EChO, estudiando la composición de los planetas extrasolares

¿De qué están hechos los más de mil exoplanetas que hemos descubierto hasta la fecha? Difícil saberlo, porque de la mayoría de ellos sólo es posible conocer su masa o su tamaño. Con suerte podemos determinar ambos parámetros, lo que nos permite calcular su densidad e inferir de forma muy rudimentaria su composición interna. Pero en unos pocos casos hemos podido ir más allá y se ha logrado detectar algunos compuestos químicos mediante espectroscopía. Está claro que si queremos aprender más sobre los planetas extrasolares y sus orígenes,la espectroscopía es la respuesta.

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Diseños preliminares de EChO (ESA).

EChO (Exoplanet Characterisation Observatory) es una propuesta de misión de la agencia europea del espacio (ESA) que pretende revolucionar nuestro conocimiento sobre los exoplanetas. Si resulta aprobado, este telescopio espacial será lanzado en 2022 o 2024 para estudiar la atmósfera de entre 150 y 300 exoplanetas (supertierras, exoneptunos y júpiteres calientes). EChO determinará la composición, estructura y temperatura de las atmósferas alienígenas, pero también pondrá límites a los modelos teóricos que describen el interior de estos mundos.

EChO llevará a cabo esta hazaña al observar estos mundos mientras pasan delante de su estrella y la luz atraviesa su atmósfera (espectroscopía de tránsito) y comparando la luz emitida por la estrella y el planeta justo antes de que este último se oculte tras ella (espectroscopía de eclipse secundario). La espectroscopía de transmisión es ideal para estudiar las capas superiores de la atmósfera, mientras que la realizada durante el eclipse secundario es idónea para investigar las capas más bajas.

EChO deberá estudiar el conjunto de atmósferas de los planetas más grandes y calientes. No podrá estudiar exotierras ni supertierras habitables, pero sí algunas supertierras templadas. De todas formas, su objetivo principal serán los planetas de tipo júpiter caliente y exoneptuno caliente. EChO deberá ayudar a resolver varios misterios. Por ejemplo, podrá determinar si los planetas rocosos situados cerca de estrellas enanas rojas (de tipo espectral M) son capaces de retener sus atmósferas, averiguar cuál es la relación entre la composición atmosférica y el tipo de planeta, por qué algunos júpiteres calientes son más grandes de lo esperado, estudiar la relación carbono/oxígeno de forma general o si existen mundos rocosos con atmósferas primigenias de hidrógeno y helio.

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Curva de luz del tránsito de un exoplaneta. Cuando el planeta pasa delante de su estrella se realizarán espectros de transmisión. Cuando está detrás se llevará a cabo espectroscopía de eclipse secundario (ESA).
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Misterios de las atmósferas de los exoplanetas gaseosos que resolverá EChO (ESA).
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Misterios de las atmósferas de los exoplanetas gaseosos que resolverá EChO (ESA).

En el caso de los planetas rocosos, podrá detectar la presencia de sodio, potasio, oxígeno y monóxido de silicio. También será capaz de descubrir agua, dióxido de carbono o nitrógeno en las atmósferas que tengan estos compuestos como componente principal, así como estudiar los mundos océanos. En el caso de los exoneptunos, EChO nos permitirá saber si la abundancia de metano en Urano y Neptuno es algo consustancial a este tipo de planetas o se trata de una característica única de nuestro Sistema Solar. Aunque no podrá ‘ver’ los exoplanetas directamente, EChO será capaz de crear mapas rudimentarios de la temperatura en algunos gigantes gaseosos.

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Simulación de mapas exoplanetarios de planetas gigantes que podrá realizar EChO (ESA).
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Posibles atmósferas exoplanetarias en función de su tamaño y temperatura (ESA).

EChO estará operativo al mismo tiempo que el telescopio James Webb (JWST) y el telescopio europeo E-ELT. El James Webb podrá obtener espectros con una alta resolución de un puñado de objetivos (no sólo estudiará exoplanetas), mientras que el E-ELT tendrá una resolución mucho mayor, pero no podrá trabajar en el infrarrojo. EChO trabajará en el rango de 0,4 a 11 micras (quizás hasta 16 micras), cubriendo todas las regiones espectrales más interesantes. Ni que decir tiene, el trabajo conjunto de estas tres instalaciones será esencial para desentrañar los secretos de la formación planetaria.

Con el fin de poder observar en el infrarrojo, EChO usará un sistema de refrigeración pasiva basado en el del observatorio Planck, logrando que el telescopio alcance una temperatura de -230º C. Un sistema de refrigeración activa Joule-Thomson a base de neón bajará la temperatura aún más hasta los 28 K para poder ver las longitudes de onda más largas. EChO tendrá una masa de 1,6 toneladas y estará dotado de un telescopio con un espejo principal de 1,5 metros x 1 metro, con una superficie efectiva de 1,13 metros cuadrados. Será lanzado mediante un cohete Soyuz-ST desde la Guayan Francesa y observará el cielo desde el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol. Su misión primaria durará cuatro años, aunque podrá aumentarse hasta los seis años si es necesario.

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Situación en el cielo de los planetas que estudiará EChO (la lista se irá actualizando a medida que se descubran nuevos mundos) (ESA).

Se trata de un proyecto fascinante, pero hasta el año que viene no sabremos si la ESA aprobará EChO como la próxima misión M3. Ciertamente, de entre todas las candidatas es la que más posibilidades tiene. Las otras propuestas son STE-QUEST -una sonda para estudiar el misterio de los sobrevuelos planetarios-, Marco Polo-R -una misión que traerá muestras de un asteroide cercano-, el observatorio X-LOFT y, mi preferida, PLATO. Marco Polo-R lo tiene muy difícil teniendo en cuenta que ya están previstas otras misiones similares como OSIRIS-REx de la NASA o Hayabusa 2 de la JAXA. Por su parte, las posibilidades de X-LOFT son prácticamente nulas después de que la ESA haya seleccionado el telescopio de rayos X Athena para la misión de gran presupuesto L2. EChO por contra ha subido muchos enteros desde que la NASA eligiese en diciembre de 2012 la misión cazaplanetas TESS en detrimento de FINESSE (Fast Infrared Exoplanet Spectroscopy Survey).

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Configuración de lanzamiento de EChO (ESA).

FINESSE era una misión similar a EChO, pero más modesta. Consistía en un telescopio espacial de tan sólo 76 cm situado en órbita baja terrestre capaz de cubrir el rango espectral de 0,7 a 5 micras. Tras su desaparición, EChO se ha convertido en la única propuesta de misión espacial dedicada exclusivamente a estudiar exoplanetas mediante espectroscopía. PLATO podrá descubrir miles de planetas extrasolares, pero no es directamente comparable con TESS, ya que, a diferencia de ésta, podrá detectar numerosas exotierras. Aún así, si valoramos la potencial contribución científica de EChO es indudable que estamos ante una misión ganadora. En unos meses saldremos de dudas.

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FINESSE, la competencia de EChO ya cancelada (NASA).

9 Comentarios

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Enrique Joven

Daniel,
Los designios de la ESA para las Ms son insondables. Aquí hay menos favoritos que en el nobel de literatura o en MasterChof.
Yo apuesto por Marco Polo-R, más que nada porque tengo metida la cuchara en este proyecto…
Un abrazo,
Enrique

Daniel Marín

Suerte para Marco Polo R pues ;-). La verdad es que últimamente suena como favorita en plan decisión salomónica para no decantarse por ninguna de las exoplanetarias PLATO y EChO.

RaulRaul

No creo que se decidan por PLATO. Es posible que no les gustasen las comparaciones que en su tiempo se hicieron entre Corot y Kepler que como sabemos tuvo un exito rotundo. Pienso que no eligiran algo que se le parezca a TESS.

Magnifico post como siempre.

Saludos.

MatiasMatias

Una pequeña aclaración Daniel pones que el E-ELT no trabajara en el infrarojo y creo que no es del todo cierto te lo digo por que yo tengo entendido que trabajara en el optico y infrarojo cercano.

Daniel Marín

Todos los telescopios terrestres pueden trabajar en el IR cercano (depende de la instrumentación). Pero no puede competir con la cobertura del JWST o EChO.

Enrique Joven

Es cierto, Matías. El E-ELT sí trabajará en el infrarrojo (IR), y además de forma prioritaria como todos los grandes telescopios. Pero no puede abarcar todo el rango IR, que es muy grande. Así, de 5 a 8 micras no puede observarse nada desde tierra por culpa de la absorción atmósférica. Los telescopios espaciales no tienen ese problema, como indica Daniel. Además los ELTs necesitan óptica adaptativa al estar limitados por las condiciones de observación (la atmósfera culpable de nuevo), y eso tampoco hace falta en los especiales. Por tanto, un buen telescopio espacial es mucho más eficaz que uno terrestre,… salvo por el precio, claro (y la superficie y apertura de sus espejos).

Todos se complementan. Por supuesto el JWST será lo mejorcito cuando se lance, y prácticamente toda su instrumentación es infrarroja, en la mayoría de sus bandas. También el ultravioleta (de nuevo capada en los telescopios terrestres) es accesible desde el espacio.

RaúlRaúl

Daniel, el hecho de que no podrá estudiar exotierras ni supertierras habitables ¿no es una limitación demasiado grande? ¿Esta limitación se debe a que ya hay otros telescopios que se van a encargar de este tipo de planetas?
Es que, en mi opinión, el interés de la misión y sus posibilidaddes de ser aceptada cambian radicalmente si se pueden estudiar planetas habitables o no. Sé que científicamente no debe ser el único criterio, que se puede y se debe estudiar ciencia que no esté relacionada con la vida humana, pero como andamos escasos de recursos, yo los concentraría en los estudios más “humanamente” interesantes posibles.

GerardoGerardo

Por lo que he leído, JWST va a hacer espectroscopía de buena resolución de decenas de planetas, incluidos los objetos más interesantes y tierras-supertierras habitables. No estoy convencido de que lo que aportará esta misión, que se lanzará después de varios años de observaciones con JWST, justifique el coste de una M3.

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