Atmósfera de emoción mientras los astrónomos europeos del JWST estudian el clima en otros planetas – Horizon Magazine Blog

El tiempo y el clima en otros planetas tienen características inusuales, pero los astrónomos planetarios creen que JWST podría descubrir pistas para ayudar a responder la pregunta fundamental de «¿De dónde venimos?»

Por REY ANTONIO

El Telescopio Espacial James Webb (JWST), lanzado el día de Navidad de 2021, ya está transformando nuestra comprensión de los planetas en nuestro Sistema Solar y mucho más allá. Un observatorio satelital versátil, JWST tiene una vista clara desde su posición orbital, a 1,5 m km de la Tierra en el espacio. Esto le da una gran ventaja sobre los telescopios terrestres que deben observar el espacio a través de la brumosa atmósfera de la Tierra.

JWST recolecta cinco veces más luz que el Telescopio Espacial Hubble (HST), lo que le permite detectar señales débiles de mundos distantes utilizando sus capacidades espectroscópicas.

«Antes del telescopio espacial James Webb, solo se podía observar una cantidad muy pequeña de moléculas, como agua, monóxido de carbono y sodio», dijo Jérémy Leconte, astrofísico de la Universidad de Burdeos en Francia.

Misiones y observaciones anteriores desde la Tierra han descubierto miles de exoplanetas (aquellos fuera de nuestro Sistema Solar) y los astrónomos ya están aprovechando las capacidades únicas de JWST para estudiar los componentes básicos de la vida en el Universo.

cielos extraterrestres

A principios de este año, el telescopio James Webb permitió a los astrofísicos observar un exoplaneta alrededor de una estrella similar al Sol, a 700 años luz de distancia. La luz de las estrellas que pasa a través de la atmósfera del caliente planeta WASP-39b, similar a Júpiter, les da a los astrónomos una visión de la química de los cielos extraterrestres.

Desde la Tierra, los telescopios luchan por observar el dióxido de carbono en los exoplanetas, ya que deben mirar a través del CO2 en la atmósfera de los planetas. El observatorio JWST permite detectar una mayor variedad de moléculas, incluido el dióxido de carbono, en los cielos de WASP-39b. La presencia de dióxido de carbono en la atmósfera puede indicar que existe vida orgánica en el planeta.

«Esto es realmente un cambio de juego», dijo Leconte. ‘Realmente necesitamos mirar planetas alrededor de estrellas que están cerca de nosotros. Esta es nuestra mejor oportunidad para caracterizar sus atmósferas.’

En particular, está interesado en siete planetas rocosos que orbitan la estrella enana TRAPPIST-1, a 40 años luz de distancia, y especialmente en sus atmósferas. Los planetas existen en la zona habitable, lo que significa que tiene las temperaturas adecuadas para que el agua permanezca líquida.

Por lo general, cuando los científicos hacen predicciones sobre la atmósfera de un exoplaneta, asumen que es homogénea: existen las mismas condiciones en todas partes. Es poco probable que esto sea cierto.

Leconte ha desarrollado un simulador 3-D (como parte del proyecto WHIPLASH financiado por Horizon) para realizar pruebas en planetas simulados con características conocidas, como la presencia de agua líquida. Usar planetas simulados para ejecutar estas pruebas es como tener las respuestas al final de un libro de matemáticas: se pueden ejecutar pruebas y las respuestas que brindan los modelos se pueden comparar con las características conocidas.

Es probable que se descubran muchos miles de exoplanetas más en los próximos años, incluidos los encontrados con el nuevo telescopio espacial. Los científicos quieren saber si sus modelos pueden ofrecer información precisa. Algunas de las respuestas a las preguntas sobre exoplanetas lejanos podrían estar cerca de casa en el Sistema Solar, en los cuatro planetas más grandes: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

La misión del orbitador Juno ha proporcionado vistas espectaculares de Júpiter, mientras que la nave espacial Cassini reveló detalles sobre el planeta Saturno. Anteriormente, la nave espacial Voyager 2 que sobrevolaba Neptuno y Urano tomó imágenes de sus atmósferas.

«Hemos capturado imágenes gloriosas de estos planetas, con todos estos sistemas de tormentas giratorias y franjas de colores dulces, que son patrones de circulación climática a gran escala», dijo la científica planetaria Leigh Fletcher de la Universidad de Leicester, «pero es solo una instantánea». de sus atmósferas y climas en un momento particular en el tiempo.

cuatro gigantes

Para comprender los patrones climáticos y meteorológicos, Fletcher dirige un proyecto llamado GIANTCLIMES que reunió piezas dispersas del rompecabezas de sus atmósferas en constante cambio. Utilizaron observaciones anteriores de telescopios en la Tierra para comprender los ciclos naturales en los cuatro planetas gigantes durante muchas décadas. Este trabajo ha preparado el terreno para los muy esperados nuevos mapas de estos mundos del JWST.

Urano y Neptuno son los planetas más distantes del Sistema Solar y estos llamados “gigantes de hielo” aún conservan un aire de misterio. Se componen principalmente de hidrógeno, helio y otros gases como el metano.

«Hay tanto potencial para nuevos descubrimientos (con estos dos planetas)», dijo Fletcher. «No tenemos un buen manejo del funcionamiento de las atmósferas de estos gigantes de hielo en comparación con los gigantes gaseosos mejor estudiados (Júpiter y Saturno)».

Nieve de metano

Mientras tanto, se sabe que Saturno tiene sistemas de tormentas masivos y Neptuno puede tener tormentas de nieve de metano. La variable clave en los patrones climáticos es siempre la temperatura, con temperaturas muy frías en los distantes Neptuno y Urano.

Ya ha habido progreso con la publicación de los primeros mapas de temperaturas atmosféricas altas en la estratosfera de Urano. Esto reveló sorprendentes sistemas de circulación estacional y puntos brillantes sobre los polos.

También predice que los planetas gigantes, a menudo titulados sobre su eje, tienen estaciones extremadamente largas. «Vemos estaciones que modulan las temperaturas atmosféricas, las nubes y las precipitaciones como lo hacemos en el planeta Tierra», dijo Fletcher, «pero también vemos ciclos naturales regulares en la atmósfera que no son estacionales». Apenas estamos empezando a entender el clima en los planetas gigantes’.

Además, la atmósfera de Neptuno mostró una actividad sustancial de tormentas y clima, pero el equipo se sorprendió al descubrir que el planeta parece haberse enfriado durante el verano, en lugar de calentarse.

GIANTCLIMES es un acto de apoyo a la llegada del JWST. El nuevo telescopio ya ha observado a Júpiter, y en un futuro próximo girará hacia Urano y Saturno, y luego hacia Neptuno a principios de 2023, lo que permitirá realizar comparaciones entre planetas.

«Cómo funcionan los climas en los cuatro mundos es realmente el meollo de lo que estamos tratando de entender», dijo Fletcher. Se espera que ofrezca más información sobre los ciclos naturales de la variabilidad climática detectada en Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Sus extremos podrían incluso decirnos más sobre el clima y los patrones meteorológicos de la Tierra.

Vida extraterrestre

Los estudios de los cuatro gigantes también son relevantes para la investigación de exoplanetas. «Tenemos una colección de atmósferas planetarias diversas en nuestro Sistema Solar que forman una plantilla para lo que podríamos esperar ver alrededor de otras estrellas», dijo Fletcher con entusiasmo.

«Tal vez estos objetivos exoplanetarios también muestren ciclos naturales similares, y el objetivo final es tratar de tener predicciones meteorológicas o climáticas para todos los planetas, no solo para los de nuestro Sistema Solar», concluyó Fletcher.

JWST permitirá a los científicos mejores vistas de los cielos de los planetas en los confines del Sistema Solar, pero también de mundos a años luz de distancia, algunos de los cuales podrían estar rodeados de atmósferas protectoras y condiciones terrestres propicias para la vida extraterrestre.

‘Dos campos se están moviendo rápidamente en la astrofísica. Son los exoplanetas y la cosmología, que realmente se reduce a la cuestión de Dios y la vida, entonces de dónde viene el Universo y de dónde venimos nosotros’, dijo Leconte.

La investigación en este artículo fue financiada a través del Consejo Europeo de Investigación (ERC) de la UE. Este material se publicó originalmente en Horizon, la revista de investigación e innovación de la UE.

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