La Agencia Espacial Europea está trabajando en la misión ARIEL. Su objetivo es centrarse en el análisis de la atmósfera de mil exoplanetas ya confirmados. Algo esencial para poder entender mejor las condiciones en esos mundos y comprender cómo son sus atmósferas y su temperatura…
ARIEL todavía tardará un tiempo en lanzarse
Hay que tener claro que estamos hablando de una misión que todavía está lejos de entrar en marcha. ARIEL va a ser una herramienta muy potente para estudiar los exoplanetas de la Vía Láctea. Todavía está en la fase de diseño y la fecha de lanzamiento prevista es 2028. Todavía se está trabajando en algunos aspectos críticos de la misión. Cosas como la programación de observación de los exoplanetas, sobre la que se ha publicado un estudio, liderado por Juan Carlos Morales, del Instituto de Ciencias del Espacio (Institut de Ciencies de l’Espai) en Barcelona.
ARIEL es un paso adelante respecto a las misiones de los últimos años. La NASA diseñó las misiones de Kepler y TESS para descubrir exoplanetas y ha sido un éxito. ARIEL va a apoyarse en ese trabajo al observar exoplanetas conocidos, en lugar de buscar ampliar todavía más ese catálogo. El objetivo es intentar responder a diferentes preguntas sobre cómo y en qué condiciones se formaron. Los planetas se forman en discos protoplanetarios (discos de polvo y gas que rodean a las estrellas en las primeras etapas de su formación).
Al conocer la composición química de la atmósfera, y su estructura térmica, es posible entender mejor en qué parte del disco se formó ese planeta, y a qué velocidad. Los resultados científicos de ARIEL pueden responder a otras preguntas. Por ejemplo, cómo apareció la vida en la Tierra. Nuestro planeta, a fin de cuentas, se formó igual que cualquier exoplaneta, a partir de un disco protoplanetario. Sin embargo, las evidencias del inicio de la vida han desaparecido del registro geológico de la Tierra, porque su superficie se renueva constantemente…
El estudio de exoplanetas para obtener respuestas
La observación de exoplanetas rocosos puede ayudar a responder a la pregunta sobre el origen de la vida. Si ARIEL puede mostrar el entorno físico y químico de mundos similares a la Tierra, se podrá saber cómo era nuestro planeta en sus inicios, cuando comenzó la vida. Para poder conseguirlo, sin embargo, será necesario que el tiempo del telescopio se utilice de la mejor manera posible. Eso es lo que se analiza en el estudio. Así, los investigadores explican que las técnicas de programación automática son muy importantes.
Explican que la observación automática se está convirtiendo en una herramienta esencial para planificar campañas muy grandes de forma eficiente. Tanto Kepler como TESS son campañas de observación. Centran su atención en una región del cielo, definida de antemano, en busca de señales de tránsito. ARIEL no va a observar una región predefinida, pero sí una lista de objetos ya decidida de antemano. Los diseñadores de la misión ya saben cuáles son esos objetivos y cuándo se producirá el tránsito por delante de sus estrellas.
De modo que puede programarse cada observación con más precisión y eficacia. Pero también obliga a poner límites a la planificación, porque la misión no consiste en, simplemente, observar una región de manera pasiva y luego analizar qué es lo que se ha captado. El objetivo de la ESA es que la misión dure cuatro años. En ese tiempo, los investigadores consideran que debería ser capaz de cumplir con su objetivo. Podrá caracterizar unos 1000 exoplanetas, dedicando en torno al 75-80% del tiempo de la misión a esas observaciones.
ARIEL observará algunos exoplanetas durante toda su órbita
En algunos casos, el satélite podrá observar la órbita completa de algunos mundos. Podrá ver cómo va variando su espectro de luz a medida que orbita a la estrella. Algo que permitirá obtener una imagen mucho más detallada de su atmósfera, en comparación a la información que ofrece un tránsito (o la ocultación del planeta tras su estrella). Sin embargo, no todo será observaciones. La nave también necesitará realizar operaciones de mantenimiento y habrá observaciones auxiliares, que también han de ser tenidas en cuenta.
Para recalibrar sus instrumentos, cada cierto tiempo, ARIEL observará estrellas brillantes de tipo G (como el Sol). La calibración podría llegar a suponer hasta 300 horas cada año. Es decir, un 3% de la misión. Las operaciones de mantenimiento supondrán otras cuatro horas por mes (o 50 horas por año). Aproximadamente un 0,6% de la misión. Todos estos factores suponen una limitación en la programación de observaciones. En el estudio, los investigadores profundizan en muchos aspectos de todo el proceso, y puede consultarse al final del artículo.
Lo más complejo de la misión es la lista de objetivos a observar. En el estudio, los investigadores utilizan una combinación de objetivos ya conocidos y de objetivos a ser descubiertos por TESS. Después, los dividen en función de las observaciones que quieren realizar con cada objetivo y cuánto tiempo es necesario en cada caso. Por ejemplo, el primer grupo de planetas incluye todos los planetas, observándolos con poco detalle (con un espectro de baja resolución). En el segundo grupo, un subconjunto de unos 600 exoplanetas, con un detalle medio…
Definiendo la prioridad de las observaciones
Finalmente, el tercer grupo está formado por los 50 exoplanetas más interesantes que orbiten a estrellas brillantes. En ese caso, se obtendrá un espectro de máxima resolución. La prioridad de este último grupo será superior a la del segundo grupo. A su vez, la de ese grupo será superior al primero. Por lo que la programación de las observaciones puede volverse compleja. Así que se recurre a la ayuda de inteligencia artificial para asegurar que se recogen tantos resultados como sea posible. A esto hay que sumarle otro aspecto.
Hay más observaciones que llevar a cabo al margen de las programadas. Al margen de estos tres niveles (o grupos) hay un cuarto nivel. Exoplanetas que resultan extremadamente interesantes. Están en sistemas con periodos orbitales cortos y quieren analizarlos. Sin embargo, solo se programarían observaciones si no afectan al propósito principal de la misión. En este grupo, los investigadores incluyen 43 objetivos que, a su vez, dividen en tres niveles de prioridad. También hay objetos sustitutos, en caso de que alguna observación no se pueda llegar a realizar.
Hay 1093 exoplanetas sustitutos, para recurrir a ellos si fuese necesario. El estudio es interesante porque permite comprender cómo funciona el proceso de programación de observaciones de una misión. Aunque es algo de lo que no oímos hablar a menudo, es una parte crítica para asegurar el éxito de una misión. Las simulaciones que han llevado a cabo muestran que se pueden programar las observaciones para asegurar que se cumplan los objetivos científicos. No solo eso, podría llegar a superarlos. Pero siempre puede haber imprevistos…
ARIEL no es la única misión del futuro
La conclusión de los investigadores es que ARIEL será capaz de cumplir con todos sus objetivos. Inevitablemente, habrá momentos de inactividad, bien por la complejidad de programar las observaciones, o bien por limitaciones de la propia misión. En ocasiones, será posible volver a observar objetos ya estudiados, en busca de conseguir más detalles, e incluso analizar exoplanetas de la lista de sustitutos. La misión permitirá llevar el estudio de exoplanetas un paso más lejos. Las expectativas con la misión son altas. Esperan realizar hallazgos inesperados.
Tampoco podemos perder de vista el hecho de que solo es una de tres misiones de la Agencia Espacial Europea dedicada al estudio de exoplanetas. En 2019 se lanzó la misión CHEOPS, que está estudiando exoplanetas ya conocidos en torno a estrellas brillantes cercanas al Sistema Solar. Está estudiando planetas en el rango de las supertierras y Neptuno. Su objetivo es realizar observaciones de alta precisión de esos exoplanetas. El objetivo es determinar su densidad. En el futuro, además, también tenemos la misión PLATO.
Se lanzará en 2026 y estudiará hasta un millón de estrellas en busca de tránsitos de exoplanetas. El objetivo es descubrir mundos rocosos en torno a estrellas como el Sol, así como subgigantes y enanas rojas. La atención se centrará en planetas rocosos, similares a la Tierra, en la zona habitable de sus estrellas. El panorama, en cuanto al conocimiento sobre los exoplanetas, crecerá notablemente en los próximos años. Misiones como ARIEL o PLATO permitirán que tengamos una mejor imagen de los mundos de la galaxia…
Estudio
El estudio es J. Morales, N. Nakhjiri, J. Colomé et al.; «Ariel mission planning: Scheduling the survey of a thousand exoplanets». Está disponible para su consulta en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
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