La agencia espacial japonesa (JAXA) desarrolla un nuevo instrumento para probar una idea para separar atmósferas similares a la habitable Tierra de aquellas similares al infernal invernadero de Venus.

El instrumento es un espectrómetro ultravioleta, denominado UVSPEX, que volará a bordo del World Space Observatory UV, WSO-UV, dirigido por Rusia, con un lanzamiento planificado en 2025.

Como muchos de los cazadores de planetas más prolíficos, como el Telescopio Espacial Kepler de la NASA, UVSPEX buscará planetas en tránsito por su estrella anfitriona. Los planetas en tránsito tienen una órbita que atraviesa la superficie de la estrella vista desde la Tierra. A medida que el planeta se mueve frente a la estrella, oscurece una pequeña cantidad de luz estelar, provocando una caída periódica en el brillo de la estrella. En luz visible, tanto un planeta similar a Venus como un planeta similar a la Tierra causarían una atenuación similar. Pero en el ultravioleta, se puede ver un efecto muy diferente.

Mientras que la atmósfera de dióxido de carbono de Venus atrapa el calor cerca de la superficie del planeta, el mismo gas actúa como refrigerante en la atmósfera superior. La capa más externa de la atmósfera, una región conocida como exosfera, tiene solo unos 200 – 300 K (-73 ° C a 27 ° C) en la Venus cargada de dióxido de carbono, pero alrededor de 1000 K en la Tierra rica en oxígeno. Las temperaturas más altas hacen que la exosfera de la Tierra se expanda, mientras que la exosfera fría de Venus permanece relativamente pequeña.

Esto es importante porque los gases en la exosfera absorben longitudes de onda ultravioleta. Durante un tránsito, la luz ultravioleta de la estrella será bloqueada por el cuerpo sólido del planeta y hasta su exosfera, creando una caída de luz mucho mayor para un planeta con una atmósfera similar a la de la Tierra en comparación con uno de tamaño similar pero que alberga una Manto de gases parecido a Venus. Los planetas alrededor de las pequeñas y tenues estrellas enanas rojas pueden ver un efecto aún mayor, ya que estas estrellas más frías emiten ultravioleta extrema (EUV) varios órdenes de magnitud mayor que las estrellas similares al Sol. Esto calentaría una atmósfera similar a la de la Tierra rica en oxígeno a temperaturas tan altas como 10,000 K (9700 ° C), expandiéndola aún más.

Por lo tanto, UVSPEX tiene una forma relativamente rápida de diferenciar entre planetas con atmósferas similares a la Tierra y similares a Venus alrededor de otras estrellas. Como primer instrumento en probar esta técnica, los mejores objetivos para UVSPEX serán pequeños mundos rocosos o aquellos que orbitan cerca de su estrella, donde se espera que la diferencia en la caída del tránsito sea más evidente. Si esto tiene éxito, los futuros instrumentos podrían barrer planetas del tamaño de la Tierra en zonas habitables, identificando aquellos cuya atmósfera se parezca más a la nuestra, informa JAXA en un comunicado.

Como la atmósfera de la Tierra bloquea la luz ultravioleta, el estudio de los tránsitos en la luz ultravioleta debe realizarse desde el espacio. Aunque el telescopio espacial Hubble también es sensible a los rayos ultravioleta, la órbita del telescopio se encuentra dentro de la geocorona de oxígeno de la Tierra, que también bloquea parcialmente las longitudes de onda ultravioleta. Por lo tanto, UVSPEX es un pionero de una técnica que podría identificar mundos habitables.

Los resultados de dicho estudio serán clave tanto para identificar como para comprender la formación de mundos habitables. Una de las preguntas más importantes en nuestro propio Sistema Solar es por qué la Tierra y Venus evolucionaron de manera tan diferente.

Si se debió exclusivamente a la luz solar, entonces UVSPEX y sus sucesores deberían ver un claro límite en la distancia orbital entre los planetas con atmósferas similares a la Tierra y aquellos que albergan los gases tóxicos de Venus. Si este borde se encuentra cerca del límite de la zona habitable pronosticado, entonces será la primera prueba de los cálculos que predicen sus bordes.

Alternativamente, UVSPEX puede descubrir una mezcla de atmósferas similares a Venus y la Tierra, sin una tendencia clara basada en la ubicación. Esto implicaría que la evolución planetaria de la pareja está impulsada por otros efectos. En cuyo caso, las observaciones con instrumentos como UVSPEX pueden ser el método más rápido para identificar mundos de interés similares a la Tierra para estudios astrobiológicos.

Los planetas con atmósferas de oxígeno expandido deberían ser pobres en dióxido de carbono y la observación es sensible a la abundancia de dióxido de carbono en la atmósfera. Esto hace que la detección sea una sonda potencial para la presencia de los ciclos del carbono que controla los niveles de dióxido de carbono en nuestra propia atmósfera, apuntando a planetas geológicamente activos con potencialmente océanos y placas tectónicas.

Esta identificación será importante para la próxima generación de telescopios terrestres y espaciales. Estos estarán dirigidos a la caracterización atmosférica de planetas templados, mediante el análisis de luz transmitida o reflejada en una amplia gama de longitudes de onda. Estas son observaciones que consumen mucho tiempo, lo que hace que la selección de los mejores candidatos sea clave para aprovechar al máximo el tiempo disponible en los instrumentos, según la JAXA.

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