Exo-S en busca de la Tierra 2.0

Seguimos con los aportes a la zona, disfrútenlo y amplíen su mente hacia el cosmos , es largo el post pero como siempre interesante! bendiciones!

Exo-S, una flor espacial para descubrir la Tierra 2.0​

Estudiar en profundidad los planetas extrasolares en busca de una Tierra 2.0 es una de las prioridades científicas de cara a la próxima década. Pero, ¿cómo hacerlo? Una posibilidad pasa por usar una enorme ‘parasol’ espacial capaz de bloquear la luz de las estrellas y permitir ver directamente los planetas que giran a su alrededor. ¿Ciencia ficción? No, es el proyecto starshade.

​

La inmensa mayoría de exoplanetas descubiertos hasta el momento lo han sido por métodos indirectos (tránsito, velocidad radial o microlente, que no permiten ‘ver’ estos mundos como un punto de luz. Pero para saber si un planeta es una exotierra deberemos ser capaces de realizar análisis espectroscópicos de su atmósfera para buscar la presencia de biomarcadores que nos indiquen que es apto para la vida tal y cómo la conocemos. No obstante, analizar las características de un mundo rocoso situado a decenas de años luz no es baladí. Para ello se necesitan telescopios terrestres o espaciales de un tamaño gigantesco… a no ser que usemos algún truco, como por ejemplo la interferometría o los coronógrafos.


Estos últimos son muy populares en astronomía y consisten en un simple obstáculo situado en el interior de un telescopio que permite bloquear la luz de las estrellas (en principio se usaron -y aún se usan- para tapar el disco solar y estudiar la corona, de ahí su nombre). Por contra, montar una red de telescopios espaciales conectados para crear un sistema interferométrico es algo mucho más complejo.

​

Un punto azul pálido: la Tierra vista por la Voyager 1. Así vería Exo-S un planeta como la Tierra (NASA).

La batalla por el presupuesto​

Durante la pasada década la NASA comenzó a estudiar la posibilidad de construir una misión espacial para estudiar exoplanetas denominada TPF (Terrestrial Planet Finder). Pronto el proyecto se dividió en dos grupos, uno a favor de construir un telescopio espacial con un coronógrafo denominado TPF-C y el otro que se mostraba partidario de crear un interferómetro o TPF-I. TPF-C, más sencillo, debía ser el precursor de TPF-I, pero cuando la NASA anunció que no había dinero para las dos misiones ambos grupos comenzaron una batalla campal para asegurarse que la suya sería la misión elegida.

Como en la guerra todo vale, los partidarios del TPF-I se dedicaron a criticar el TPF-C calificándolo de ‘inútil’, mientras que los chicos del TPF-C opinaban que el TPF-I era un artilugio de fantasía que no se podría construir con un presupuesto mínimamente realista. Ante tal barullo, la cúpula de la NASA tomó una decisión salomónica: cancelar ambos TPF y hacer borrón y cuenta nueva (en realidad, el proyecto nunca se canceló oficialmente, pero se dejó de financiar, que viene a ser lo mismo). Desde entonces la astronomía exoplanetaria quedó huérfana de una misión espacial ambiciosa. En los próximos años se lanzarán las misiones TESS (NASA) y Plato (ESA), que descubrirán exoplanetas alrededor de estrellas cercanas. Son misiones fascinantes, pero no se pueden comparar al TPF.

El espectro de esta ambiciosa misión ha continuado rondando las conciencias de la NASA y en los últimos años han surgido varias propuestas para llevar a cabo una New Worlds Mission. Recientemente el Programa de Exploración de Exoplanetas (ExEP) de la agencia ha decidido desarrollar dos propuestas de misiones espaciales para observar exoplanetas de forma directa. Su nombre: Exo-C y Exo-S. Eso sí, la NASA no quiere cometer el mismo error del TPF y las dos misiones son propuestas de ‘bajo’ coste y carácter experimental que no deben superar los mil millones de dólares cada una. Exo-C es -sí lo han adivinado- un telescopio espacial con un coronógrafo. Vamos, algo así como un TPF-C de saldo. Pero, ¿y qué es Exo-S?

​

Exo-S sería un telescopio espacial con un espejo primario de 1,1 metros y que emplearía un starshade para tapar la luz de las estrellas. ¿Y qué es un starshade? Pues un parasol estelar de gran tamaño, una especie de coronógrafo a lo bestia, pero situado fuera del telescopio. El concepto starshade ya tiene varios años a sus espaldas y se ha propuesto en repetidas ocasiones para ser usado con el futuro telescopio James Webb o el AFTA (o incluso con otros proyectos). El starshade es un coronógrafo externo que permite simplificar el diseño del telescopio que lo use. Es decir, no es necesario un telescopio de alta calidad (o, en términos más técnicos, no es necesaria una corrección del frente de onda). A cambio es preciso controlar dos naves espaciales en vez de una y garantizar un correcto alineamiento entre ambas. En su forma actual, concebida por el astrofísico Webster Cash, el starshade es un parasol de 34 metros de diámetro con 28 ‘pétalos’ de siete metros cubierto por varias capas de kaptón de color negro que giraría tres veces por minuto para garantizar la estabilidad y mantener su forma gracias a la fuerza centrífuga. La curiosa forma de flor con pétalos se debe a la necesidad de evitar los patrones de difracción que generaría un disco circular (en concreto, la mancha de Poisson).

Video del despliegue de un modelo a escala del starshade​

Uno de los problemas de usar el starshade con el James Webb o el AFTA es que el telescopio y el parasol deben moverse para permitir ocultar las estrellas de interés, que están distribuidas por todo el cielo. Esto limitaría la vida útil del telescopio en cuestión, pero en la misión Exo-S el pequeño telescopio sería el que se movería mientras el starshade permanece inmóvil a 37000 kilómetros de distancia mientras ambos están situados en una órbita solar como el telescopio Kepler. Durante la misión primaria de tres años Exo-S observaría 20 estrellas de tipo solar para buscar exotierras y otras 17 estrellas alrededor de las cuales ya se conocen planetas gigantes con el fin de estudiarlos de forma directa mediante espectroscopía. En principio, Exo-S sería capaz de detectar exotierras situadas a un máximo de 32 años luz del Sol. Por supuesto, de aquí a que sea lanzado es más que probable que se hayan descubierto varios candidatos a exotierras que podrían ser incluidos en esta lista. Con el fin de reducir los costes, Exo-S tendría solamente dos instrumentos, una cámara y un espectrómetro de baja resolución.

El telescopio y el starshade de Exo-S tendrían una masa total de 2140 kg serían lanzados conjuntamente medianet un cohete Atlas V. El telescopio sería un modelo comercial de observación de la Tierra, mientras que el bus sería similar al del satélite PROBA-3 y usaría propulsión iónica para proporcionar 5 km/s de Delta-V para la misión. Es decir, un diseño modular con tecnologías ya demostradas.

​

Con el magro presupuesto de la NASA para misiones astrofísicas, Exo-S y Exo-C lo tienen muy crudo. Por ahora ambas misiones han sido concebidas como ‘plan B’ en caso de que el proyecto WFIRST-AFTA no salga adelante. Hace unos meses esta posibilidad era muy remota, pero visto lo visto Exo-S ha ganado muchos puntos de viabilidad de golpe.

Exo-S sería capaz de visualizar un exoplaneta como la Tierra de forma directa. Nada de complejas curvas de velocidad radial o de luz. Una imagen real de otro punto azul pálido. ¿Puede haber algo más emocionante?.