Los primeros exoplanetas orbitando una estrella fueron encontrados en 1992. Desde entonces, se han descubierto muchos miles más. Esos fueron los primeros pasos para identificar otros mundos que podrían albergar vida.
Ahora, los científicos quieren dar el siguiente paso: estudiar las atmósferas de los exoplanetas, para responder a la pregunta que quizá nos hacemos más a menudo: ¿Estamos solos?
La misión ARIEL de la ESA será una poderosa herramienta que nos ayudará a responderla.
ARIEL significa Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey. Es parte del Programa Visión Cósmica de la Agencia Espacial Europea . El objetivo de ARIEL es examinar las atmósferas de unos 1.000 exoplanetas previamente confirmados. Estudiará la composición química y las estructuras térmicas de las atmósferas.
ARIEL se encuentra en la fase de desarrollo y su fecha tentativa de lanzamiento no es hasta 2029.
El observatorio espacial tendrá un potente telescopio reflector Cassegrain de dos espejos, seguidos de un tercer espejo para enfocar la luz. El espejo primario elíptico medirá 1,1 por 0,7 metros.
Su destino final es el punto de Lagrange Sol-Tierra 2 (L2), la misma que la del telescopio James Webb actualmente, localizado a 1,5 millones de kilómetros más allá de la Tierra en la dirección alejada del Sol.
La NASA diseñó misiones como Kepler y TESS para encontrar exoplanetas, que han tenido éxito. Pero la misión de ARIEL se dedica a estudiar exoplanetas. Pasará su tiempo mirando exoplanetas conocidos en lugar de escanear el cielo en busca de más.
ARIEL abordará varias preguntas en la ciencia de los exoplanetas. Explorará la composición, la formación y evolución de los sistemas planetarios y los procesos físicos que dan forma a las atmósferas de los exoplanetas.
Estamos acostumbrados a pensar en los exoplanetas en relación con los planetas de nuestro propio Sistema Solar. Pero las composiciones de exoplanetas pueden variar mucho. ARIEL nos ayudará a entenderlos mejor. La ilustración de este artista muestra la estructura interna teórica del exoplaneta GJ 3470 b. Es diferente a cualquier planeta encontrado en el Sistema Solar. Con un peso de 12,6 masas terrestres, el planeta es más masivo que la Tierra pero menos masivo que Neptuno. A diferencia de Neptuno, que está a 3 mil millones de millas del Sol, GJ 3470 b puede haberse formado muy cerca de su estrella enana roja como un objeto rocoso y seco. Luego, atrajo gravitacionalmente gas hidrógeno y helio de un disco circunestelar para construir una atmósfera espesa. El disco se disipó hace miles de millones de años y el planeta dejó de crecer. La ilustración inferior muestra el disco tal como pudo haber sido el sistema hace mucho tiempo. La observación de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA ha analizado químicamente la composición de la atmósfera muy clara y profunda de GJ 3470 b, arrojando pistas sobre el origen del planeta. Muchos planetas de esta masa existen en nuestra galaxia. Crédito de la imagen: NASA.
El conocimiento detallado de las atmósferas de los exoplanetas les dice a los científicos cómo y dónde se formaron. Los planetas se forman en discos protoplanetarios, los discos de polvo y gas que rodean a las estrellas jóvenes. Cuando los científicos conocen la composición química de una atmósfera y su estructura térmica, comprenden mejor en qué parte del disco se formó un planeta y con qué rapidez.
Los resultados científicos de ARIEL también pueden abordar otras preguntas. Una de esas preguntas es cómo comenzó la vida en la Tierra.
La Tierra se formó de la misma manera que los exoplanetas: a partir de un disco protoplanetario. Pero la evidencia de los comienzos de la vida hace mucho que desapareció del registro geológico de la Tierra. La observación de exoplanetas terrestres puede ayudar a responder la pregunta sobre los orígenes de la vida. Si ARIEL puede mostrarnos cómo evolucionaron los entornos físicos y químicos en planetas similares a la Tierra, podemos obtener una visión de facto de la Tierra primitiva, cuando comenzó la vida.
Las misiones anteriores con Kepler y TESS tenían el objetivo de catalogar los exoplanetas. Inspeccionaron un área predeterminada del cielo, en busca de señales de tránsito. Pero ARIEL es diferente. No observará un área predeterminada del cielo sino una lista predeterminada de objetivos existentes. Dado que los diseñadores de misiones ya saben dónde están esos objetivos, cuándo transitarán frente a sus estrellas y cuándo se ocultarán detrás de ellos, la misión se puede programar de manera más precisa y eficiente. Pero también impone algunas restricciones a la planificación, ya que la misión no se basa en observaciones pasivas.
Este gráfico muestra la diferencia entre tránsitos y ocultaciones utilizando el exoplaneta WASP-189 b como ejemplo. Cuando un planeta pasa frente a su estrella vista desde la Tierra, la estrella parece más débil por un corto tiempo. Este fenómeno se llama tránsito. Cuando el planeta pasa detrás de la estrella, la luz emitida y/o reflejada por el planeta es oscurecida por la estrella por un corto tiempo. Este fenómeno se llama ocultación. Crédito: © ESA
La ESA está diseñando la misión ARIEL para que dure cuatro años. “Concluimos que Ariel podrá cumplir los objetivos científicos, es decir, caracterizar ~1000 atmósferas de exoplanetas, con un tiempo de exposición total que representa alrededor del 75-80% de la vida útil de la misión”, escriben los autores.
ARIEL también observará algunos exoplanetas durante sus órbitas completas. Observará cómo varían sus espectros a medida que los planetas orbitan alrededor de sus estrellas. Estas se llaman curvas de fase y pueden dar una imagen más detallada de la atmósfera de un exoplaneta que los tránsitos y las ocultaciones.
Los cambios en la luz de las estrellas reflejada por un planeta mientras orbita alrededor de su estrella brindan información sobre los procesos físicos que impulsan el transporte de calor desde el lado cálido del día al lado más frío de la noche. El análisis de las curvas de fase también revela detalles de la atmósfera del planeta, incluida la presencia de nubes, y posiblemente incluso indicios de la composición de las nubes. Crédito de la imagen: ESA
ARIEL llevará la ciencia de los exoplanetas un paso más allá de donde está ahora. En una entrevista de 2021 con Innovation News Network, la científica del proyecto ARIEL, Theresa Lueftinger, habló sobre algunas de las expectativas para la misión ARIEL y la ciencia de los exoplanetas en general. “Estoy segura de que encontraremos cosas que no esperábamos ni imaginamos antes”, dijo Lueftinger. “Eso sucede en la ciencia regularmente, especialmente en la ciencia de los exoplanetas. Esto es también lo que hace que nuestra vida, nuestra profesión y este campo de la ciencia sean tan emocionantes”.
ARIEL es solo una de las tres misiones de exoplanetas de la ESA. CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite) se lanzó en 2019 y se centra en exoplanetas conocidos que orbitan estrellas brillantes cercanas. Está observando planetas en el rango de tamaño de súper-Tierra a Neptuno. Su objetivo es realizar observaciones de alta precisión de estos planetas para determinar su densidad aparente.
PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) se lanzará en 2026 y buscará hasta un millón de estrellas en busca de tránsitos de exoplanetas. El objetivo de PLATO es descubrir exoplanetas rocosos alrededor de estrellas como nuestro Sol y estrellas enanas rojas y subgigantes. El énfasis está en los planetas similares a la Tierra alrededor de la zona habitable de sus estrellas, donde podría existir agua líquida en sus superficies.