Puestas de sol en Titán revelan la complejidad de nieblas exoplanetarias

Representación de Cassini observando una puesta de sol a través de la atmósfera de Titán. Crédito: NASA/JPL-Caltech.

Científicos que están trabajando con datos de la misión Cassini de la NASA han desarrollado un nuevo método para estudiar las atmósferas de los exoplanetas, utilizando la envoltura de niebla de Titán, luna de Saturno, como muestra. La nueva técnica muestra la fuerte influencia que los cielos brumosos podrían tener en nuestra capacidad de aprender sobre esos mundos extrasolares orbitando estrellas distantes.

El trabajo fue realizado por un equipo de investigadores dirigido por Tyler Robinson, un investigador del centro de investigación de la NASA Ames, en Moffett Field, California. Los hallazgos fueron publicados el 26 de Mayo en Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Se puede aprender mucho viendo una puesta de Sol”, dijo Robinson.

La luz de las puestas de Sol, estrellas y planetas puede ser separada en sus colores componentes para crear un espectro, como hacen los prismas con la luz del día, para obtener información oculta. A pesar de las asombrosas distancias a otros sistemas planetarios, en años recientes los investigadores han comenzado a desarrollar técnicas de recolección de espectros de exoplanetas. Cuando uno de esos mundos realiza un tránsito, o pasa por delante de la estrella alrededor de la cual orbita, desde el punto de vista de la Tierra, alguna de las componentes de la luz de la estrella viaja a través de la atmósfera del exoplaneta, donde es alterada de modo sutil pero medible. Este proceso deja información sobre el planeta, que puede ser recogida por telescopios. Los espectros resultantes son un registro de esta huella.

Los espectros permiten a los científicos desentrañar detalles sobre cómo son los exoplanetas, tal como aspectos de temperatura, composición y estructura de sus atmósferas.

Robinson y sus colegas aprovecharon la similaridad entre tránsitos de exoplanetas y puestas de Sol grabadas por la sonda Cassini en Titán. Estas observaciones, llamadas ocultaciones solares, efectivamente permitieron a los científicos observar a Titán como como un exoplaneta en tránsito, sin tener que abandonar el Sistema Solar. En el proceso, las puestas de Sol en Titán revelaron lo dramáticos que pueden ser los efectos de las nieblas.

Múltiples mundos en nuestro propio Sistema Solar, incluyendo Titán, están cubiertos por nubes y nieblas altas. Los científicos esperan que muchos exoplanetas podrían estar oscurecidos de forma similar. Nubes y nieblas crean una variedad de complicados efectos de modo que los investigadores deben trabajar para desentrañar la huella de estas atmósferas, y por lo tanto presentan un mayor obstáculo para entender las observaciones de los tránsitos. Debido a la complejidad y potencia computacional requeridas para estudiar las nieblas, los modelos solían entender el espectro del exoplaneta generalmente simplificando sus efectos.

“Previamente, no estaba claro cómo estaban afectando exactamente las nieblas a las observaciones de tránsitos de exoplanetas”, dijo Robinson. “Así que volvimos a Titán, un mundo neblinoso en nuestro sistema solar, que ha sido estudiado extensamente por Cassini”.

El equipo utilizó cuatro observaciones de Titán hechas entre 2006 y 2011 por instrumentos de cartografía espectroscópica en visual e infrarrojo. Sus análisis dieron resultados que incluyen los diversos efectos debidos a las nieblas, los cuales pueden ahora ser comparados con los modelos y las observaciones de los exoplanetas.

Con Titán como su ejemplo, Robinson y sus colegas encontraron que las nieblas suficientemente altas de algunos exoplanetas en tránsito pueden limitar muy estrictamente lo que sus espectros puedan revelar a los observadores del tránsito planetario. De las observaciones podrían extraerse información sólo de la parte superior de la atmósfera del planeta. En Titán, esto se corresponde aproximadamente a un intervalo entre 90 y 190 millas (150 a 300 kilómetros) sobre la superficie de la luna, muy alto sobre la masa de su densa y compleja atmósfera.

Un adicional hallazgo de este estudio es que las nieblas de Titán afectan más fuertemente a a las longitudes de onda más cortas (las más azuladas, si pensamos en el espectro óptico, en la luz visible). Los estudios del espectro de los exoplanetas han comunmente supuesto que las nieblas afectarían a todos los colores de la luz en modo similar. Los estudios de las puestas de sol a través de las nieblas de Titán han revelado que este no es el caso.

“La gente había imaginado reglas sobre cómo los planetas deberían comportarse cuando son vistos en un tránsito, pero Titán no conseguía seguir las reglas,” dijo Mark Marley un coautor del estudio en NASA Ames. “No se ve como las suposiciones previas, y es a causa de la niebla”.

La técnica del equipo se aplica igualmente bien a observaciones similares tomadas de la órbita de cualquier mundo, no solamente Titán. Esto significa que los investigadores también podrían estudiar las atmósferas de los planetas como Marte y Saturno en el contexto de atmósferas exoplanetarias.

“Es gratificante ver que el estudio de Cassini del sistema solar también nos está ayudando a entender mejor otros sistemas solares”, dijo Curt Niebur, científico del programa Cassini en la sede de la NASA en Washington.

Fuente: NASA