Un siglo de astronomía reveló el lugar de la Tierra en el universo

Hace un siglo, la Vía Láctea era la totalidad del universo conocido. No teníamos idea de qué hacía brillar a las estrellas, y se sabía que solo una estrella, nuestro propio sol, albergaba planetas. De esos planetas, los humanos habían explorado solo uno: la Tierra.

«El universo estelar, tal como lo conocemos … es una organización aplanada con forma de reloj de estrellas y nebulosas», escribió el astrónomo Harlow Shapley en Boletín de noticias científicas, la primera versión de Noticias de ciencia, en agosto de 1921 (SN: 8/8/1921, pág. 3). Ese brillante reloj de bolsillo era la Vía Láctea, y en el momento en que Shapley escribió esto, los astrónomos apenas comenzaban a concebir que cualquier cosa podría estar más allá de ella.

Hoy en día, las naves espaciales han volado por cada uno de los planetas del sistema solar, tomando primeros planos de sus rostros salvajemente alienígenas. Resulta que el sistema solar contiene una cornucopia de pequeños cuerpos rocosos y helados que han desafiado la definición misma de un planeta. Se han visto miles de planetas orbitando otras estrellas, algunos de los cuales pueden tener las condiciones adecuadas para que prospere la vida. Y la Vía Láctea, ahora lo sabemos, es solo una de miles de millones de galaxias.

Los últimos 100 años han traído una serie de revoluciones en la astronomía, cada una de las cuales ha alejado un poco más a la Tierra del centro de las cosas. En el camino, la gente no ha sido exactamente receptiva a estos golpes a la centralidad de nuestro planeta de origen. En 1920, la cuestión de si podría haber otros «universos islas» – galaxias – fue el tema del Gran Debate entre dos astrónomos. En la década de 1970, cuando se demostró que Marte tenía un cielo rosado, no azul, los reporteros lo abuchearon. Su reacción «refleja nuestro deseo de que Marte sea como la Tierra», dijo después el astrónomo Carl Sagan. Y en la década de 1990, los astrónomos casi perdieron los planetas extrasolares que se escondían en sus datos porque habían adaptado sus técnicas de búsqueda para encontrar planetas más parecidos a los de nuestro propio sistema solar.

Pero desviar nuestro enfoque de la Tierra ha abierto nuestras mentes a nuevas posibilidades, nuevos universos, nuevos lugares donde podría existir vida. El próximo siglo de astronomía podría traer mejores visiones de nuestros orígenes cósmicos y nuevas estrategias para encontrar mundos que otras criaturas llaman hogar.

Las percepciones erróneas de décadas pasadas sugieren que los científicos deben tener cuidado al predecir lo que encontraremos en el futuro.

“Se aprende mucha humildad en este negocio”, dice la científica planetaria Candice Hansen del Planetary Science Institute, con sede en Tucson. «Siempre aprendes mucho más cuando estás equivocado que cuando tienes razón».

Más que la Vía Láctea

A principios del siglo XX, la sabiduría convencional sostenía que la Vía Láctea estaba sola. Contenía estrellas, a veces organizadas en cúmulos, y parches difusos de luz conocidos como nebulosas. Eso fue todo.

Algunas nebulosas tenían estructuras espirales, «apareciendo en el telescopio como enormes molinetes del 4 de julio», como Carta de noticias científicas, el predecesor de Noticias de ciencia, las describió en 1924. En el siglo XVIII, el filósofo alemán Immanuel Kant describió las nebulosas como «universos superiores» o, «por así decirlo, Vías Lácteas». Pero a principios del siglo XX, la mayoría de los astrónomos pensaban que trazar ese paralelo era ridículo.

«Ningún pensador competente», escribió la historiadora de astronomía Agnes Clerke en 1890, puede «mantener una sola nebulosa como un sistema estelar de rango coordinado con la Vía Láctea».

Sin embargo, en la década de 1920, ese punto de vista ya estaba siendo cuestionado. Ya en 1914, el astrónomo Heber Curtis del Observatorio Lick en California argumentó que las nebulosas espirales no son parte de la Vía Láctea, sino más bien “galaxias de estrellas inconcebiblemente distantes o universos estelares separados tan remotos que una galaxia entera se convierte en una neblina de luz sin resolver. . «

Casi al mismo tiempo, Shapley, del Observatorio Mount Wilson en California, comenzó a demostrar que la Vía Láctea en sí era inconcebiblemente vasta.

Shapley se basó en el trabajo de Henrietta Leavitt, una de un grupo de mujeres «computadoras» en la Universidad de Harvard que estudiaba minuciosamente placas fotográficas que capturaban el cielo nocturno. Al estudiar fotografías de las Nubes de Magallanes, que ahora sabemos que son dos pequeñas galaxias que orbitan la Vía Láctea, Leavitt notó que ciertas estrellas variaban en brillo con el tiempo, algunas de ellas de una manera peculiar. «Es digno de mención», escribió en 1908, que «las variables más brillantes tienen períodos más largos». En otras palabras, las estrellas más brillantes titilaban más lentamente.

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A principios de la década de 1900, la astrónoma Henrietta Leavitt descubrió una característica de ciertas estrellas, llamadas variables cefeidas, que ayudó a otros astrónomos a medir distancias cósmicas. En última instancia, esas estrellas ayudaron a demostrar que la Vía Láctea es solo una de las muchas galaxias.Foto de Margaret Harwood, cortesía de AIP Emilio Segrè Visual Archives, Physics Today Collection, Shapley Collection

Eso significaba que estas estrellas variables, llamadas Cefeidas, podrían usarse para estimar distancias cósmicas. Es difícil saber qué tan lejos está realmente un objeto cósmico: las estrellas de aspecto brillante podrían ser intrínsecamente tenues pero cercanas, mientras que las estrellas de aspecto tenue podrían ser intrínsecamente brillantes pero distantes. Pero todas las cefeidas dentro de la misma nube deberían estar aproximadamente a la misma distancia de la Tierra. Eso significaba que «sus períodos están aparentemente asociados con su emisión real de luz», escribió Leavitt en 1912. Para averiguar el verdadero brillo de cualquier cefeida, todo lo que tenía que hacer un astrónomo era medir su velocidad de parpadeo. Fue un pequeño paso desde allí para calcular su distancia.

Shapley puso en práctica este hecho unos años más tarde, midiendo distancias a las cefeidas dentro de cúmulos globulares de estrellas para averiguar la posición del sol en la Vía Láctea. Para su sorpresa, el sol no estaba en el centro de la galaxia sino a un lado. El disco estrellado de la Vía Láctea también era unas 10 veces más ancho de lo que habían supuesto los astrónomos anteriores: unos 300.000 años luz de diámetro, según sus cálculos. (Se sobrepasó un poco; los astrónomos modernos creen que está entre 120.000 y 200.000 años luz).

Él y Curtis llevaron sus puntos de vista opuestos al público en una reunión de la Academia Nacional de Ciencias en Washington, DC, en abril de 1920, en un evento que se conoció como el Gran Debate. Cada uno tuvo 40 minutos para presentar sus puntos de vista sobre si hay solo uno o varios universos, lo que ahora consideramos galaxias.

Shapley, que tenía unos 30 años y era considerado una estrella en ascenso en el campo, fue el primero. Un ex periodista que, según los informes, se sentía incómodo hablando con la multitud, leyó su argumento en un guión mecanografiado. Apenas tocó la cuestión de otros universos, centrándose en cambio en sus nuevas medidas del tamaño de la Vía Láctea. La implicación era que la Vía Láctea era demasiado grande para que otras galaxias tuvieran sentido.

Curtis era una autoridad mayor y respetada en nebulosas espirales, así como un orador talentoso. Abogó por la visión entonces estándar de que la Vía Láctea era mucho más pequeña de lo que suponía Shapley. Pero incluso una gran Vía Láctea no debería negar la posibilidad de otras galaxias igualmente grandes, argumentó. Los espectros de luz provenientes de nebulosas espirales eran lo suficientemente similares a los de la Vía Láctea como para que pudieran ser objetos similares, sostuvo.

Ambos astrónomos tenían razón en parte y en parte equivocados.

Las galaxias aparecen a la vista

El Gran Debate fue resuelto por un joven astrónomo llamado Edwin Hubble que trabaja en Mount Wilson. Hubble también usó la técnica de variables cefeidas de Leavitt para medir distancias cósmicas, esta vez encontrando las estrellas variables en las propias nebulosas espirales.

Hubble comenzó a observar la nebulosa de Andrómeda, una de las nebulosas más brillantes del cielo, en el otoño de 1923. Usó el telescopio de 60 pulgadas de Mount Wilson y su telescopio de 100 pulgadas, entonces el más grande del mundo. Durante el próximo año, estudió 35 cefeidas en Andrómeda y una nebulosa diferente llamada Triángulo. Sus períodos eran lo suficientemente largos como para que las nebulosas tuvieran que estar en el orden de un millón de años luz de distancia para que las estrellas parecieran tan débiles. (Ahora sabemos que es más como 2,5 millones de años luz para Andrómeda y 2,7 ​​millones para Triangulum).

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El astrónomo Edwin Hubble, que se muestra aquí sosteniendo un dibujo de una galaxia, demostró que hay otras galaxias fuera de la Vía Láctea.Observatorios Hale, cortesía de AIP Emilio Segrè Visual Archives

“Medir la distancia a Andrómeda fue un gran problema porque fue la primera evidencia de que hay galaxias más allá de la nuestra”, dice la astrónoma Emily Levesque de la Universidad de Washington en Seattle. «Cambió lo que pensábamos que era la forma de nuestro universo».

Algunos indicios de que la Vía Láctea no era la única que había aparecido antes de eso, pero el hallazgo de Hubble lo confirmó. Incluso si la Vía Láctea era tan grande como afirmaba Shapley, Andrómeda se encontraba fuera de sus fronteras. Cuando Shapley recibió el artículo de Hubble, supuestamente dijo: «Aquí está la carta que destruyó mi universo».

Carta de noticias científicas informó el hallazgo de Hubble bajo el título «Los molinetes del cielo son universos estelares a 6.000.000.000.000.000.000 de millas de distancia» en diciembre de 1924 (SN: 6/12/24, pág. 2).

“Parece probable que muchas de las nebulosas espirales más pequeñas sean aún más remotas y parezcan más pequeñas en este sentido”, dice la historia citando a Hubble. «La porción del universo dentro del alcance de nuestra investigación consiste en un gran número de galaxias estelares comparables a la nuestra, esparcidas por un espacio casi vacío y separadas unas de otras por distancias de magnitud inconcebible». Aquí, por fin, estaba la visión moderna del universo.

A finales de la década, Hubble no solo había demostrado que las nebulosas espirales eran «universos insulares», sino que también había comenzado a clasificar diferentes tipos de galaxias y a pensar en cómo evolucionaron con el tiempo. Además, demostró que las galaxias se alejaban unas de otras a velocidades proporcionales a su distancia. En otras palabras, el universo se estaba expandiendo.

A finales de siglo, los astrónomos sabían que el universo estaba salpicado de miles de millones de galaxias de todas las formas y tamaños. En abril de 1990, la NASA lanzó el primer telescopio espacial óptico a la órbita de la Tierra, lo que le dio al mundo una nueva perspectiva del espacio.

«En lugar de estas manchas borrosas incluso de los mejores observatorios en la cima de las montañas de nuestro planeta», dice el científico planetario Jim Bell de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe, «de repente, todo el reino del sistema solar, galaxia, extragaláctico … se abrió al obtener por encima de la atmósfera «.

La NASA nombró al telescopio en honor al científico que abrió las mentes de los astrónomos a la existencia de tal universo: el Telescopio Espacial Hubble.

Las imágenes que ha capturado durante 30 años de operaciones (cúmulos de estrellas, galaxias y nebulosas) son tan icónicas que están impresas en todo, desde calcetines y tazas de café hasta diseños de pasarelas de alta costura. El telescopio en sí fue inmortalizado recientemente en forma de Lego.

«Es el que literalmente todo el mundo ha oído», dice Levesque. La mayoría de la gente piensa hoy en día que Hubble fue «el tipo que construyó el telescopio».

Se destaca una imagen de principios de la tenencia del telescopio espacial. En diciembre de 1995, el director del telescopio, Robert Williams, decidió entrenar al observatorio en un pequeño y oscuro parche de cielo cerca del mango del Big Dipper durante 10 días consecutivos. El retrato resultante de este pedazo de cielo sin rasgos distintivos reveló miles de galaxias previamente desconocidas que envían su luz desde más lejos de lo que los astrónomos habían visto antes (SN: 20/1/96, pág. 36). El universo tal como lo había imaginado Edwin Hubble, repleto de universos insulares, fue capturado en una sola mirada.

En cuanto a Henrietta Leavitt, se perdió el reconocimiento que merecía por ayudar a derribar a la Vía Láctea desde su posición central. Un matemático sueco le escribió en 1925 diciéndole que su trabajo «me ha impresionado tan profundamente que me siento seriamente inclinado a nominarla al Premio Nobel de Física de 1926». Recibió una respuesta de Shapley, por entonces director del Observatorio de la Universidad de Harvard: Leavitt había muerto cuatro años antes.

Pasos a Marte

Los primeros cohetes de combustible líquido, precursores de los que luego llevaron robots y personas al espacio, se lanzaron en la década de 1920. Un siglo después, los robots pasaron volando, orbitaron o aterrizaron en todos los cuerpos planetarios que se conocían en 1920, y algunos que no lo eran. La gente ha caminado sobre la luna y ha vivido en el espacio durante más de un año a la vez. Y se están preparando conversaciones serias sobre el envío de personas a Marte.

La NASA solía explorar otros mundos en un orden claro, primero observando con telescopios y luego llevando a cabo misiones cada vez más complejas: sobrevuelos, orbitadores, módulos de aterrizaje, rovers, luego personas y regresos de muestras. «Hemos tomado toda esa progresión en la luna, en [the last] siglo ”, dice Bell. “En algún momento de este nuevo siglo, agregaremos a Marte a esa lista. Todo el resto del sistema solar, tenemos grandes trozos de esa matriz marcados «.

Después de que la Unión Soviética lanzara el primer satélite artificial, Sputnik 1, en 1957, los lanzamientos espaciales fueron rápidos y furiosos. Muchas fueron demostraciones de poderío político y militar. Pero muchos de ellos también tenían méritos científicos. La nave espacial soviética Luna 3 fotografió la cara oculta de la Luna en 1959, poco después de la fundación de la NASA. Las naves espaciales sobrevolaron Venus y Marte en la década de 1960, enviando los primeros datos de primer plano sobre sus atmósferas y superficies alienígenas.

Esa misma década, los humanos aterrizaron en la luna y trajeron rocas, abriendo una ventana amplia y detallada a la historia del sistema solar. Las muestras lunares de las misiones Apolo les dieron a los científicos una forma de averiguar la antigüedad de las superficies planetarias alrededor del sistema solar, nos enseñaron que todo el sistema solar interior fue bombardeado con impactos en su juventud y nos dio una historia del origen de la luna (SN: 6/7/19 y 20/7/19, pág. 18).

“Hasta que comenzamos el programa espacial, realmente no teníamos idea de cuál era la geología en otros lugares”, dice Hansen del Instituto de Ciencias Planetarias. “A principios de siglo, todavía estaban debatiendo si los cráteres de la luna eran cráteres de impacto o calderas volcánicas. Incluso allí, en nuestro propio patio trasero, no sabíamos lo que estaba pasando «.

Y la geología extraterrestre fue sorprendente. Sin quererlo, los científicos planetarios habían basado muchas de sus expectativas en otros mundos de la Tierra. La portada de Noticias de ciencia desde junio de 1976, un mes antes de que el módulo de aterrizaje Viking 1 de la NASA se convirtiera en la primera nave espacial longeva en aterrizar suavemente en Marte, mostró a Marte con un desierto de color Cheez Whiz bajo un cielo azul claro. En la prisa por la falta de sueño para liberar las primeras imágenes en color enviadas por Viking 1, los científicos procesaron la imagen para producir un cielo azul allí también.

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Antes de que la nave espacial Viking 1 de la NASA aterrizara en Marte en julio de 1976, Noticias de ciencia y otros imaginaron el Planeta Rojo con un cielo azul. El cielo de Marte es en realidad de un polvoriento color rosa amarillento.

Pero el día después del aterrizaje, James Pollack, del equipo de imágenes, dijo a los periodistas que el cielo marciano era en realidad rosa, probablemente gracias a la luz dispersa de las partículas de polvo suspendidas en el aire.

«Cuando descubrimos que el cielo de Marte era una especie de amarillo rosado en lugar del azul que se había informado erróneamente por primera vez, el anuncio fue recibido por un coro de abucheos afables de los reporteros reunidos», escribió más tarde Sagan en el introducción a su popular libro Cosmos. «Querían que Marte fuera, incluso en este sentido, como la Tierra».

Aún así, los aterrizajes de Viking 1 y 2 llevaron a Marte a la Tierra, por así decirlo. «Marte se había convertido en un lugar», dijo el científico del proyecto Viking Gerald Soffen en una entrevista para un proyecto histórico de la NASA publicado en 1984. «Pasó de una palabra, un pensamiento abstracto, a un lugar real».

De alguna manera, las vistas de Marte de los módulos de aterrizaje Viking fueron decepcionantes. El objetivo central de la misión era explícitamente buscar vida microbiana. Era «una posibilidad remota», escribió la periodista Janet L. Hopson en Noticias de ciencia en junio de 1976 (SN: 5/6/76, pág. 374). Pero «incluso si no aparecen signos de vida, [biologists] esperan obtener su primera perspectiva real sobre la bioquímica terrestre, los orígenes de la vida y la evolución «.

Los resultados de los experimentos de detección de vida de la misión Viking no fueron concluyentes, un hallazgo casi peor que un verdadero negativo.

Posteriormente, la NASA se retiró de buscar la vida directamente. Los siguientes 45 años de misiones a Marte buscaron signos de agua pasada, entornos potencialmente habitables y moléculas orgánicas, en lugar de organismos vivos. Todas esas características aparecieron en los datos de los rovers Spirit, Opportunity y Curiosity en las décadas de 2000 y 2010.

Ahora, el rover Perseverance de la NASA, que aterrizó en febrero de 2021, está buscando signos de vida microbiana antigua. El rover almacenará muestras de rocas que una futura misión traerá de regreso a la Tierra. Y el rover ExoMars de las agencias espaciales conjuntas rusas y europeas, llamado Rosalind Franklin, en honor a la química cuyo trabajo fue fundamental para descubrir la estructura del ADN, tiene como objetivo buscar firmas moleculares de vida en Marte y justo debajo de la superficie después de su lanzamiento en 2022.

Sagan predijo en 1973 que si hubiera nacido 50 años en el futuro, la búsqueda de vida en Marte ya se habría completado. Hoy, 48 años después, seguimos buscando.

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La primera imagen tomada en la superficie de Marte, en julio de 1976, muestra la plataforma del módulo de aterrizaje Viking 1 de la NASA y las rocas de una cuenca llamada Chryse. Planitia.NASA
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Casi 45 años después, el pequeño helicóptero Ingenuity aterrizó con el rover Perseverance y se convirtió en el primer robot en volar en la delgada atmósfera marciana. Sus palas miden 1,2 metros.JPL-Caltech / NASA, Universidad Estatal de Arizona.

Lunas exóticas

El año después de que los vikingos aterrizaran en Marte, se lanzó otro par de naves espaciales para verificar casi todo el resto del sistema solar en la lista de visitas obligadas de los científicos. Los astrónomos se dieron cuenta de que en 1977, los planetas se alinearían de tal manera que una nave espacial lanzada ese año podría llegar a Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno uno por uno, robando un poco de impulso angular de cada mundo a medida que avanzaba. La misión fue apodada Voyager (SN: 27/8/77, pág. 132).

“Nunca ha habido algo así, y nunca volverá a haberlo”, dice Bell, del estado de Arizona. “Era comparable a los viajes de Magallanes o Darwin o Lewis y Clark. Simplemente una misión de descubrimiento absolutamente profunda que cambió por completo el panorama de la ciencia planetaria en este siglo «.

Las vistas de la Voyager del sistema solar exterior obligaron a los científicos a pensar fuera de la «caja de la Tierra», dice Hansen, quien trabajó en la misión. “El equipo de imágenes de la Voyager, benditos sean sus corazones, harían predicciones y luego se equivocarían”, dice ella. «Y aprenderíamos algo».

Hansen recuerda haber conversado con un miembro del equipo de imágenes cuando la nave espacial se acercaba a Júpiter y sus docenas de lunas. “Dijo: ‘Candy, veremos cráteres en [moons] Io y Europa, porque sabemos por la densidad que son mundos rocosos. Pero no en Ganímedes y Calisto, porque son hielo ‘”, recuerda. En cambio, las imágenes mostraron que Ganimedes y Calisto estaban cubiertos de cráteres. «Ese fue un momento ajá, el hielo actuará como una roca a esas temperaturas». Mientras tanto, Europa, bañada por el océano, e Io fundido, casi no tenían cráteres.

Las lunas de Júpiter presentaban «toda una familia de mundos exóticos nunca antes imaginada, cada uno radicalmente diferente no solo de sus compañeros, sino también de todo lo demás en la experiencia del observador de planetas», escribió el periodista Jonathan Eberhart en Noticias de ciencia en abril de 1980 (SN: 19/4/80, pág. 251).

Antes de 1979, la Tierra era el único mundo rocoso geológicamente activo que conocían los científicos. Pero la Voyager también cambió ese punto de vista. Una miembro del equipo de navegación óptica de la Voyager, Linda Morabito, vio una característica extraña en forma de hongo que se extendía desde el borde de Io mientras intentaba trazar la posición de la nave espacial el 9 de marzo de 1979. Consultó con el equipo científico, y pronto se dio cuenta de que estaban mirando una gigantesca columna volcánica. Io estaba en erupción en tiempo real.

Tres científicos planetarios habían predicho el fuego de Io antes de que se descubrieran las columnas. Los tres sugirieron que la luna fue calentada por un tira y afloja gravitacional entre Júpiter y una o dos de sus otras lunas, Europa y Ganímedes.

Pero la mayor parte de la comunidad científica planetaria quedó atónita. “Damos la gravedad por sentado aquí. Mantiene nuestros pies en el suelo ”, dice Hansen. «Pero la gravedad moldea y da forma a tantas cosas de tantas formas inesperadas».

La Voyager y las misiones posteriores a los planetas exteriores, como Galileo en Júpiter en la década de 1990 y Cassini en Saturno en la década de 2000, transformaron nuestra visión del sistema solar de otra manera profunda. Revelaron varias partes sorprendentes del sistema solar donde podría existir vida en la actualidad.

La Voyager insinuó que Europa podría tener un océano de agua líquida debajo de una capa helada. Galileo fortaleció esa idea y sugirió que el océano podría ser salado y tener contacto con el núcleo rocoso de la luna, que podría proporcionar nutrientes químicos para la vida microbiana. La NASA ahora está desarrollando una misión para volar más allá de Europa. “No me sorprenderá si de alguna manera se descubre vida en Europa durante mi vida o en este siglo”, dice Bell.

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Las naves espaciales han revelado que algunas lunas dejan salir sus entrañas. La luna de Júpiter, Io (izquierda) arroja columnas de magma de hasta 390 kilómetros en el aire. La luna de Júpiter Europa (centro) y la luna de Saturno Encelado (derecha) albergan mares subterráneos y pueden ventilar agua al espacio.De izquierda a derecha: JPL-caltech / NASA, Univ. de Arizona; JPL-Caltech / NASA, Instituto SETI; JPL-caltech / NASA, Instituto de Ciencias Espaciales
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Las naves espaciales han revelado que algunas lunas dejan salir sus entrañas. La luna de Júpiter Io (arriba) arroja columnas de magma a 390 kilómetros en el aire. La luna de Júpiter Europa (centro) y la luna de Saturno Encelado (abajo) albergan mares subterráneos y pueden ventilar agua al espacio.Desde arriba: JPL-caltech / NASA, Univ. de Arizona; JPL-Caltech / NASA, Instituto SETI; JPL-caltech / NASA, Instituto de Ciencias Espaciales

Poco después de que la nave espacial Cassini llegara a Saturno en 2004, los científicos se dieron cuenta de que la diminuta luna Encelado expulsa dramáticas columnas de vapor de agua, polvo y cristales de hielo al espacio desde un mar subterráneo oculto. Esa luna también parece un buen lugar para la vida.

Si el último siglo de exploración del sistema solar se trató de enfrentarnos a la geología alienígena, dice Hansen, el próximo siglo será sobre oceanografía: controlar los mares extraños en nuestro propio sistema solar.

«Creo que eso va a dar forma a gran parte de la investigación en el futuro», dice Hansen. Ahora que está claro que estas lunas tienen océanos, los investigadores se preguntarán si son habitables y, finalmente, si están habitadas.

Exoplanetas detectados

El primer planeta descubierto fuera de nuestro sistema solar, un exoplaneta, era tan diferente de cualquier cosa en nuestro sistema solar que los astrónomos no buscaban nada parecido.

«Saber que en realidad hay planetas alrededor de otras estrellas ahora parece tan trivial», dice la observadora de exoplanetas Debra Fischer de la Universidad de Yale. «Pero tuvimos discusiones en 1995 sobre si otras estrellas tienen planetas».

Entonces, cuando el astrónomo Michel Mayor del Observatorio de Ginebra giró su espectrógrafo hacia el cielo en abril de 1994, guardó silencio sobre sus esperanzas de encontrar verdaderos exoplanetas. Era más probable que encontrara enanas marrones, estrellas fallidas que nunca crecieron lo suficiente como para quemar hidrógeno.

Su instrumento utilizó una forma nueva e inteligente de buscar otros mundos, llamada técnica de velocidad radial. Los cazadores de exoplanetas anteriores habían buscado directamente el movimiento de una estrella en respuesta a la gravedad de un planeta en órbita, observando si la estrella se movía hacia adelante y hacia atrás en el cielo. Esa técnica había dado lugar a varias afirmaciones planetarias, incluso que se remontaban a 1855, pero ninguna de ellas se había mantenido. Esos movimientos son minúsculos; La influencia de Júpiter mueve el sol a solo 12 metros por segundo.

En cambio, Mayor y otros estudiaron un cambio en la longitud de onda de la luz de las estrellas cuando una estrella se movía de un lado a otro. Cuando una estrella se acerca a nosotros, la luz cambia a longitudes de onda más cortas o más azules; a medida que se aleja, la luz se vuelve más roja. Calculando la velocidad del movimiento de ida y vuelta de una estrella, los astrónomos pudieron calcular la masa mínima y la duración del año de lo que sea que tirara de esa estrella.

Los turnos que Mayor estaba buscando eran aún minúsculos. La búsqueda se consideró inútil y marginal, como buscar hombrecitos verdes. Así que los astrónomos que afirmaron explícitamente estar buscando planetas tuvieron dificultades para programar observaciones en telescopios. Las enanas marrones, por otro lado, se consideraban ciencia legítima y serían más fáciles de detectar.

De modo que el mundo se asombró cuando, en octubre de 1995, Mayor y su alumno Didier Queloz informaron de una fuerte evidencia no de una enana marrón, sino de un verdadero planeta orbitando la estrella 51 Pegasi, parecida al sol, a unos 50 años luz de nuestro sistema solar.

El nuevo planeta era extraño. Parecía tener aproximadamente la mitad de la masa de Júpiter, demasiado insignificante para ser una enana marrón. Pero orbitaba la estrella una vez cada 4,23 días terrestres, lo que la colocaba increíblemente cerca de su estrella. No hay nada de eso en nuestro sistema solar y los astrónomos no tenían idea de cómo podría existir.

«La noticia atravesó la comunidad astronómica como un rayo», escribió el periodista Ron Cowen en Noticias de ciencia, en la primera de las tres historias sobre el nuevo planeta que escribiría dentro de un mes (SN: 21/10/95, pág. 260).

51 Peg b, como llegó a ser conocido, inició una nueva era. “Significa que los planetas existen alrededor de otras estrellas similares al sol, podemos encontrarlos y podrían ser los más emocionantes”, dice la antropóloga de Yale Lisa Messeri, quien ha estudiado cómo los astrónomos crean mundos a partir de píxeles y espectros. «Los primeros son emocionantes porque prometen que habrá segundos y tercios y cuartos».

La búsqueda estaba en marcha. Un grupo de San Francisco encontró rápidamente dos planetas más escondidos en datos que los investigadores aún no habían terminado de analizar. Los dos planetas siguientes, 70 Vir by 47 UMa b, también eran más masivos y estaban más cerca de sus estrellas de lo esperado.

La existencia de estos tres mundos, que fueron nombrados Júpiter calientes porque sus órbitas cercanas deberían hacerlos chisporrotear, cambió el paradigma de cómo podría ser un planeta. Claramente, nuestro sistema solar no fue la plantilla para el universo.

Sin embargo, durante unos años después de que se anunciara 51 Peg b, los astrónomos debatieron si el planeta estaba realmente allí. Quizás el aparente vaivén de la estrella era solo su atmósfera exterior inhalando y exhalando. Esos debates se desvanecieron a medida que se descubrieron más planetas, pero se necesitó una nueva técnica para convencer realmente a todos.

Los astrónomos habían predicho al menos desde la década de 1850 que algunos planetas pasarían frente a sus estrellas desde la perspectiva de la Tierra. Al cruzar o transitar por la cara de su estrella, un planeta podría revelar su presencia bloqueando un poco la luz de la estrella.

Pero si otros sistemas solares son como el nuestro, los tránsitos serían increíblemente difíciles de detectar. Nuestros planetas son demasiado pequeños y están demasiado lejos del sol para proyectar una gran sombra. Los Júpiter calientes, por otro lado, deberían bloquear mucho más la luz de una estrella que cualquier otro planeta de nuestro sistema solar. Con el descubrimiento de 51 Peg b, los tránsitos no solo parecían posibles de detectar, sino casi fáciles de detectar.

El primer planeta extrasolar en tránsito se reveló en 1999, cuando el entonces estudiante graduado de Harvard, David Charbonneau, condujo a Colorado para hacer su trabajo de tesis con el astrónomo Tim Brown. Brown había construido un pequeño telescopio en la granja de un amigo al norte de Boulder, colocando las computadoras en un gallinero reutilizado para buscar planetas en tránsito. Sin embargo, cuando llegó Charbonneau, la granja se había vendido y el telescopio se había trasladado a un laboratorio.

Para practicar la técnica, Charbonneau apuntó con el telescopio de Brown a una estrella, llamada HD 209458, que ya tenía un planeta sospechoso. La luz de la estrella se atenuó en aproximadamente un 1 por ciento y luego volvió a brillar. Esa era una clara señal de un planeta aproximadamente un 32 por ciento más ancho que Júpiter.

Ese descubrimiento puso fin a todas las dudas sobre la existencia de exoplanetas, dice Fischer, quien había trabajado con el grupo de cazadores de exoplanetas en San Francisco. “Sucedió así”, dice Fischer, con un chasquido de dedo. El tamaño y la masa combinados del planeta descartaron sin ambigüedades las enanas marrones u otras explicaciones exóticas. «Camina como un Júpiter, habla como un Júpiter, es un Júpiter».

Había otra ventaja del método de tránsito: puede mostrar la composición de la atmósfera de un planeta. Los planetas detectados por la técnica de oscilación eran «poco más que fantasmas», escribió Cowen en Noticias de ciencia en 2007. Eran demasiado pequeños para ser vistos y demasiado cerca de la estrella para fotografiarlos directamente.

«Todos habían asumido que si querías [detect] la atmósfera de un planeta extrasolar, tendrías que imaginarlo ”, dijo Charbonneau. Noticias de ciencia. Pero la luz de las estrellas que se filtra a través del cielo de un planeta en tránsito podría revelar qué gases rodean al mundo alienígena sin necesidad de una instantánea.

Búsqueda de planetas habitables

Los tránsitos pronto superaron a los bamboleos como la estrategia más fructífera para encontrar planetas. Eso fue principalmente gracias al lanzamiento del telescopio espacial Kepler de la NASA en marzo de 2009.

La misión de Kepler fue explícitamente sobre encontrar otras Tierras. Durante casi cuatro años, el telescopio observó 170.000 estrellas en un solo parche de cielo para captar tantos planetas en tránsito como pudiera. En particular, sus operadores esperaban planetas del tamaño de la Tierra en órbitas similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al sol, lugares donde posiblemente podría existir vida.

Los años que siguieron fueron una época de auge para los buscadores de planetas. Al final de su carrera de casi 10 años, Kepler había confirmado casi 2.700 planetas y miles de planetas potenciales más. Los hallazgos fueron más allá de los Júpiter calientes a mundos del tamaño de la Tierra y planetas en la «zona habitable», donde las temperaturas podrían ser adecuadas para el agua líquida.

Los descubrimientos llegaron tan rápido que un solo mundo nuevo dejó de ser una noticia. Los datos de Kepler pasaron de revelar nuevos mundos uno por uno a realizar un censo de exoplanetas. Demostró que los Júpiter calientes no son en realidad el tipo de planeta más común; eran los más fáciles de detectar. El tipo más común no aparece en nuestro sistema solar: mundos entre el tamaño de la Tierra y Neptuno, que pueden ser súper-Tierras rocosas o mini-Neptunes gaseosos.

Y Kepler reveló que hay más planetas en la galaxia que estrellas. Cada una de los miles de millones y miles de millones de estrellas de la Vía Láctea debería tener al menos un mundo en su órbita.

Pero el telescopio nunca logró realmente el objetivo de encontrar otra Tierra. Kepler requirió tres tránsitos para confirmar la existencia de un mundo. Eso significa que el telescopio tuvo que mirar fijamente durante al menos tres años para encontrar un planeta orbitando a la distancia exacta de la Tierra.

En 2013, después de cuatro años de observación, la mitad de las ruedas de reacción estabilizadoras de Kepler habían fallado. El telescopio no pudo mantener su vista sin parpadear de la misma parte del cielo. Los científicos de la misión reprogramaron inteligentemente el telescopio para observar otras estrellas durante períodos de tiempo más cortos. Pero la mayoría de los planetas que se encuentran allí orbitaban más cerca de sus estrellas que la Tierra, lo que significa que no podían ser gemelos terrestres.

Finalmente, Kepler se quedó sin combustible en 2018, sin un verdadero análogo de la Tierra a la vista.

Messeri recuerda una conferencia de exoplanetas en el MIT en 2011 donde gran parte de la conversación se centró en encontrar un gemelo de la Tierra.

“Fue un pico de emoción, tal vez encontremos este planeta en los próximos tres o cinco años. Se sintió cerca ”, dice ella. «Lo que es interesante es que en los 10 años transcurridos desde entonces, todavía se siente tan cerca».

Pero los astrónomos ya se habían dado cuenta de que quizás no necesitaran un verdadero análogo de la Tierra para encontrar un planeta donde pudiera existir la vida. Los mundos rocosos que orbitan alrededor de estrellas más pequeñas y tenues que el sol son más fáciles de encontrar y podrían ser igualmente amigables con la vida.

Charbonneau nuevamente se adelantó a la curva, después de haber iniciado un programa llamado MEarth en 2008 para buscar planetas habitables alrededor de diminutas estrellas enanas M utilizando ocho pequeños telescopios en Arizona (más otros ocho en Chile que se agregaron en 2014). En seis meses, Charbonneau y sus colegas habían encontrado una súper Tierra denominada GJ 1214b que probablemente sea un mundo acuático, tal vez un poco demasiado húmedo para la vida.

El Observatorio Europeo Austral inició el estudio TRAPPIST, para los planetas en tránsito y el pequeño telescopio PlanetesImals, desde La Silla, Chile, en 2010. Otro telescopio, en el Observatorio Oukaïmeden en Marruecos, se conectó para buscar planetas que orbitan estrellas del hemisferio norte en 2016. Entre ellos Los descubrimientos de la encuesta es el sistema TRAPPIST-1 de siete planetas del tamaño de la Tierra que orbitan una sola estrella enana M, tres de los cuales podrían estar en la zona habitable (SN: 18/3/17, pág. 6).

Un siglo de astronomía reveló el lugar de la Tierra en el universo, Forma parte de la Vida
La estrella TRAPPIST-1 alberga siete planetas (mostrados en la ilustración de un artista) que probablemente todos tengan una composición rocosa. Al menos tres de los planetas podrían tener temperaturas buenas para la vida.JPL-Caltech / NASA

El sucesor de la NASA de Kepler, TESS, o Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito, ha estado escaneando todo el cielo desde abril de 2018 en busca de pequeños planetas orbitando estrellas cercanas brillantes, incluidas las enanas M. Detectó más de 2.200 planetas potenciales en su primer escaneo de cielo completo, anunciaron los científicos en marzo de 2021.

En estos días, los astrónomos se están uniendo a científicos de todas las disciplinas, desde científicos planetarios que estudian la geología de exoplanetas hipotéticos hasta microbiólogos y químicos que piensan en qué tipos de extraterrestres podrían vivir en esos planetas y cómo detectar esas formas de vida. Eso es un gran cambio desde hace incluso 10 años, dice Messeri. A principios de la década de 2010, nadie hablaba de la vida.

«No se te permitió decir eso», dice ella. «Los astrónomos me lo susurraban durante el trabajo de campo, pero esta no era una búsqueda de extraterrestres».

La astronomía de exoplanetas está ahora en terreno más firme. Sus principales figuras han ganado las subvenciones de «genio» de MacArthur. Los buscadores de planetas pioneros Mayor y Queloz ganaron el Premio Nobel de Física 2019. El trabajo ya no se esconde en conferencias que en realidad tratan sobre estrellas. “Ya no tiene que legitimarse a sí mismo”, dice Messeri. «»Es una ciencia real»».

La promesa de que los planetas en tránsito pueden revelar el contenido de sus atmósferas alienígenas pronto se cumplirá. El telescopio espacial James Webb de la NASA podría lanzarse este año, después de muchos años de retrasos. Una de sus primeras tareas será sondear las atmósferas de los planetas en tránsito, incluidas las de TRAPPIST-1.

Si algo está vivo en esos mundos absolutamente extraterrestres y sobrenaturales, tal vez el próximo siglo lo traiga a la luz.

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