Un nuevo estudio plantea cómo podríamos detectar océanos, en exoplanetas similares a la Tierra, con los telescopios espaciales que entrarán en funcionamiento en los próximos años y décadas. Es una idea que resulta muy interesante por las oportunidades que ofrece…
Detectar océanos en exoplanetas sería muy útil
Hasta ahora hemos descubierto más de 6000 exoplanetas. Un buen puñado están en las zonas habitables de sus estrellas, por lo que están a la distancia adecuada para poder tener océanos en su superficie. Siempre y cuando se den las condiciones adecuadas para que pueda formarse y mantenerse. Sin embargo, de momento no se ha logrado descubrir, sin género de dudas, océanos en exoplanetas en otros lugares. En un nuevo estudio, los investigadores plantean que se podría detectar la presencia de grandes masas de agua a partir de su destello.
El destello es la forma de referirse a lo que los físicos llaman reflexión especular. En la Tierra es frecuente en las playas, cuando la luz del Sol incide sobre el agua con un ángulo muy bajo y el horizonte se ilumina en un tono dorado. Sin embargo, esa misma característica puede aparecer en otras superficies. El oro, por ejemplo, produce un destello muy característico cuando se observa desde el ángulo adecuado. El inconveniente es que la mayoría de los materiales que componen los exoplanetas, como la arena, las rocas y el suelo, no lo producen. Son lo que se conoce como superficies lambertianas.
Es el nombre con el que se denomina a una superficie que refleja la luz por igual en todas las direcciones. El agua es diferente. Se comporta, hasta cierto punto, como un espejo. Cuando se observa directamente desde arriba, la mayor parte de la luz se adentra hacia el interior o se refleja débilmente. Pero cuando la luz incide sobre el agua con un ángulo poco pronunciado, se refleja de una forma que está muy bien estudiada. En el caso de un exoplaneta, ese ángulo poco pronunciado se produce durante su fase creciente.
La importancia de la fase creciente
Una fase creciente es la que se produce cuando vemos el hemisferio nocturno del planeta y solo una pequeña región iluminada. Cuando un planeta está en esa posición, la luz de la estrella podría reflejarse directamente en un océano y después seguir su viaje hacia un telescopio, haciendo que, desde nuestra perspectiva, el planeta aumente su brillo de una manera notable. Este fenómeno no es simple teoría. En 2009, la sonda Cassini detectó un reflejo especular procedente de los lagos de hidrocarburos de la superficie de Titán.
Décadas antes, un equipo de investigadores, entre los que estaba Carl Sagan, utilizó un sobrevuelo de la Tierra realizado por la sonda Galileo para detectar el destello reflejado por nuestros propios océanos. Así que hay ejemplos de cómo detectar esos destellos. Para conseguirlo en otros mundos, los investigadores recurrieron a una herramienta que se usa en el estudio de atmósferas. La modificaron para poder utilizarla en la detección de esos destellos. Mediante esa herramienta, llamada rfast, incorporaron el modelo oceánico de Cox-Munk.
Permite representar cómo afectarían la velocidad del viento y las ondulaciones de las olas a la luz reflejada hacia un telescopio. Un aspecto especialmente importante es que descubrieron que, incluso con niveles de ruido relativamente altos, el modelo podía diferenciar entre planetas con océanos y planetas sin ellos. Eso sí, era necesario observar el exoplaneta con un ángulo de fase que esté por encima de 120°. ¿Por qué esa cifra? A ese ángulo entra en juego otro fenómeno conocido como enrojecimiento del destello.
Los océanos en otros exoplanetas darán mucha información
Con ángulos tan elevados, la luz de la estrella que roza la superficie de un océano tiene que atravesar una distancia muy grande dentro de la atmósfera del planeta. Durante ese recorrido se ve afectada por la dispersión de Rayleigh. Es el fenómeno atmosférico que dispersa la luz azul y hace que nuestro cielo sea azul. Para cuando la luz llega al telescopio, la mayor parte de las longitudes de onda azules han desaparecido, dejando principalmente un tono rojizo. Todo esto son buenas noticias para los diseñadores de telescopios, especialmente pensando en el Telescopio de Mundos Habitables (HWO).
Los estudios teóricos sugerían que el destello de los océanos quizá solo fuese observable a partir de 130°, y un ángulo de fase mayor implica que el planeta tiene que estar más cerca de su estrella cuando se realiza la observación. Teniendo en cuenta que bloquear la luz de la estrella anfitriona es uno de los mayores retos para cualquier telescopio espacial, esos 10° adicionales de margen operativo ofrecen más flexibilidad. Eso sí, el modelo también tiene sus límites. Las nubes son uno de los obstáculos más importantes en este sentido.
En sus simulaciones, los investigadores suponían una cobertura nubosa del 50% para un mundo similar a la Tierra. Pero hay muchos ejemplos, incluso en el Sistema Solar, de planetas cubiertos por una cantidad de nubes mucho mayor. Por lo que eso supone que sea mucho más complicado distinguir ese destello o, incluso, que pueda producirse pero nunca llegue al telescopio porque se pierda en las nubes. Aunque hay formas de distinguir diferentes casos y, quizá, incluso en casos así, se podría llegar a determinar la existencia de un océano…
Estudio
El estudio es E. Cornish y T. Robinson; «Retrieving Ocean Glint Reflectance Signatures from Directly Imaged Earth-like Exoplanets». Publicado en arXiv, puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
