Analizan el clima de un exoplaneta gigante por primera vez

En la actualidad, conocemos más de 3.000 exoplanetas que orbitan estrellas diferentes a nuestro Sol. Pero una cosa es saber de su existencia, que no es moco de pavo, y otra, aun más interesante es poder saber las condiciones que pueden darse en él. ¿Tiene atmósfera? ¿y esa atmósfera tiene un clima particular?

Un clima de gigantes

Creemos que los gigantes gaseosos tendrán fuertes vientos y tormentas muy violentas, como la Gran Mancha Roja de Júpiter, pero hasta la fecha no se había logrado observar si realmente se daba el caso en planetas más allá de los confines de nuestro Sistema Solar. Detectar la atmósfera de un planeta es muy complicado. Es necesario que sea muy brillante y, aun así, la luz de su estrella suele imponerse al reflejo del planeta.

Para poder estudiar el clima de un exoplaneta no sólo necesitamos ver su atmósfera, si no cómo cambia con el paso del tiempo. Hasta el momento, es algo que hemos logrado hacer una vez, en un exoplaneta conocido como 55 Cancri e. Ahora, por primera vez, hemos observado el clima de un planeta gigante. Los resultados han sido publicados en la revista Nature Astronomy (y puedes encontrar el enlace al estudio al final del artículo).

Para poder analizar los patrones atmosféricos de un exoplaneta es necesario que observemos la luz que refleja. La luz de su estrella da calor al planeta, parte de esa luz recibida es reflejada, bien por la superficie o bien por la atmósfera, especialmente si tiene mucha nubosidad. Además, el exoplaneta también emite su propia luz, alcanzando más brillo cuanto más cálido es. Si se observa mientras va completando órbitas, podemos ver los cambios en su luz y crear un mapa del brillo de la superficie. Si observamos las suficientes órbitas, es posible ver cómo cambia el brillo en cada revolución y deducir, asímismo, cómo cambia la atmósfera a lo largo del tiempo.

El clima en HAT-P-7 b

Con la ayuda del satélite Kepler, de la NASA, los investigadores han sido capaces de observar los cambios en el exoplaneta HAT-P-7 b, conocido por estar en órbita retrógrada (es decir, se mueve en dirección contraria a la rotación de su estrella), a más de 1.000 años-luz de distancia del Sistema Solar, en la constelación del Cisne. Es un planeta muy parecido a Júpiter, algo más grande, pero orbita mucho más cerca alrededor de su estrella (de hecho, a este tipo de planetas gigantes, localizados muy cerca de sus estrellas, los conocemos como júpiteres calientes).

En este caso en particular, fueron capaces de observar la evolución de las formaciones de nubes a lo largo de cuatro años, proporcionando al equipo un modelo muy detallado del clima. HAT-P-7 b está, además de en órbita retrógrada, en rotación síncrona. Es decir, la misma cara del planeta apunta siempre a su estrella, de tal manera que un hemisferio está en luz perpetua, mientras el otro está en oscuridad constante, por lo que el lado diurno es más caluroso que el nocturno. La intensas diferencias de temperatura entre ambos lados suelen provocar vientos muy potentes, que soplan alrededor del planeta en forma de corriente ecuatorial.

Como el lado nocturno es más frío, la expectativa es que las nubes se formen allí pero se evaporen rápidamente al alcanzar el lado diurno. Sin embargo, la historia es algo más compleja. Esos intensos vientos pueden llevar las nubes hacia la zona en penumbra (esa franja del planeta en la que, por estar en rotación síncrona, la estrella no llega ni a ponerse por completo ni a elevarse por encima del horizonte) en el hemisferio diurno, donde permanecen algún tiempo antes de evaporarse.  Las nubes reflejan luz, así que hacen que esa región del planeta absorba algo menos de energía de su estrella y se enfríe.

Un día más fresco implica la presencia de vientos algo menos intensos y, por tanto, menos nubes en movimiento desde el hemisferio nocturno. Con menor nubosidad, sin embargo, se produce el efecto contrario, el planeta puede absorber más energía, permitiendo que el hemisferio diurno vuelva a calentarse y provocar que los vientos sean lo suficientemente intensos para transportar las nubes de vuelta allí, creando un clima atmosférico.

Nubes atípicas

Cuando los vientos son fuertes, el planeta es más brillante allá donde estén las nubes, y por tanto lo que se observa es, principalmente, luz reflejada. Cuando las nubes se disipan y los vientos son más débiles, siguen transportando calor, por lo que el punto más brillante pasar a estar en el hemisferio opuesto y vemos la luz emitida por el planeta. Monitorizando los cambios en el punto más brillante del planeta, los científicos fueron capaces de ver que el viento iba cambiando y, por tanto, podían observar la atmósfera del exoplaneta.

Pero estas nubes no tienen ningún parecido con las que podemos ver en la Tierra. Cuando hablamos de HAT-P-7 b y de sus temperaturas cálidas, en realidad estamos hablando de unos nada cómodos 2.100ºC, y 1.300ºC cuando hablamos de frío. Son temperaturas infernales, pero estamos hablando de una diferencia de unos 800ºC entre el lado iluminado y el lado que permanece en oscuridad.

¿Qué elemento podría formar una nube que sólo se evaporase en esa pequeña franja del planeta, que está en penumbra, a una temperatura de 1.700º C? A fin de cuentas, es una temperatura lo suficientemente elevada para fundir hierro. Aunque los investigadores todavía no están completamente seguros de cuál es la composición de esas nubes, una posible respuesta es el corindón. El corindón es un mineral formado por óxido de aluminio, y que podemos encontrar en diferentes variedades, como la del rubí y el zafiro. Sí, es posible que las nubes HAT-P-7 b estén hechas de rubí.

Por todo esto, no debería ser sorprendente que uno de los objetivos de las próximas misiones de los satélites que serán lanzados en el futuro (como el telescopio espacial James Webb de la NASA, o PLATO, de la Agencia Espacial Europea) sea encontrar más ejemplos de comportamientos atmosféricos en otros planetas. Este estudio servirá para que los diseñadores de esas misiones puedan comprender mejor qué es lo que deben buscar, aunque no por ello dejaremos de encontrarnos con cosas inesperadas.

Los planetas son muy diversos: conocemos mundos similares a la Tierra, supertierras, Neptunos y Júpiteres, muchos con temperaturas muy superiores a lo que podemos observar en el sistema solar, y en configuraciones estelares muy diferentes a la de nuestra solitaria estrella. Las atmósferas de los exoplanetas serán igual de diversas, y nos encontraremos con atmósferas y climas que, seguramente, ahora mismo no podemos imaginar. En este caso se trata del estudio de un gigante gaseoso, pero la misma técnica, algún día, será utilizada para analizar planetas similares a la Tierra. Es imprescindible para saber si son habitables, y sólo lo podremos deducir comprendiendo su atmósfera y su clima.

El estudio es Variability in the atmosphere of the hot giant HAT-P-7 b y puede ser consultado en este enlace.

Referencias: The Conversation, New Scientist, IFLScience