Entusiasmo entre los astr¨®nomos ante los primeros resultados del ¡®James Webb¡¯

El telescopio espacial James Webb (JWST, por sus siglas en ingl¨¦s), que fue lanzado al espacio el d¨ªa de Navidad de 2021, ya est¨¢ empezando a transformar el conocimiento que tenemos de los planetas de nuestro sistema solar y de otros m¨¢s lejanos. El JWST, un observatorio por sat¨¦lite muy vers¨¢til, goza de una visi¨®n clara desde su posici¨®n orbital en el espacio, a 1,5 millones de kil¨®metros de la Tierra. Ello le da una mayor ventaja con respecto a los telescopios terrestres, que ofrecen im¨¢genes del espacio distorsionadas por la densa atm¨®sfera de la Tierra.

El JWST capta cinco veces m¨¢s luz que el telescopio espacial Hubble (HST), lo que le permite detectar se?ales d¨¦biles de planetas lejanos gracias a sus capacidades espectrosc¨®picas. ¡°Antes del telescopio espacial James Webb, solo se pod¨ªa observar un n¨²mero muy reducido de mol¨¦culas, como el agua, el mon¨®xido de carbono y el sodio¡±, explica J¨¦r¨¦my Leconte, astrof¨ªsico de la Universidad de Burdeos (Francia).

Las anteriores misiones y observaciones desde la Tierra han permitido descubrir miles de exoplanetas (los que est¨¢n fuera de nuestro sistema solar), y los expertos en astronom¨ªa ya est¨¢n aprovechando las capacidades ¨²nicas del James Webb para estudiar los componentes b¨¢sicos de la vida en el Universo.

Atm¨®sferas extraterrestres

A principios de este a?o, gracias al telescopio James Webb, un equipo de expertos en astrof¨ªsica pudo observar un exoplaneta que orbita alrededor de una estrella similar al Sol, a 700 a?os luz de distancia. La luz estelar que atraviesa la calurosa atm¨®sfera del planeta WASP-39b, similar a J¨²piter, permiti¨® ofrecerles una visi¨®n de la qu¨ªmica de los cielos extraterrestres.

Los telescopios de la Tierra presentan dificultades para observar el di¨®xido de carbono en los exoplanetas, ya que primero deben atravesar el CO? de su propia atm¨®sfera. El observatorio JWST permite detectar una mayor variedad de mol¨¦culas en el cielo de WASP-39b, incluido el di¨®xido de carbono. La presencia de este compuesto en la atm¨®sfera puede indicar la existencia de vida org¨¢nica en el planeta.

¡°Esto marcar¨ªa un antes y un despu¨¦s¡±, indica Leconte. ¡°Tenemos que empezar a estudiar los planetas que orbitan alrededor de estrellas cercanas a nosotros. Es una oportunidad ¨²nica para poder caracterizar sus atm¨®sferas¡±. Leconte est¨¢ particularmente interesado en el estudio de siete planetas rocosos que orbitan la estrella enana TRAPPIST-1, a 40 a?os luz de distancia, especialmente en lo que refiere a sus atm¨®sferas. Estos planetas se encuentran dentro de la zona de habitabilidad, lo que significa que tienen las temperaturas adecuadas para que el agua se mantenga en estado l¨ªquido.

Por lo general, cuando equipos cient¨ªficos realizan predicciones sobre la atm¨®sfera de un planeta, suelen asumir que es homog¨¦nea, es decir, que existen las mismas condiciones en todo el mundo. Sin embargo, es poco probable que esto sea cierto.

Esto marcar¨ªa un antes y un despu¨¦s. Tenemos que empezar a estudiar los planetas que orbitan alrededor de estrellas cercanas. Una oportunidad ¨²nica para caracterizar sus atm¨®sferas

J¨¦r¨¦my Leconte, astrof¨ªsico de la Universidad de Burdeos (Francia)

Leconte ha desarrollado un simulador 3D (como parte del proyecto WHIPLASH, financiado por el programa de la Uni¨®n Europea Horizon) para reproducir planetas a partir de caracter¨ªsticas conocidas, como la presencia de agua en estado l¨ªquido. Utilizar planetas simulados para ejecutar estas pruebas es como tener las respuestas en la parte de atr¨¢s de un libro de matem¨¢ticas: las respuestas que proporcionan los modelos pueden compararse con las caracter¨ªsticas conocidas.

Es probable que en los pr¨®ximos a?os se descubran muchos miles de planetas m¨¢s, incluidos los que se encuentren con el nuevo telescopio espacial. El equipo de investigaci¨®n quiere determinar si sus modelos pueden ofrecer informaci¨®n precisa. Puede que las respuestas a algunas de las preguntas sobe los planetas m¨¢s lejanos las encontremos en los cuatro planetas m¨¢s grandes de nuestro sistema solar: J¨²piter, Saturno, Urano y Neptuno.

La misi¨®n del orbitador Juno ha proporcionado vistas espectaculares de J¨²piter, mientras que la nave espacial Cassini revel¨® detalles sobre Saturno. Previamente, la nave espacial Voyager 2, que pas¨® por Neptuno y Urano, captur¨® im¨¢genes de sus atm¨®sferas.

Cuatro planetas gigantes

Para entender los patrones clim¨¢ticos y meteorol¨®gicos de estos planetas, Leigh Fletcher dirige un proyecto llamado GIANTCLIMES, que intenta encontrar sentido a la informaci¨®n dispersa que se tiene sobre sus atm¨®sferas continuamente cambiantes. El proyecto hace uso de observaciones anteriores realizadas desde telescopios terrestres para entender los ciclos naturales de los cuatro planetas gigantes a lo largo de muchas d¨¦cadas. Este trabajo ha servido de base para los novedosos y esperad¨ªsimos mapas de estos planetas, que va a proporcionar el JWST.

Hemos capturado im¨¢genes gloriosas de planetas en los que se observan sistemas tormentosos y franjas de color caramelo, que son patrones de circulaci¨®n meteorol¨®gica a gran escala

Leigh Fletcher, cient¨ªfico planetario profesor de la Universidad de Leicester

Urano y Neptuno, los llamados gigantes helados, son los planetas m¨¢s lejanos del sistema solar y a¨²n conservan cierta aura de misterio. Se componen principalmente de hidr¨®geno, helio y otros gases como el metano.

¡°Hay mucho potencial para nuevos descubrimientos en estos dos planetas¡±, a?ade Fletcher. ¡°En comparaci¨®n con los gigantes gaseosos (J¨²piter y Saturno), mucho m¨¢s estudiados, no sabemos gran cosa sobre las atm¨®sferas de estos gigantes helados¡±.

Nieve de metano

Si, por un lado, se ha demostrado que Saturno tiene sistemas tormentosos masivos, puede que Neptuno tenga tormentas de nieve de metano. La variable clave en los patrones clim¨¢ticos es siempre la temperatura, como en los lejanos Neptuno y Urano, donde las temperaturas son glaciales. Gracias a la publicaci¨®n de los primeros mapas de las temperaturas atmosf¨¦ricas de la estratosfera de Urano, ya se han producido ciertos avances. Se han revelado sorprendentes sistemas de circulaci¨®n estacional y puntos brillantes sobre los polos.

Y tambi¨¦n permite suponer que los planetas gigantes, a menudo inclinados sobre su eje, tienen estaciones extremadamente largas. ¡°Vemos que existen estaciones que modulan las temperaturas atmosf¨¦ricas, las nubes y las precipitaciones, al igual que en la Tierra¡±. Y a?ade Fletcher: ¡°Pero tambi¨¦n vemos ciclos naturales regulares en la atm¨®sfera que no son estacionales. Estamos justo empezando a comprender el clima de los planetas gigantes¡±.

Adem¨¢s, la atm¨®sfera de Neptuno mostr¨® una importante actividad meteorol¨®gica y de tormentas, pero lo que m¨¢s sorprendi¨® al equipo de investigadores es que el planeta parece haberse enfriado durante el verano, en lugar de calentarse.

GIANTCLIMES es el proyecto que sienta las bases para la llegada del JWST. El nuevo telescopio ya ha capturado im¨¢genes de J¨²piter y, en un futuro cercano, dirigir¨¢ su atenci¨®n a Urano y Saturno, centr¨¢ndose en Neptuno a principios de 2023, lo que permitir¨¢ realizar comparaciones entre los distintos planetas.

¡°Lo que esencialmente estamos tratando de entender es c¨®mo funcionan los climas de los cuatro planetas gigantes¡±, se?ala Fletcher. Se espera poder obtener m¨¢s informaci¨®n sobre los ciclos naturales de variabilidad clim¨¢tica detectados en J¨²piter, Saturno, Urano y Neptuno. Estos extremos podr¨ªan llegar incluso a decirnos m¨¢s sobre el clima de la Tierra y sus patrones meteorol¨®gicos.

Vida extraterrestre

Los estudios centrados en los cuatro planetas gigantes tambi¨¦n son importantes para la investigaci¨®n de los exoplanetas. ¡°Nuestro sistema solar est¨¢ formado por un conjunto diverso de atm¨®sferas planetarias, lo que podr¨ªa servir de plantilla para lo que encontremos alrededor de otras estrellas¡±, explica Fletcher con entusiasmo. ¡°Tal vez estos objetivos exoplanetarios tambi¨¦n muestren ciclos naturales similares y con base en ello, nuestro fin ¨²ltimo es tratar de obtener una predicci¨®n meteorol¨®gica o clim¨¢tica para todos los planetas, no solo los de nuestro sistema solar¡±, apunta Fletcher.

El JWST permitir¨¢ que la comunidad cient¨ªfica acceda a im¨¢genes m¨¢s n¨ªtidas de la atm¨®sfera de los planetas en los confines del sistema solar, pero tambi¨¦n de planetas que se encuentran a a?os luz de distancia, algunos de los cuales podr¨ªan estar rodeados de atm¨®sferas protectoras y condiciones terrestres propicias para la vida extraterrestre.

¡°Ahora mismo existen dos ¨¢mbitos en los que se est¨¢n consiguiendo r¨¢pidos avances en la astrof¨ªsica: los exoplanetas y la cosmolog¨ªa. En realidad, todo ello se reduce a cuestiones sobre Dios y la vida, es decir, de d¨®nde viene el Universo y de d¨®nde venimos nosotros¡±, concluye Leconte.

La investigaci¨®n a la que hace referencia este art¨ªculo ha sido financiada a trav¨¦s del Consejo Europeo de Investigaci¨®n (CEI) de la UE. Art¨ªculo publicado originalmente en ¡®Horizon¡¯, la Revista de Investigaci¨®n e Innovaci¨®n de la Uni¨®n Europea.

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