Lo que hasta hace poco parecía exclusivo de la ciencia ficción —pronosticar el tiempo en mundos situados a años luz— comienza a tomar forma gracias a los telescopios espaciales de la NASA. El Telescopio Espacial James Webb ya ha logrado detectar patrones de temperatura y nubes en una enana marrón ubicada a 20 años luz de la Tierra. El siguiente gran paso recae en el Nancy Grace Roman, que pondrá a prueba un instrumento diseñado para aislar la luz de planetas que hoy permanecen ocultos por el resplandor de sus estrellas.
Para entender el desafío, resulta útil compararlo con la meteorología terrestre. Un pronóstico del tiempo no se obtiene con una sola imagen del cielo; exige observaciones repetidas, mediciones de temperatura, humedad, presión, vientos y nubes, además de modelos físicos que integren toda esa información. En planetas fuera del Sistema Solar, los astrónomos carecen de la mayoría de esos datos. Sin embargo, ya pueden medir cómo varía la luz de algunos objetos mientras rotan, una señal que delata transformaciones en sus atmósferas.
El objetivo no es predecir si lloverá mañana en un exoplaneta, sino identificar los mecanismos que ordenan su clima y determinar con qué estabilidad actúan. Si las mismas condiciones físicas generan patrones similares durante varios ciclos, los investigadores pueden construir modelos más confiables. Esa base podría permitir, en el futuro, anticipar la evolución de nubes, temperaturas y circulación atmosférica en mundos distantes.
El Webb ofrece una ventaja decisiva porque observa el universo en infrarrojo, una franja de luz que permite analizar el calor y la composición de atmósferas lejanas. El Roman, por su parte, buscará demostrar hasta dónde llega la observación directa en luz visible. Ambos telescopios responden a preguntas complementarias: el primero estudia la dinámica de atmósferas accesibles; el segundo intenta ampliar la lista de planetas que pueden observarse de forma directa.
Patrones atmosféricos en una enana marrón
El caso que acerca la astronomía al pronóstico meteorológico extraterrestre se centra en SIMP 0136, un objeto a aproximadamente 20 años luz. No se trata de un exoplaneta propiamente dicho, sino de una enana marrón, una clase de cuerpo celeste que ocupa un lugar intermedio entre planetas y estrellas. Posee más masa que un planeta gigante, pero no alcanza las condiciones necesarias para sostener la fusión de hidrógeno que alimenta a las estrellas.
Esa particularidad no reduce su valor científico. Las enanas marrones son útiles como laboratorios naturales porque los astrónomos pueden observarlas directamente. Además, sus atmósferas comparten rasgos con las de planetas gigantes que orbitan otras estrellas. Esto permite estudiar fenómenos climáticos sin depender de la tenue señal que llega desde un planeta perdido en el resplandor de su estrella anfitriona.
El equipo que analizó los datos del Webb examinó cambios mínimos en el brillo de SIMP 0136 durante sus rotaciones. Cada variación funcionó como una pista sobre una región distinta de la atmósfera. Mediante un método llamado análisis de componentes principales, los científicos redujeron un conjunto complejo de mediciones a un número acotado de patrones que explican la mayor parte de los cambios observados.
El resultado apuntó a tres estados meteorológicos que reaparecen. Algunas zonas presentaron temperaturas más altas y nubes finas. Otras regiones mostraron temperaturas inferiores y capas de nubes más densas, con una extensión mayor hacia las zonas elevadas de la atmósfera. La luz registrada por el telescopio cambia cuando una de esas áreas entra o sale del campo de visión, de manera similar a cómo una fotografía de la Tierra desde el espacio revelaría el paso de sistemas nubosos sobre continentes y océanos.
La clave estuvo en distinguir entre los detalles cambiantes y las reglas que gobiernan esos cambios. Una atmósfera puede modificar su aspecto de una hora a otra y, aun así, obedecer mecanismos persistentes. En la Tierra, las nubes se desplazan y se disipan, pero la energía solar, la rotación planetaria, los océanos y la dinámica del aire sostienen un marco físico reconocible. En SIMP 0136, los investigadores encontraron indicios de una regularidad comparable.
“También descubrimos que estos factores que influyen en los patrones meteorológicos de SIMP-0136 persisten en el tiempo, incluso a medida que la apariencia detallada de la atmósfera evoluciona a lo largo de más de una docena de rotaciones”, declaró en un comunicado Merle Schrader, autora principal del estudio y candidata a doctora en el Trinity College de Dublín.
La afirmación marca una diferencia importante entre describir un paisaje atmosférico y comenzar a entender su funcionamiento. Un registro aislado puede mostrar nubes o contrastes de temperatura, pero una secuencia de observaciones permite establecer si esas condiciones responden a procesos repetibles. Los astrónomos todavía no pueden elaborar un parte meteorológico para el día siguiente en este tipo de mundos, aunque el estudio acota qué variables merecen mayor atención.
El método también ofrece una ventaja práctica. Los modelos climáticos detallados demandan grandes recursos informáticos porque deben calcular interacciones entre radiación, química, nubes y flujos de energía. El análisis de los cambios de brillo permite seleccionar primero los elementos que explican la mayor parte de la variabilidad. Con esa información, los modelos pueden concentrarse en los procesos más relevantes.
“Aplicar esta técnica a una amplia gama de enanas marrones y exoplanetas gigantes nos ayudará a comprender mejor los diversos sistemas meteorológicos que dan forma a mundos mucho más allá de nuestro sistema solar”, dijo en el comunicado Johanna Vos, coautora del estudio y profesora asociada del Trinity College de Dublín.
El telescopio Roman y su coronógrafo CGI
El telescopio espacial Nancy Grace Roman, que la NASA lanzó el pasado 30 de agosto desde el Centro Espacial Kennedy a bordo de un cohete SpaceX Falcon Heavy, incorporará una herramienta orientada a otro obstáculo central: la dificultad de ver un planeta junto a su estrella. El observatorio se dirige al punto de Lagrange L2 entre el Sol y la Tierra, a unos 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta, con llegada prevista para principios de diciembre.
La luz de una estrella puede superar por un margen enorme el débil resplandor que refleja un planeta cercano. Por ese motivo, las imágenes directas de exoplanetas suelen concentrarse en gigantes jóvenes, calientes y muy alejados de sus astros. Esos objetos emiten más radiación y quedan separados de la zona donde el brillo estelar domina la imagen. Los planetas más fríos, más antiguos o con órbitas cercanas resultan mucho más difíciles de detectar.
El instrumento coronográfico de Roman, conocido como CGI, pondrá a prueba una solución basada en dos recursos. Por un lado, un coronógrafo usa máscaras que bloquean la luz de una estrella. Por otro, un sistema de control activo del frente de onda corrige imperfecciones minúsculas de la óptica, que de otro modo dispersan luz estelar y contaminan la imagen.
“El instrumento CGI a bordo del Telescopio Espacial Roman es el dispositivo técnicamente más sofisticado para observaciones ópticas que se haya utilizado jamás en el espacio para la investigación científica”, afirma Oliver Krause, jefe del Grupo de Investigación de Astronomía Espacial Infrarroja del Instituto Max Planck de Astronomía, en Heidelberg.
El CGI incluye dos espejos deformables, cada uno con más de 1.600 actuadores. Estos componentes alteran su forma de manera casi imperceptible para compensar defectos ópticos y conservar el alineamiento del sistema. El objetivo es detectar la señal de un planeta al lado de una estrella hasta mil millones de veces más luminosa, una diferencia comparable con el contraste entre Júpiter y el Sol. Si alcanza ese rendimiento, Roman superaría hasta mil veces las capacidades actuales de observación directa.
La precisión necesaria resulta extrema. Los Mecanismos de Alineación de Precisión, desarrollados con participación del Instituto Max Planck de Astronomía, no pueden inclinarse más de 40 milisegundos de arco durante ocho horas de funcionamiento. Un grado equivale a 3,6 millones de milisegundos de arco. Según la comparación planteada por el equipo, esa estabilidad equivale al tamaño aparente de una persona de pie en Los Ángeles vista desde Heidelberg.
La misión principal de Roman tendrá una duración prevista de cinco años, con posibilidad de otros cinco adicionales. La NASA estima que el ahorro de combustible asociado con la precisión del lanzamiento y la corrección inicial de trayectoria puede extender su vida científica potencial hasta al menos 22 años. El telescopio estudiará la expansión cósmica, la materia oscura y la energía oscura, además de buscar numerosos exoplanetas.
En ese programa, el CGI tendrá una función tecnológica y científica. Un espectrógrafo integrado permitirá analizar la composición de las atmósferas de los planetas que logre observar. También podrá obtener imágenes de discos circunestelares, las estructuras de polvo y material que rodean estrellas próximas. Esos discos contienen información sobre los entornos donde nacen y evolucionan los sistemas planetarios.
El instrumento ya superó verificaciones iniciales de software, cámaras, mecanismos y controles térmicos. Ahora atraviesa meses de calibración y pruebas antes de iniciar sus operaciones científicas. La NASA prevé la difusión de las primeras imágenes científicas de Roman a comienzos de 2027.
“Sin embargo, gracias a la distribución global del Community Participation Program (Programa de Participación Comunitaria), con miembros en EE. UU., Japón y Europa, nuestros analistas de datos pueden realizar sus tareas en horario laboral”, afirma Wolfgang Brandner, responsable de observaciones orientadas a la detección de gigantes gaseosos en luz visible.
Si el CGI cumple sus objetivos, su tecnología podría servir de base para futuros observatorios, entre ellos el propuesto Observatorio de Mundos Habitables. Ese tipo de misión buscaría imágenes directas de planetas comparables con la Tierra alrededor de otras estrellas. Antes de llegar a esa etapa, el Webb y Roman pueden aportar una pieza esencial: datos para comprender qué atmósferas existen, cómo cambian y bajo qué reglas físicas mantienen sus patrones.
Fuente: Infobae