¿Podremos detectar plantas alienígenas con los telescopios del futuro?

La búsqueda de vida en los planetas extrasolares pasa por la detección de biomarcadores. Se denominan así a los compuestos químicos que las formas de vida similares a las terrestres necesitan para sobrevivir o que son producto de la actividad biológica. Los biomarcadores más fiables no son siempre los más fáciles de detectar, pero normalmente se considera que los prioritarios son el oxígeno molecular, el agua, el ozono y el metano. Pero hay un biomarcador aún más importante. De hecho, casi podríamos decir que es el biomarcador por excelencia. Me refiero, claro está, al ‘límite rojo’ (red edge), la huella que deja la clorofila en el espectro de un planeta con vida vegetal como la nuestra.

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¿Podría detectar un telescopio espacial de gran tamaño la presencia de plantas en una exotierra? (NASA).

La clorofila no parece ser un pigmento especialmente brillante, pero en el infrarrojo cercano su reflectividad es nada más y nada menos que cinco veces superior a la que presenta en el visible. Gracias a esta propiedad -que a las plantas les viene de perlas para evitar una temperatura excesiva-, el espectro de la Tierra presenta una fuerte emisión en el infrarrojo (cerca de las 0,7 micras). Dependiendo de la cobertura nubosa que posea nuestro planeta, el límite rojo aporta entre el 0% y el 5% al brillo de la Tierra en el infrarrojo cercano. Un exoplaneta cubierto por vegetación similar a la nuestra también presentará el fascinante límite rojo en su espectro. La cuestión es, ¿podemos detectarlo con nuestros instrumentos?

La respuesta rápida es ‘no con los instrumentos actuales’, ¿pero y en el futuro? Uno de los proyectos a -muy- largo plazo de la NASA es el desarrollo de telescopios espaciales de gran tamaño como el ATLAST, una especie de Hubble 2.0 (el telescopio James Webb se centrará en el infrarrojo, no en el visible). ATLAST observará el Universo en un rango de longitudes de onda de 0,4 a 1 micras, es decir, el visible y el infrarrojo cercano. Esta zona del espectro no es la más indicada para buscar biomarcadores -el infrarrojo medio y lejano es infinitamente más recomendable-, pero aún así podemos encontrar bandas espectrales de absorción correspondientes al agua, ozono y oxígeno.

La clave para saber si un telescopio espacial o terrestre será capaz de detectar un compuesto determinado es el valor de la resolución espectral (R) del espectrómetro. Igualmente importante es la relación señal/ruido (SNR) de los datos obtenidos. Ni que decir tiene, en el caso de una exotierra nos enfrentamos a resoluciones y relaciones señal/ruido tremendamente bajas. Los valores precisos dependerán obviamente de factores como el tamaño del espejo primario del telescopio, el tiempo de observación o la distancia del exoplaneta al Sistema Solar.

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Espectro de la Tierra de 0,4-1 micras dependiendo de la resolución espectral. La marca del agua es la más llamativa (Timotthy D. Brandt et al.).

En un reciente artículo Timothy Brandt y David Spiegel investigan si un futuro telescopio espacial tipo ATLAST podría detectar el límite rojo de la clorofila en una exotierra. Y el resultado no es muy halagüeño. De hecho, es peor de lo esperado. Pero empecemos por lo fácil. Un observatorio de estas características podría detectar la presencia de agua siempre y cuando la resolución espectral fuese mayor de 40 y la relación señal-ruido superior a 5. No son unas condiciones demasiado exigentes para un telescopio espacial siempre y cuando se dediquen suficientes horas de observación y el planeta no esté demasiado lejos, así que si hay agua en una exotierra cercana ATLAST la detectará sin muchos problemas.

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Albedos para un planeta análogo a la Tierra (azul) y uno desértico, con nubes y sin ellas (Timotthy D. Brandt et al.).

La detección de oxígeno es un asunto más complicado. La resolución espectral debe ser tres superior a la requerida para buscar agua y la relación señal-ruido mínima sería 2 o 3 veces mayor. No son unas condiciones imposibles si se dedica suficiente tiempo de observación y el exoplaneta se halla a una distancia no muy elevada, aunque ciertamente no será una labor trivial. Pero el límite rojo de la clorofila es otro asunto completamente distinto. Y es que para su detección se requiere una relación señal/ruido seis veces más elevada que en el caso del oxígeno, lo que implica que dicha relación alcanzaría un valor de 100 para una resolución espectral igual a 20, algo muy difícil de conseguir. Eso sí, estos resultados se han calculado teniendo en cuenta unos valores para la cobertura de vegetación y la cantidad de nubes similares a los terrestres. En caso de que existan pocas nubes o que la vegetación cubra una superficie superior al 30% del planeta los requisitos observacionales serían idénticos a los de la detección del oxígeno. Es decir, ¡los ‘planetas-selva’ sí podrían ser detectados por el ATLAST o por telescopios terrestres de gran tamaño!

Naturalmente, nada garantiza que las plantas alienígenas usen clorofila para realizar la fotosíntesis. De hecho, nuestro planeta presenta la marca característica de este pigmento desde hace relativamente poco (en términos geológicos, se entiende). Es posible que hace tres mil millones de años el biomarcador más destacable que presentaba la Tierra estuviese relacionado con el color púrpura de las bacterias que vivían en los mares de entonces. Esta ‘Tierra púrpura’ también emitía fuertemente en el infrarrojo de forma similar a nuestra ‘Tierra verde’, pero lo hacía con un pico situado en una longitud de onda ligeramente más larga (alrededor de 1 micra). De forma similar al caso de la clorofila, el espectro de una ‘exotierra púrpura’ podría ser caracterizado dependiendo principalmente del grado de cobertura nubosa del planeta y, lógicamente, de la concentración de bacterias en los océanos. Si la ‘exotierra púrpura’ tiene muchas bacterias y pocas nubes, los telescopios de nueva generación serían capaces de detectar la presencia de vida suponiendo que se encuentre en nuestro vecindario galáctico.

Los futuros telescopios terrestres de grandes dimensiones como el E-ELT podrán detectar oxígeno en exotierras siempre y cuando las condiciones sean favorables, pero no será nada fácil. Como hemos visto, esta tarea también será todo un desafío para un gran telescopio espacial tipo ATLAST, aunque no tanto. Pero está claro que si queremos detectar claramente el límite rojo creado por formas de vida parecidas a las plantas con clorofila actuales o a las bacterias púrpuras del Eón Arcaico necesitamos telescopios todavía más grandes. A ser posible, lo ideal sería que trabajen en el infrarrojo, donde se encuentra un mayor número de líneas espectrales de biomarcadores. El problema es que un telescopio infrarrojo posee una menor resolución para un determinado tamaño de espejo, además de los obvios problemas asociados a mantener una temperatura adecuada para los instrumentos.

Lo asombroso no es que detectar hipotéticas formas de vida alienígenas a decenas de años luz de distancia sea difícil. Lo asombroso es que sea posible.

Referencias:



44 Comentarios

  1. Que una especie surgida de simios sea capaz de hacer semejantes prodigios, estudiando un espectro de emisión/absorción, ya es algo que nos dignifica hasta niveles casi de considerarnos «civilización extraterrestre» de pleno de derecho.

    Pero no te voy a negar que un poco decepcionado sí que me he quedado. Pensaba que era una cuestión más de voluntad que tecnológica. Pero tampoco me preocupa, la ciencia avanza tan rápido que en pocos años seguro que será posible. Luego volveremos al tema de la pasta y los proyectos prioritarios. Incluso, con la tecnología actual, si ponemos un cluster de telescopios en ciertos puntos «Lagrange», seguro que hasta podríamos hasta ver la contaminación lumínica nocturna de la casa de E.T.

    Sigamos conviertiendo estos sueños en realidad, sólo hay que querer dar el paso.

  2. A ver si avanzan en hacerlos cada vez más grandes y cada vez más baratos para que haya unos cuantos y encuentren oxígeno y agua y bueno, ya si encuentran plantas mejor pero lo primero es lo primero.

  3. «Lo asombroso no es que detectar hipotéticas formas de vida alienígenas a decenas de años luz de distancia sea difícil. Lo asombroso es que sea posible.»

    Ya, esto me lo cuentas el día que se detecte una y comparas 😛

  4. No me cabe la menor duda que el telescopio europeo E-ELT de 39,3 metros nos dara grandes alegrias, pero lo más interesante es que después de el 20-30 años llegaran otros aún más grandes y con más posibilidades el Colossus con 74 metros y el «tal vez» Ruso anunciado recientemente con 60 metros entre otros en el rango de los 50 metros que surgiran. Como ya se ha dicho no es si se podra sino cuando se detectara esos biomarcadores en una exotierra. Vivimos en una nueva etapa dorada de la Astronomia si Galileo levantara la cabeza con su rudimentario telescopio ¿Que diria?.

  5. Tenemos que tener muy claro que no podemos viajar a las estrellas y punto.
    Po lo menos hasta que no aprendamos a convertirnos en materia virtual y podamos viajar mucho mas rápido que la velocidad de la luz, como se supone que lo hace los taquiones, (del griego veloz).

    Hata que llegue ese día, lo mejor que podemos hacer es mandar sondas a los planetas mas cercanos y si queremos ir mas allá, tendremos que construir telescopios mas grandes y o mejores.

    La información que buscamos ya esta aquí y esta en forma de radiación, solo tenemos que fabricar la maquina que sea capaz de detectarla, después vendrán las sorpresas. J

    Ver un mundo abitado y poder seguir su evolución seria algo increíble.

    Salud y suerte terrícolas. 🙂

    1. Taquiones?, materia virtual? no creo que haga falta recurrir a la ciencia ficción para viajar a otras estrellas, en 50 años o menos bien podríamos tener ya motores de fusión, o incluso de antimateria con los que poder alcanzar los sistemas estelares del vecindario.

      1. Pero siempre a menos velocidad que la luz, ese es el punto de Eduardo. Es una seria limitante, ciertamente, pero no es sinónimo de imposibilidad, en absoluto.

        La dilatación temporal a velocidades cuasi lumínicas permite, en principio, viajes interestelares en un «tiempo de a bordo» razonable. En Cosmos (Viajes a través del espacio y del tiempo) Carl Sagan dijo:

        «Supongamos que una nave espacial acelera a 1 g acercándose cada vez más a la velocidad de la luz hasta el punto medio del viaje; y que luego se le da la vuelta y desacelera a 1 g hasta llegar a su destino. Durante la mayor parte del viaje la velocidad sería muy próxima a la de la luz y el tiempo se haría enormemente lento.

        Así se podría llegar a la estrella Barnard (situada a unos 6 años luz del Sol) en unos 8 años medidos por el reloj de a bordo. Al centro de la Vía Láctea, en 21 años. A la galaxia de Andrómeda, en 28 años.

        No hay duda que quienes se quedaran en la Tierra verían las cosas de modo distinto. En lugar de 21 años para llegar al centro de la galaxia medirían un tiempo transcurrido de 30.000 años. Cuando volvamos a casa no quedarán muchos amigos para darnos la bienvenida.»

        O sea que los viajes son posibles. Lo «imposible», dado el desfasaje temporal relativista, es un Imperio Galáctico estilo Asimov.

        1. Sería la opción ideal para una microcivilización nómada, sin intención de regresar al planeta de origen, y con capacidad para adaptarse a entornos diversos, buscando siempre energía y materias primas… Pero yo no iría al centro de la Galaxia: me dá en la nariz que allí hay un enorme agujero negro y mucha radiación alrededor…

          1. Sistemas tipo DE-STAR (que por las posibles aplicaciones sería una maravilla -excepto por la militar-)

            http://www.deepspace.ucsb.edu/projects/directed-energy-planetary-defense

            http://www.aiai.ed.ac.uk/project/ix/documents/2013/2013-I4IS-Principium-4.pdf

            ¿podrían empujar grandes naves espaciales con vela solar o con un sistema como este

            http://nextbigfuture.com/2011/02/nasa-researcher-kevin-parkin-discusses.html

            Pero para conseguir empuje con material en tanques extra

            Y luego de desechar los tanques (a poder usar como partes de estaciones espaciales si fuera…) y alcanzar grandes velocidades al estar muylejos quedara la nave algo como esto

            http://www.centauri-dreams.org/wp-content/uploads/2012/02/icarus-mann.jpg

            Que es la nueva versión de la Daedalus después de pasar por DARPA y rediseñar cosas para poderla hacer tecnologicamente accesible y con estas ir a un planeta habitable cercano y con el tiempo de este a otros y así?

          2. Muy buenos links. El concepto DE-STAR ya lo conocía, pero no con ese nombre ni con ese «corpus». La propulsión por microondas, fascinante. Y me alegró ver a Jon Lomberg (uno de los ilustradores de Cosmos 1.0) seguir haciendo de las suyas 🙂

            Gracias y saludos.

    1. A mi me encanta, se ve muy retro y a la vieja escuela de ingenieros de la NASA cuando aun existían ingenieros y diseñadores inspirados, y no los diseñadores que diseñan, cobran y se van a casa a ver el football.

  6. La NASA condecora al capitán Kirk
    Otorga a William Shatner, protagonista de ‘Star trek’, la Medalla al Servicio Público Distinguido por su apoyo a la ciencia y la exploración espacial

    http://www.elcorreo.com/vizcaya/20140428/mas-actualidad/sociedad/nasa-condecora-capitan-kirk-201404282037.html

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    Je, que premio más raro.

    Mi gustillo por el espacio viene más de los animes japoneses que de la serie star trek que apenas vi algún capítulo y alguna película. Pero bueno, supongo que sirvió para que avanzara un poco la ciencia enganchando a muchos jóvenes a la ciencia.

    1. Ten en cuenta que en USA Star Trek es mucho mas que una serie de ciencia-ficción. ES LA SERIE de ciencia-ficción por antonomasia. Aunque hay muchos seguidores de Star Wars, los trekkis son multitud y numerosisimos astronautas e ingenieros actuales lo son gracias al influjo de ST. Ademas de hacernos soñar con el «espacio, la ultima frontera», esta serie anticipó (con bastantes aciertos) mucho de los avances que hoy vivimos (el movil o celular, el ipad, los sistemas tactiles, etc etc).
      Asie que «larga vida y prosperidad» a Satr Trek y a todos sus actores y seguidores

        1. A ver, que no seré un trekkie militante, pero estoy bastante ducho en «cultura Star Trek».

          El homenaje me parece simpático y merecido. Shatner aprovechó su fama y la encauzó de manera muy positiva, en verdad ejemplar. Pero esa fama le cayó por casualidad. El reparto de actores podría haber sido cualquier otro. En cambio Roddenberry era irreemplazable, fue el cerebro y alma de Star Trek. Ese es mi punto, y no es más que un poco de sal.

          Lo que me «desconcierta» es justamente el título y la primera oración del artículo: «La NASA condecora al capitán Kirk. El capitán James Tiberius Kirk recibió…»

          Significa literalmente que la NASA le está otorgando una medalla a un personaje ficticio… y que Shatner recibe el honor en nombre de Kirk pues éste último no puede acudir en persona. Es una situación bastante «curiosa» 🙂

          Me recuerda cuando MTV, haciendo gala de su clásica irreverencia, premió NO al actor sino al personaje Jason (el asesino de las no sé cuántas Viernes 13) porque su mera existencia y relativo éxito es una patada en la entrepierna a los críticos.

          Ahora bien, que MTV cruce la línea entre la ficción y la realidad es cosa de todos los días. Pero que lo haga la NASA…

          He ahí mi «desconcierto». Saludos.

  7. No estoy acostumbrado leer de ese tipo de premios nada más y esperaba que fuese a otro tipo de personas.

    Personalmente la serie y las películas me parecían muy lilas.

  8. Se está dando por supuesto que una planta en otro planeta utilizará un pigmento como la clorofila que capte la misma longitud de onda. En el momento que capte otra, el color que veremos será otro y este método no servirá. Sin ir más lejos, en nuestro planeta hay algas rojas.

      1. jajajaja.

        Yo en algunos foros pongo un mensaje y la gente contesta por el título sin leerlo.

        Comprende Daniel que mucha gente piensa que su tiempo es oro o platino.

        1. Has dado en el clavo. Pero lo más extraño es que se trata de una valoración unidireccional. Prefieren invertir su precioso tiempo escribiendo comentarios en vez de leer.

          Leer es mucho más rápido y valioso. Uno aprende. Así podría NO ser necesario invertir tiempo escribiendo comentarios, o en todo caso los comentarios tendrían más fundamento y serían más productivos.

          Paradojas de la Era de la Información 🙂

    1. En realidad lo que nos interesa de las algas rojas es su clorofila, no los otros pigmentos que les dan el color característico. Existen varios tipos de clorofila, a, b, c, d y f. Las más abundantes son la a y b. La clorofila a está en todas las algas, incluídas por tanto las algas rojas, y en cianobactaerias y en todas las plantas. La b está en las algas verdes, las plantas y algunas cianobacterias. La a tiene la máxima absorvancia de luz a 430 y 662 nm, la b la tiene a 453 y 642 nm.
      Supongo que es la clorofila a la que se ha estudiado en el artículo, o quizás las clorofilas a y b reflejen el mismo espectro de infrarrojo.
      Las bacterias fotosíntéticas nunca producen oxígeno, parece claro que la luz que absorven sus clorofilas, entre 670 nm y 1040 nm, no tiene energía suficiente para romper la molécula de agua. Como vemos, algunas bacterias pueden aprovechar la luz del infrarrojo cercano. Parece que incluso pueden aprovechar radiación infrarroja no luminosa:
      http://bacteriasactuaciencia.blogspot.com.es/2013/06/bacterias-fotosinteticas-para-la.html
      El caso es que no sabemos si es posible la fotosíntesis en otras longitudes de onda distintas a las que se utilizan en la Tierra, sea por algas, plantas y cianobacterias, o sea por bacterias fotosintéticas.
      En planetas que orbiten enanas rojas la luz no tendría casi la parte verde ni azul del espectro, y tendría más luz infrarroja.
      En estrella más calientes que el Sol en cambio el espectro sería hacia el ultravioleta, esa luz tal vez sea demasiado energética, o tal vez las plantas se hayan adaptado para aprovecharla.

  9. Si ya la Nasa esta palmando pasta a cantidades industriales con ese agujero negro llamado James Webb,como para lanzar un bicho de estos,ni en 30 años…

  10. Pregunta abierta: ¿De que tamaño tendría que ser el espejo primario de un telescopio de rango visible del espectro, con coronógrafo o un starshade externo, que sea capaz de visualizar civilizaciones en exotierras a menos de 100 años luz, algo así como la décima generación del HDST o el ATLAST, con la resolución suficiente como para ver a 50 años luz estructuras rectas como represas, ciudades, puertos etc… quizás algunas islas artificiales palm jumeirah extraterrestre… se me ocurre que con una resolución de 1 pixel/km2 es mas que suficiente para una hipotética estructura descomunalmente colosal como de seguro tendría que ser algo así. quien podría calcular esto? a ver, de cuantos km debería ser su Ø recibo sugerencias… POR FAVOR, A ECHAR NÚMEROS AMIGOS…

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 28 abril, 2014
Categoría(s): ✓ Astronomía • Exoplanetas • Sondasespaciales