PLATO, mirando a las estrellas en busca de exotierras

En febrero del año 2014 la ESA aprobó una nueva misión de coste medio, PLATO, cuyo objetivo principal es la búsqueda de exotierras, esto es, exoplanetas del tamaño de la Tierra que se encuentren en la zona habitable de su estrella. Por tanto, se podría decir que PLATO va a cartografiar el cielo buscándonos un segundo hogar. No se puede negar que suena apasionante.

Un poco (sólo un poco) de historia

exoplanetas

Giordano Bruno (Wikimedia Commons)

A día de hoy la mayoría de la gente ya se ha familiarizado con los planetas extrasolares o exoplanetas, los planetas que se encuentran fuera del Sistema Solar, orbitando otras estrellas (o no, podría haber planetas errantes, no sujetos a la gravedad de ninguna estrella). Sin embargo, imaginad el choque que tuvo que suponer en el siglo XVI cuando el monje dominico Giordano Bruno expuso por vez primera la teoría de que el Sol no era más que una estrella, y que al igual que éste tiene planetas orbitando, otras estrellas podían tener también sus planetas girando a su alrededor. Es más, no sólo tendrían planetas, sino que dichos planetas podían estar habitados por animales e incluso vida inteligente. Estas declaraciones, en un mundo que en esa época  todavía estaba luchando por aceptar las teorías heliocéntricas de Copérnico, eran completamente radicales, y fueron una (pequeña, todo hay que decirlo) parte de los cargos por los que fue condenado a ser quemado vivo en la hoguera.

La siguiente mención de exoplanetas fue ya en el siglo XVIII, y fue hecha por el descubridor de la ley de la gravitación universal, sir Isaac Newton. Newton, de forma similar a Bruno, hacía una comparación entre las estrellas y el Sol con su sistema planetario, de forma que las estrellas podían tener sistemas con un diseño similar al de nuestro astro rey. Podríamos considerar que a partir de aquí ya se considera la posibilidad de exoplanetas como algo establecido en la comunidad científica. Sin embargo todavía quedaba la difícil tarea de detectarlos.

Los comienzos y los primeros exoplanetas

Qué duda cabe que ser el primero en detectar un exoplaneta sería un hito muy notable, garantizándote un puesto en los libros de historia de la ciencia en general, y de la astronomía en particular. Por tanto, ya desde el mismo siglo XIX se empezaron a hacer alegaciones de detecciones de exoplanetas, principalmente por el método de las anomalías orbitales. Método éste de probada eficacia, dado que había servido para la detección del planeta Neptuno a principios de ése siglo. Sin embargo, todas estas alegaciones fueron erróneas, así como todas las que vinieron después, hasta los años 90 del siglo XX.

Fue el astrónomo polaco Aleksander Wolszczan el primero en detectar planetas extrasolares, que en concreto se encontraban orbitando un púlsar (una estrella de neutrones rotatoria, que emite radiación con períodos constantes). Este descubrimiento tuvo lugar en 1992, y poco después, en octubre de 1995, se produjo el descubrimiento de los primeros exoplanetas alrededor de una estrella de la secuencia principal, por los suizos Michel Mayor y Didier Queloz, seguidos unos meses más tarde por dos nuevos planetas descubiertos por un equipo de la Universidad de California.

Exoplanets

Recreación artística de exoplanetas (ESA – C. Carreau)

La carrera había comenzado. Desde esos titubeantes comienzos, en los que se anunciaban descubrimientos que luego había que retractar, hasta ahora, se han confirmado a fecha de hoy casi 2000 exoplanetas (puede consultarse un catálogo de ellos en La Enciclopedia de los Planetas Extrasolares). Por cierto, como nota final de este apartado se puede comentar que han existido también casos en los que se detectaron exoplanetas en los años 80, pero fueron erróneamente identificados como otros elementos astronómicos, y que en años posteriores se han incluido en los catálogos de exoplanetas.

Métodos de detección y tipos de exoplanetas

¿Cómo se hace para detectar un exoplaneta? La primera idea que puede venirnos a la cabeza es que puede hacerse con un telescopio muy grande y potente. Lamentablemente, los planetas tienen muy poco brillo, y además tienen cerca una estrella, con miles de millones de veces más brillo, quedando ocultos a nuestros instrumentos. Sin embargo, sí se han conseguido algunas imágenes de exoplanetas, normalmente en el espectro infrarrojo, y de planetas muy grandes, aún calientes y lejos de su estrella. Como se puede imaginar, esto es algo muy limitado.

Los sistemas más habituales son los métodos indirectos, es decir, detectar el planeta por los efectos que produce en otros elementos, normalmente su estrella. Por ejemplo, el más empleado es el método del tránsito, que consiste en analizar la evolución del brillo de una estrella, estudiando si sus variaciones pueden deberse a la existencia de un planeta que pueda pasar por delante. Otro método es el de la velocidad radial, dado que un planeta con masa suficiente, y a no demasiada distancia de su estrella puede variar la órbita de la misma, lo que produciría un efecto doppler detectable desde la Tierra. Otros métodos serían la astrometría, variación en el tiempo de tránsito, microlentes gravitacionales, etc.

Todos estos métodos han dado lugar a una sorprendente variedad de exoplanetas. Aparte de los planetas que conocemos en nuestro sistema solar, que podrías decir que son básicamente planetas rocosos, o terrestres, como los interiores del sistema solar, y gigantes gaseosos, como los exteriores, en otros sistemas se pueden encontrar jupiteres y neptunos calientes (planetas del tamaño de Júpiter o Neptuno muy cerca de su estrella), supertierras, planetas ctónicos, planetas de carbono (también denominados con el sugestivo nombre de planetas de diamante), minineptunos, planetas océano, y muchos tipos más. Como podría decir el Señor Spock (interpretado por el recientemente fallecido Leonard Nimoy), “infinita diversidad en infinitas combinaciones”.

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Comparación de tamaños de los planetas con diferentes composiciones (Marc Kuchner/NASA, editado por Henrykus/Wikipedia)

¿Qué tienen que ver las misiones espaciales con todo esto?

Muy buena pregunta. Pues mucho, la verdad. Varias misiones han contribuido a aumentar el número de exoplanetas descubiertos. La primera misión con este propósito fue COROT (acrónimo en francés de COnvection ROtation et Transits planétaires; que en español vendría a ser COnvección, ROtación y Tránsitos planetarios). Como se puede ver por el nombre, COROT hizo uso del método del tránsito para detectar nuevos planetas (32 confirmados, varios aún sin confirmar). Fue una misión conjunta entre el CNES (la Agencia Espacial Francesa) y la ESA (la Agencia Espacial Europea), que tuvo una órbita terrestre polar.

La misión probablemente más famosa es KEPLER, de la Agencia Espacial Estadounidense (la NASA), que también empleaba el método del tránsito para detectar exoplanetas. Kepler estaba en una órbita alrededor del sol, parecida a la terrestre, para evitar las perturbaciones derivadas de una órbita terrestre. Estuvo estudiando permanentemente la misma área celeste, y hasta la fecha tiene más de mil planetas confirmados, algunos de ellos probablemente rocosos y en la zona habitable, además de varios miles de planetas aún no confirmados. Problemas con sus ruedas de inercia (que sirven para regular el apuntamiento preciso del satélite) han hecho que concluyera su misión principal, y cambiara a una secundaria, en la que es más improbable que detecte muchos más exoplanetas.

Pequeño interludio, ¿qué es la zona de habitabilidad de una estrella?

Brevemente, podemos decir que la zona de habitabilidad de una estrella es una región en la que podría darse la vida tal y como la conocemos. En la Wikipedia dan una definición más compleja que sería “la región alrededor de una estrella en la que, de encontrarse ubicado un planeta (o satélite) rocoso con una masa comprendida entre 0,6 y 10 masas terrestres y una presión atmosférica superior a los 6,1 mb correspondiente al punto triple del agua, la luminosidad y el flujo de radiación incidente permitirían la presencia de agua en estado líquido sobre su superficie”, pero creo que con la primera nos puede valer.

Es una definición muy controvertida, estando las distancias mínima y máxima de dicha región muy discutidas. Son, además, diferentes según el tipo de estrella, y estar dentro de ella no garantiza nada, pues las condiciones planetarias pueden ser incompatibles con la vida. Por ejemplo, Marte está en la zona de habitabilidad solar (según algunas estimaciones), pero no ha generado vida (que sepamos hasta el momento, claro).

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Ejemplo planeta extrasolar (en concreto, el planeta tiene el poético nombre de 55 Cancri f) dentro de la zona de habitabilidad de su estrella, que es la región en verde (NASA/JPL-Caltech)

Siguiente paso en Europa, la misión PLATO

PLATO, acrónimo del inglés de PLAnetary Transits and Oscillation of stars, que vendría a ser Tránsitos planetarios y oscilación de estrellas en castellano, es una misión de coste medio de la ESA, y hará uso de la técnica del tránsito para detectar exoplanetas, con mayor precisión en su definición que misiones anteriores.

La historia de la misión ha sido un poco complicada. En el año 2011 fue presentada ante la ESA, y fue rechazada frente a las misiones EUCLID (que analizará la energía oscura) y Solar Orbiter (que estudiará la heliosfera). Sin embargo, volvió a presentarse y en febrero del 2014 salió elegida.

PLATO partirá en un cohete Soyuz desde el Puerto Espacial Europeo en Kourou, (Guayana Francesa) y durante seis años orbitará en torno al punto de Lagrange L2 del sistema Sol-Tierra, un punto virtual en el espacio situado 1,5 millones de kilómetros más allá de la Tierra, mirando desde el Sol. Desde allí observará hasta un millón de estrellas relativamente cercanas en un área que cubre la mitad del cielo. Para ello contará con 34 pequeños telescopios y cámaras individuales.

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Localización del punto de Lagrange L2 del sistema Sol-Tierra (ESA)

Combinadas con observaciones de velocidad radial estelar obtenidas desde la Tierra, las medidas de PLATO permitirán calcular la masa y el radio de un planeta y por tanto su densidad, lo que da indicios sobre su composición. De esta forma, estudiará miles de sistemas exoplanetarios y trabajará con especial dedicación para descubrir planetas tipo Tierra y supertierras en la zona habitable de su estrella.

exoplaneta

Concepto de la misión PLATO de las fases previas (Thales Alenia Space)

La misión investigará la actividad sísmica de las estrellas, determinando características como su masa, radio y edad. Esto además de mejorar nuestros conocimientos de las estrellas permite determinar el tamaño de los exoplanetas que detecte la misión con mucha precisión (mayor que, por ejemplo, la misión Kepler, o la que se podría considerar su sustituta en la NASA, la misión TESS).

GMV y la búsqueda de exoplanetas

En GMV se ha colaborado con varias de estas apasionantes misiones de búsqueda de exoplanetas, estando presente de una manera u otra en todas las misiones europeas. En COROT, que fue la primera de estas misiones, GMV fue la responsable del diseño y desarrollo del Control de la Misión, encargado de la preparación y planificación de las actividades científicas así como de la recepción y procesado de la telemetría de ciencia generada en la misión.

GMV también estuvo implicado en la misión Gaia. El objetivo primordial de esta misión era la astrometría, aunque también permitirá descubrir algunos planetas extrasolares. GMV estuvo implicado en este proyecto desde las primeras fases, evaluando la validez de los sistemas de reducción de datos. Durante fases posteriores estuvo trabajando en el desarrollo del centro de operaciones de ciencia, así como en las primeras partes del procesado de datos.

Artistic Recreation of Gaia (ESA)

Recreación artística de Gaia (ESA)

Otra misión en la que se está colaborando es CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite). Este satélite, que se espera se lance en 2017, buscará durante tres años y medio tránsitos de planetas en estrellas brillantes cercanas, con el objetivo de medir de forma precisa el radio de exoplanetas de los que ya se tiene una estimación de la masa, lo que permitirá aproximar bien la composición del planeta. GMV estuvo implicado en las fases previas, proporcionando soporte al análisis de misión, y actualmente también con el desarrollo del simulador operacional y el sistema de control de misión.

En cuanto a la misión PLATO, ésta se encuentra ahora mismo en la fase de definición preliminar, en la que varios consorcios de empresas definen los elementos de la misión, de una forma competitiva. GMV, que forma parte del equipo industrial bajo la responsabilidad de OHB, está a cargo del análisis de requisitos, la revisión del análisis de la misión, la caracterización de las cámaras rápidas y el soporte a operaciones de la misión.

Búsquedas de las lejanas tierras

La búsqueda de una tierra gemela como la que llevará a cabo PLATO es una aventura apasionante. Por un lado, encontrar un planeta gemelo implica que en dicho planeta podría haber vida, e incluso podría haber civilizaciones. Hay una controvertida fórmula estadística conocida como la ecuación de Drake que tiene la función de evaluar el número de civilizaciones extraterrestres inteligentes y con medios activos de comunicación. Tiene varios elementos en ella, como formación de estrellas, fracción de estrellas con planetas, fracción de planetas en la zona habitable, etc. Estos términos están sujetos a día de hoy a mucha indeterminación, y hay muchas incertidumbres en ellos, pero con las estimaciones actuales se considera que podría haber de 2 a 280.000.000 de civilizaciones en la Vía Láctea (aunque ya digo que hay mucha discusión en los valores). Por tanto, encontrar una tierra gemela podría ser el primer paso para encontrar a los Vulcanos, los Minbari, o algo completamente más allá de nuestra imaginación.

 (NASA Ames/W. Stenzel)

Posibles exotierras, esto es, planetas de pequeño tamaño en la zona habitable de sus estrellas, descubiertos por la misión Kepler (NASA Ames/W. Stenzel)

Pero quitando la posibilidad de vida o civilizaciones inteligentes, la búsqueda de planetas “Ricitos de Oro”, como también se conocen a estos planetas de características semejantes a la Tierra, es quizás la búsqueda de un posible futuro hogar de la humanidad. Bien cierto es que ahora mismo los viajes espaciales no permiten llegar hasta ellos en cantidades razonables de tiempo (casi ni en irracionales cantidades de tiempo), pero de momento podemos empezar con la cartografía y la selección. ¿Quién sabe qué nos deparará el futuro y el avance tecnológico? Como uno de los pioneros en cohetes, y padre de la cosmonáutica rusa, Konstantín Tsiolkovski, dijo una vez, “la Tierra es la cuna de la humanidad, pero no se puede vivir en una cuna para siempre”.

Autor: Javier Atapuerca
Jefe de Sección de Estudios y Análisis de Misión (GMV)

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