¿De dónde venimos? El telescopio James Webb revela pistas sobre mundos alienígenas y los orígenes de la vida
El telescopio espacial James Webb está revolucionando nuestra comprensión de los exoplanetas, la química atmosférica y los sistemas climáticos del sistema solar, y ofrece perspectivas sin precedentes sobre el potencial de vida extraterrestre y los orígenes de nuestro universo.
¿De dónde venimos?
El telescopio espacial James Webb (JWST), lanzado el día de Navidad de 2021, ya está transformando nuestra comprensión de los planetas de nuestro sistema solar y mucho más allá. Como observatorio satelital versátil, el JWST tiene una visión clara desde su posición orbital, a 1,5 millones de km de la Tierra en el espacio. Esto le confiere una ventaja importante sobre los telescopios terrestres, que deben observar el espacio a través de la atmósfera brumosa de la Tierra.
El JWST recoge cinco veces más luz que el telescopio espacial Hubble (HST), lo que le permite detectar señales débiles de mundos lejanos mediante sus capacidades espectroscópicas.
«Antes del telescopio espacial James Webb, solo se podía observar un número muy pequeño de moléculas, como agua, monóxido de carbono y sodio», dijo Jérémy Leconte, astrofísico de la University of Bordeaux, en Francia.
Previous missions and observations from Earth have discovered thousands of exoplanets (those outside our Solar System) and astronomers are already taking advantage of JWST's unique capabilities to study the building blocks of life in the Universe.Alien skies
A principios de este año, el telescopio James Webb permitió a los astrofísicos observar un exoplaneta alrededor de una estrella similar al Sol, a 700 años luz de distancia. La luz estelar que atraviesa la atmósfera del planeta caliente similar a Júpiter WASP-39b ofrece a los astrónomos una visión de la química de los cielos alienígenas.
Desde la Tierra, los telescopios tienen dificultades para observar dióxido de carbono en exoplanetas, ya que deben mirar a través del CO2 presente en la atmósfera de los planetas. El observatorio JWST permite detectar una gama más amplia de moléculas, incluido el dióxido de carbono, en los cielos de WASP-39b. La presencia de dióxido de carbono en la atmósfera puede indicar que existe vida orgánica en el planeta.
«Esto realmente cambia las reglas del juego», dijo Leconte. «Realmente necesitamos observar planetas alrededor de estrellas cercanas a nosotros. Esta es nuestra mejor oportunidad para caracterizar sus atmósferas».
En particular, le interesan siete planetas rocosos que orbitan la estrella enana TRAPPIST-1, a 40 años luz de distancia, y sobre todo sus atmósferas. Los planetas se encuentran en la zona habitable, lo que significa que esta presenta las temperaturas adecuadas para que el agua permanezca líquida.
Por lo general, cuando los científicos hacen predicciones sobre la atmósfera de un exoplaneta, asumen que esta es homogénea, es decir, que existen las mismas condiciones en toda ella. Es poco probable que esto sea cierto.
Leconte ha desarrollado un simulador en 3D (como parte del proyecto WHIPLASH, financiado por Horizon) para realizar pruebas en planetas simulados con características conocidas, como la presencia de agua líquida. Utilizar planetas simulados para realizar estas pruebas es como tener las respuestas al final de un libro de matemáticas: se pueden ejecutar las pruebas y comparar las respuestas que proporcionan los modelos con las características conocidas.
Es probable que se descubran muchos miles más de exoplanetas en los próximos años, incluidos los encontrados con el nuevo telescopio espacial. Los científicos quieren saber si sus modelos pueden ofrecer información precisa. Algunas de las respuestas a las preguntas sobre exoplanetas lejanos podrían estar cerca de casa, en el Sistema Solar, en los cuatro planetas más grandes: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
La misión orbital Juno ha proporcionado vistas espectaculares de Júpiter, mientras que la nave espacial Cassini reveló detalles sobre el planeta Saturno. Anteriormente, la nave espacial Voyager 2, al pasar cerca de Neptuno y Urano, tomó imágenes de sus atmósferas.
'Hemos capturado imágenes gloriosas de estos planetas, con todos estos sistemas de tormentas arremolinadas y franjas de colores vivos, que son patrones de circulación meteorológica a gran escala', dijo el científico planetario Leigh Fletcher, de la Universidad de Leicester, 'pero solo es una instantánea de sus atmósferas y climas en un momento particular en el tiempo'.
Cuatro gigantes
Para comprender los patrones climáticos y meteorológicos, Fletcher dirige un proyecto llamado GIANTCLIMES que reunió piezas dispersas del rompecabezas de sus atmósferas en constante cambio. Utilizaron observaciones pasadas de telescopios en la Tierra para comprender los ciclos naturales en los cuatro planetas gigantes durante muchas décadas. Este trabajo ha preparado el terreno para los tan esperados nuevos mapas de estos mundos obtenidos por el JWST.
Urano y Neptuno son los planetas más distantes del Sistema Solar y estos llamados "gigantes de hielo" aún conservan un aire de misterio. Están compuestos principalmente de hidrógeno, helio y otros gases como el metano.
'Hay tanto potencial para descubrimientos completamente nuevos (con estos dos planetas)', dijo Fletcher. 'No tenemos un buen control sobre el funcionamiento de las atmósferas de estos gigantes de hielo en comparación con los gigantes gaseosos mejor estudiados (Júpiter y Saturno)'.
Nieve de metano
Mientras tanto, se sabe que Saturno tiene enormes sistemas de tormentas, y Neptuno podría tener tormentas de nieve de metano. La variable clave en los patrones meteorológicos es siempre la temperatura, con temperaturas gélidas en los distantes Neptuno y Urano.
Ya se han logrado avances con la publicación de los primeros mapas de temperaturas atmosféricas en la estratosfera superior de Urano. Esto reveló sorprendentes sistemas de circulación estacional y puntos brillantes sobre los polos.
También predice que los planetas gigantes, a menudo inclinados sobre su eje, tienen estaciones extremadamente largas. 'Vemos que las estaciones modulan las temperaturas atmosféricas, las nubes y las precipitaciones como en el planeta Tierra', dijo Fletcher, 'pero también vemos ciclos naturales regulares en la atmósfera que no son estacionales. Apenas estamos empezando a comprender el clima en los planetas gigantes'.
Además, la atmósfera de Neptuno mostró una actividad sustancial de tormentas y fenómenos meteorológicos, pero el equipo se sorprendió al descubrir que el planeta parece haberse enfriado durante el verano, en lugar de calentarse.
GIANTCLIMES es un acto de apoyo para la llegada del JWST. El nuevo telescopio ya ha observado Júpiter, y en un futuro próximo se dirigirá hacia Urano y Saturno, y luego a Neptuno a principios de 2023, lo que permitirá comparaciones entre planetas.
'Cómo funcionan los climas en los cuatro mundos es realmente el quid de lo que estamos tratando de entender', dijo Fletcher. Se espera que ofrezca más información sobre los ciclos naturales de variabilidad climática detectados en Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Sus extremos podrían incluso decirnos más sobre el clima y los patrones meteorológicos de la propia Tierra.
Vida extraterrestre
Los estudios de los cuatro gigantes también son relevantes para la investigación de exoplanetas. 'Tenemos una colección de diversas atmósferas planetarias en nuestro Sistema Solar que forman una plantilla para lo que podríamos esperar ver alrededor de otras estrellas', dijo con entusiasmo Fletcher.
'Tal vez estos objetivos exoplanetarios también exhiban ciclos naturales similares, y el objetivo final es tratar de tener predicción meteorológica o climática para todos los planetas, no solo los de nuestro Sistema Solar', concluyó Fletcher.
El JWST permitirá a los científicos obtener mejores vistas de los cielos de planetas en los confines del Sistema Solar, pero también de mundos a años luz de distancia, algunos de los cuales podrían estar rodeados de atmósferas protectoras y condiciones terrestres propicias para la vida extraterrestre.
'Dos campos avanzan rápidamente en astrofísica. Son los exoplanetas y la cosmología, que en realidad se reduce a la pregunta de Dios y la vida, es decir, de dónde viene el Universo y de dónde venimos', dijo Leconte.
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