es inviable para los grandes observatorios, y es aquí donde la participación de los astrónomos aficionados cobra de nuevo un gran papel. Con el fin de apoyar el trabajo de los profesionales se creó una red global de ‘amateurs’ que observan continuamente estrellas ‘sospechosas’ de poseer exoplanetas. El futuro de la exploración de Júpiter es la misión Juno, que fue lanzada desde Florida en agosto de 2011. Una vez haya llegado al planeta, en 2016, se colocará en una órbita alrededor de él con la misión de estudiar la formación, evolución y estructura de sus nubes. ¿Será este el fin de la participación ‘amateur’? Seguramente, el futuro nos deparará nuevos retos. . Sánchez-Lavega, A., G. Orton, S., R. Hueso, E. García-Melendo, S. PérezHoyos, A. Simon-Miller, J. F. Rojas, J. M. Gómez et al., Nature (2008), 451,
1
LA OBSERVACION DE SATURNO
Saturno es la joya del Sistema Solar y en estos meses es cuando mejor se nos muestra a los observadores terrícolas durante este 2014. Su visión a través de un telescopio es la más impresionante de todas las que se puedan ver. Parece una copia, a escala reducida, de Júpiter pero añadiéndole unos hermosos anillos y un poco más de achatamiento en los polos. Al igual que su hermano mayor su superficie está jalonada de bandas, óvalos y tormentas con los vientos más violentos de todos los conocidos: más de 1500 kilómetros a la hora. Sin duda, lo más sorprendente de Saturno es su sistema de anillos. Estos están compuestos por millares de partículas y rocas cubiertas de hielo (de allí que sean tan brillantes) de tamaños entre el milímetro y los 10 metros. Su origen puede explicarse por un disco de acrección de materia que no se condensó para formar un satélite o bien por la destrucción de uno ya existente por la fuerza gravitatoria del planeta. Se extienden unos 416.000 kilómetros, desde los 66.900 a los 483.000, aunque sólo tienen unos pocos metros de ancho. Observados primero por Galileo y definidos como tales por Huygens, los anillos no son compactos, sino que son una sucesión concéntrica de 7 anillos separados por una serie de divisiones. Las dos principales divisiones reciben el nombre de división de Cassini (entre el anillo A y B) y la división Roche (subdivisión estrecha del anillo A). Este sistema de anillos está situado en el plano ecuatorial del planeta inclinado unos 27º respecto a la órbita del planeta. Debido a esto, para el observador terrestre la visión de los anillos no siempre es la misma. A veces vemos la parte inferior y otras la superior, incluso dos veces en cada revolución de 29 años los anillos desaparecen al estar de “canto” y desde nuestra perspectiva no podemos verlos durante 3 días. La última vez que ocurrió este curioso fenómeno fue el 4 de septiembre de 2009, pero desgraciadamente no pudo verse por estar el planeta muy cerca del Sol. Curiosamente cuando Galileo observaba el planeta tuvo lugar este evento y no supo interpretarlo. De entre sus 62 satélites (aunque se sospecha que puede tener unos 200), el más destacable es Titán, de magnitud 8, y el único satélite con atmósfera compuesta en su mayoría por nitrógeno pero con bastante argón y metano. También tiene una densa capa de espesa niebla compuesta por hidrocarburos sintetizados por la radiación solar a partir de metano. A través de un telescopio nos será fácil ver otras lunas de Saturno como Rhea, Tethis, Dione o Japeto que rondan la magnitud 10 y que podremos ver, debido a la inclinación del eje de giro de Saturno, en cualquier parte alrededor de este, incluso por encima y por debajo del planeta. El resto deben observarse con instrumentos mayores intentando evitar el brillo parásito de Saturno.
Puedes obtener más información sobre nuestra asociación en: Página web: www.grupoastronomicosilos.org E-mail: gas_astronomia@yahoo.es Blog: www.divulgas.es Boletín online: issuu.com/gas_astronomia Facebook: www.facebook.com/grupoastronomicosilos Twitter: twitter.com/@GASAstronomia Fotos actividades: www.flickr.com/photos/gas_astronomia © Grupo Astronómico Silos de Zaragoza, 2014