11 May Exoplanetas: Las misiones dedicadas de la ESA

El descubrimiento del primer exoplaneta se realizó en 1995 y desde entonces hasta la fecha se han descubierto más de 5.000 exoplanetas, pero aún no sabemos qué aspecto tienen: Las misiones dedicadas Cheops, Plato y Ariel de la ESA están en marcha para averiguarlo.

Otras misiones de la ESA no son dedicadas, ya que no tienen el estudio de exoplanetas como su único objetivo, sin embargo, también permiten o permitirán avances espectaculares en la investigación exoplanetaria:

• El telescopio espacial Gaia mide con precisión los movimientos de las estrellas, por lo que puede describir el efecto gravitatorio que tienen los exoplanetas en sus estrellas anfitrionas.
• El telescopio espacial James Webb (JWST) está optimizado para estudiar objetos en el infrarrojo, y estas longitudes de onda contienen firmas específicas de moléculas que se pueden utilizar para estudiar el contenido químico de las atmósferas de los exoplanetas.
• El telescopio espacial Nancy Grace Roman, que se lanzará a fines de 2026, ayudará a encontrar nuevos exoplanetas empleando efectos de microlente gravitatoria.

Descubriendo nuevos mundos

Un exoplaneta, también denominado planeta extrasolar, es un planeta fuera de nuestro propio Sistema Solar y su estudio constituye una de las áreas de mayor crecimiento de la Astronomía y de mayor interés para comprender si podría existir vida en otras partes del Universo y así responder a esa pregunta que desde siempre se ha hecho la Humanidad.

Hasta la fecha se han confirmado más de 5.000 exoplanetas: algunos son masivos, como Júpiter, pero orbitan mucho más cerca de su estrella anfitriona que Mercurio de nuestro Sol. Otros son rocosos o helados, y muchos simplemente no tienen análogos en nuestro Sistema Solar.

Hay sistemas que albergan más de un planeta, planetas que orbitan alrededor de dos estrellas y un puñado de planetas que incluso pueden tener las condiciones adecuadas para que el agua se mantenga en estado líquido en la superficie, un ingrediente esencial para la vida tal como la conocemos.

Para referirse a este vasto ecosistema exoplanetario, los científicos relacionan los exoplanetas con planetas del Sistema Solar utilizando términos como Júpiteres calientes, Supertierras o Mini-neptunos: Esto significa que el exoplaneta tiene un tamaño o masa similar a la de sus análogos solares, o que son más grandes (súper) o más pequeños (mini).

También se hace referencia a su órbita: Un Júpiter caliente, por ejemplo, además de tener una masa similar a la de Júpiter, tendría una órbita muy próxima a su estrella, de ahí el adjetivo «caliente».

Cheops: Caracterizando exoplanetas

Cheops (CHaracterising ExOPlanet Satellite) es el satélite de caracterización de exoplanetas de la ESA.

Fue lanzado el 18 de diciembre de 2019 desde Kourou, Guayana Francesa, con la lanzadera Soyuz-Fregat en órbita sincrónica con el Sol a 700 km sobre la Tierra.

Esta órbita permite que la parte trasera de la nave mire permanentemente al Sol, con un número mínimo de eclipses, lo que ofrece un entorno térmico estable y reduce al mínimo la luz parásita mientras el instrumento observa objetivos en la dirección opuesta al Sol.

La misión

Es la primera misión espacial dedicada a estudiar estrellas brillantes cercanas que se sabe que albergan exoplanetas, para realizar mediciones de alta precisión del tamaño del planeta cuando pasa justo por delante de su estrella anfitriona.

El principal objetivo científico de Cheops es estudiar la estructura de los exoplanetas, en el rango de tamaño de Supertierras a Neptunos, que orbitan estrellas brillantes con períodos de revolución inferiores a 50 días.

Utiliza el método de tránsito para determinar el tamaño exacto de los planetas con masa conocida, lo que permite determinar la densidad aparente. Esto permite una primera caracterización de la estructura del planeta, proporcionando información sobre la formación y evolución de los planetas en este rango de tamaño.

El Equipamiento

Cheops es una pequeña nave espacial con una masa de lanzamiento de aproximadamente 280 kg, incluido el propulsor.

Tiene un fotómetro de alta precisión con un telescopio de apertura efectiva de 300 mm y un solo detector CCD que cubre longitudes de onda de luz visible e infrarrojo cercano.

Plato: Estudiando exoplanetas rocosos

Plato (PLAnetary Transits and Oscillations of stars), es el satélite de tránsitos planetarios y oscilaciones estelares de la ESA y se centrará en las propiedades de los exoplanetas rocosos que orbitan estrellas similares al Sol.

Se lanzará en 2026 con un Ariane 6 en órbita alrededor del punto de Lagrange L2, a 1,5 millones de kilómetros más allá de la Tierra, en dirección opuesta al Sol, y se prevé que tenga una vida útil de cuatro años, con posibilidad de extenderla hasta los 8,5 años.

La misión

Plato descubrirá y caracterizará exoplanetas en órbitas hasta la zona habitable (en inglés «goldilocks» o ricitos de oro) alrededor de una estrella, donde la temperatura es la adecuada para que exista agua líquida en la superficie de un planeta.

Caracterizará cientos de planetas rocosos (incluidos los gemelos de la Tierra), helados o gigantes, proporcionando mediciones exquisitas de sus radios (3 % de precisión), masas (mejor que el 10 % de precisión) y edades (10 % de precisión).

Esto revolucionará nuestra comprensión de la formación de planetas y la evolución de los sistemas planetarios, así como la habitabilidad potencial de estos mundos diversos.

También analizará las estrellas anfitrionas de los exoplanetas: Usando los datos de la misión, los científicos esperan realizar sismología estelar, reuniendo evidencia de «terremotos estelares» en las estrellas fotografiadas.

Esto dará una idea de las características y la evolución de las estrellas, mejorando nuestra comprensión de los sistemas planetarios completos.

El Equipamiento

Plato tendrá una masa de lanzamiento de aproximadamente 2.300 kg.

Utilizará 26 cámaras a la vez para observar planetas terrestres en órbitas hasta la zona habitable de estrellas brillantes similares al Sol, y para caracterizar estas estrellas.

El uso de una cantidad tan grande de cámaras permitirá una relación combinada de «señal a ruido» más alta y un campo de visión más grande de lo que ha sido posible con misiones anteriores.

A través de las observaciones de estrellas brillantes, Plato reunirá el primer catálogo de planetas confirmados y caracterizados con densidades, composiciones y edades conocidas, que incluirán planetas en la zona habitable de estrellas similares al Sol.

Ariel: Muestreando atmósferas

Ariel (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey), es el satélite de amplio muestreo de atmósferas exoplanetarias por infrarrojo.

Se lanzará en 2029 en un Ariane 62 en órbita alrededor del punto de Lagrange L2, junto con la misión «Comet Interceptor» de la ESA, y se prevé que tenga una vida útil de cuatro años, con posibilidad de extenderla hasta los 6 años.

La misión

Ariel tomará una amplia muestra de exoplanetas empleando la técnica de espectroscopia de transmisión, y realizará un censo químico de exoplanetas mediante el análisis de sus atmósferas.

Aunque los astrónomos han descubierto muchos exoplanetas en los últimos años, todavía no han encontrado un vínculo claro entre las características de un exoplaneta y las de su estrella madre.

Para hacer esto, el estudio de los exoplanetas tiene que pasar de ‘descubrir’ a ‘estudiar y comprender’. Se requiere un estudio a gran escala de exoplanetas: el objetivo clave de Ariel es hacer dicho estudio.

Ariel observará alrededor de 1.000 exoplanetas, desde planetas rocosos hasta gigantes gaseosos. La misión estudiará la naturaleza de estos exoplanetas, tanto individualmente como integrados en sus sistemas planetarios. También monitoreará la actividad de sus estrellas anfitrionas.

Usando una variedad de técnicas, Ariel detectará signos de ingredientes bien conocidos en las atmósferas de los planetas, incluidos el vapor de agua, el dióxido de carbono y el metano. También detectará compuestos metálicos exóticos para descifrar el entorno químico general del sistema estelar distante.

También estudiará las nubes de algunos exoplanetas y monitoreará las variaciones en sus atmósferas tanto en escalas de tiempo diarias como estacionales.

Las observaciones de Ariel de estos mundos diversos proporcionarán información sobre las primeras etapas de la formación de los planetas y sus atmósferas, y su evolución a lo largo del tiempo.

Esto contribuirá a mejorar la comprensión de nuestro propio Sistema Solar: Las observaciones también sentarán las bases para futuras búsquedas de vida en otras partes del Universo y planetas similares a la Tierra.

El Equipamiento

Ariel tendrá una masa de lanzamiento de aproximadamente 1.400 kg.

Contará con un telescopio, un espectrómetro y un sistema de precisión de guiado:

• Un telescopio reflector Cassegrain que consta de dos espejos, seguido de un tercer espejo para enfocar la luz. El espejo primario elíptico medirá 1,1 x 0,7 metros.
• Un espectrómetro de infrarrojos de resolución media AIRS (Ariel medium-resolution InfraRed Spectrometer).
• Un sistema de precisión de guiado FGS (Fine Guidance System) que contiene tres canales fotométricos del visible al infrarrojo cercano (dos utilizados como sensores de guiado y otro para experimentación científica) y un espectrómetro de infrarrojo cercano de baja resolución.

Más información aquí: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Exoplanets