ELF (ExoLife Finder): un telescopio para ver la superficie de planetas extrasolares

Cuando hablamos de los de exoplanetas potencialmente habitables descubiertos alrededor de otras estrellas, lo cierto es que sabemos muy poco sobre ellos. Apenas su periodo orbital, la distancia a la estrella y, dependiendo del método empleado en su detección, la masa mínima o el tamaño (a veces ambos), pero poco más. Y sin embargo lo que a todos nos gustaría es poder ver la superficie de estos mundos directamente. ¿Poseen atmósfera? ¿U océanos quizás? ¿Tienen casquetes polares? ¿Existe algún tipo de vegetación cubriendo la superficie? ¿Hay oxígeno u otro gas  biomarcador en la atmósfera? Suena a ciencia ficción, ¿verdad? Pero lo que es realmente ciencia ficción es el hecho de que dispongamos de la tecnología para ver estos otros mundos y sin embargo no la pongamos en práctica.

Proyecto de telescopio ELF (PLANETS Foundation).

Por supuesto, existen varios obstáculos. El principal es el económico, ya que para lograr ver la superficie de un exoplaneta potencialmente habitable situado a varios años luz necesitamos instalaciones muy avanzadas o desarrollar nuevas tecnologías. Hasta ahora la mayor parte de las propuestas para ver exoplanetas son telescopios espaciales. Al estar situados más allá de la atmósfera terrestre los telescopios espaciales pueden alcanzar la resolución teórica máxima y trabajar en otras longitudes de onda además del espectro visible. No obstante, también existen propuestas de este tipo que hacen uso de telescopios terrestres. Una de las últimas es el telescopio ELF (Exo-Life Finder), una maravilla hecha realidad.

Óptica de ELF (PLANETS Foundation).

La clave a la hora de construir un telescopio capaz de ver directamente exoplanetas es, obviamente, su tamaño, que nos da la resolución espacial máxima que podemos alcanzar, pero también es importante la capacidad para detectar diferencias mínimas de brillo en el exoplaneta. Los grandes telescopios de nueva generación, como el ELT, serán capaces de ver exoplanetas cercanos directamente, siempre y cuando la geometría del sistema ayude (o sea, cuanto más se alejen de su estrella, más fácil será verlos). Con suerte, se podrá estudiar la composición atmosférica de estos mundos de forma limitada, pero extraer más información es complejo porque estos telescopios no estarán optimizados para el estudio de planetas extrasolares (sus objetivos serán todo tipo de objetos celestes).

Arquitecturas de ELF para proteger los espejos del viento y las inclemencias (PLANETS Foundation).

ELF ha sido propuesto por la Fundación PLANETS, una organización formada por un grupo de investigadores liderados por el astrónomo estadounidense Jeff Kuhn, y es una versión simplificada de otra propuesta anterior más ambiciosa, bautizada apropiadamente como Colossus. Ambas propuestas hacen uso de nuevas tecnologías destinadas a abaratar la construcción de grandes telescopios, poniendo el énfasis en el diseño de nuevos espejos de óptica activa extremadamente ligeros. ELF usará entre nueve y veinticinco grandes espejos de cuatro a ocho metros de diámetro cada uno para obtener una apertura efectiva de al menos veinte metros, logrando así gran resolución y sensibilidad. Los espejos, de cristal sin pulir, usarían un diseño novedoso y serían excepcionalmente finos (seis milímetros). Para alcanzar un contraste de hasta una diezmillónesima, ELF emplearía un original diseño híbrido que combina las ventajas de un coronógrafo y un interferómetro (los telescopios espaciales propuestos para detectar exoplanetas han usado estos conceptos por separado).

Así sería capaz de ver ELF la superficie de la Tierra (sin nubes) desde Alfa Centauri (PLANETS Foundation).

Ahora bien, por espectacular que sea, estas prestaciones no son suficientes para poder ver la superficie de un exoplaneta. Para conseguir este fin ELF debe incorporar un avanzado sistema de óptica activa con elementos electrónicos fabricados mediante impresión 3D integrados en los espejos secundarios —uno por cada primario— capaz de crear una imagen limitada por difracción (o sea, como si estuviera en el espacio). El campo de visión sería pequeño, así que este requisito no es tan complicado de satisfacer como en los telescopios «generalistas», aunque sí que es necesario que en todo momento haya una estrella relativamente brillante en el campo para las tareas de óptica activa. El telescopio también trabajaría en el infrarrojo cercano para aumentar el contraste (en esta región del espectro la diferencia de brillo entre el planeta y la estrella es menor), lo que requiere situarlo en un lugar lo más elevado posible (el vapor de agua de la troposfera es el principal obstáculo que impide a los telescopios ver en infrarrojo), como por ejemplo Atacama o Hawái. Por supuesto, también habría que proteger el telescopio y sus múltiples espejos del viento y otras inclemencias.

ELF sería capaz de obtener espectros rudimentarios de la superficie del planeta, lo que le permitiría detectar biomarcadores y la presencia de vegetación (PLANETS Foundation).

Si algún lector espabilado ha hecho los cálculos del límite de difracción se habrá dado cuenta de que un telescopio con esta apertura efectiva no tiene la resolución suficiente para ver detalles en la superficie de un planeta. Para eso sería necesario un telescopio monstruoso. Y, efectivamente, es cierto. Pero ELF, al igual que otros telescopios, no requiere tanta resolución. De hecho, el planeta seguiría viéndose como un único píxel. Pero basta con que obtengamos una curva de luz muy detallada del planeta durante una mucho tiempo para que podamos inferir los detalles de su superficie. Naturalmente, la reconstrucción precisa dependerá de la distancia al sistema, el contraste de las características superficiales, la opacidad de la atmósfera y, sobre todo, la presencia de nubes. Pero incluso si no podemos disponer de un mapa detallado del exoplaneta, ELF será capaz de detectar biomarcadores (sustancias tales como oxígeno, ozono, metano, agua o dióxido de carbono) o la presencia de vegetación con pigmentos fotosintéticos y no fotosintéticos.

Todos los exoplanetas con geometría favorable que se hallen a menos de 25 años luz de la Tierra podrán ser estudiados en detalle por ELF en busca de biomarcadores, aunque solamente sería posible distinguir características más pequeñas que un continente en aquellos exoplanetas de tamaño terrestre que estén situados alrededor de enanas rojas, como Proxima b. Según Kuhn, ELF podría ser construido en unos siete años por un coste del orden de cien millones de dólares. En realidad, creo que sería más realista hablar de mil millones. Y es que el problema de ELF es que se basa en el empleo de nuevas tecnologías no demostradas. Si dichas tecnologías resultan ser fácilmente escalables, ELF podría ser una realidad por relativamente poco dinero, pero de no ser así su coste se dispararía. Otro problema es que, por ahora, conocemos pocos mundos potencialmente habitables que puedan ser objetivo de estudio por ELF y, por tanto, resulta complicado justificar el retorno científico de un telescopio tan específico, sobre todo cuando los telescopios gigantes de nueva generación entren en servicio. La Fundación PLANET llegó a realizar una campaña de crowdfunding el año pasado para recabar 35 000 dólares con el objetivo de desarrollar algunas de las tecnologías necesarias para el proyecto. Esperemos que tengan suerte, porque, ¿a quién no le gustaría ver la superficie de Proxima b?

Referencias:

  • https://www.planets.life/wp-content/uploads/2018/03/ExoLife_Finder_2018_white_paper.pdf
  • https://arxiv.org/pdf/1711.00185.pdf
  • https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2018/EPSC2018-1267.pdf


47 Comentarios

  1. Impresionante. Cuando yo era pequeño solo se conocían los planetas del sistema solar, ahora se conocen unos miles, y si ese proyecto sale adelante, incluso los podremos ver.

  2. Aunque el espectro de ondas sea diferente y no se puedan detectar biomarcadores, qué hay de SKA?
    Muchas gracias por este genial artículo. No tenía ni idea de la existencia de un proyecto como ELF.
    Un saludo y feliz año nuevo a todos.

      1. No han descubierto un reino nuevo. Los Hemimastigophora están incluidos en el reino Protista, con categoría aparte sin rango concreto (según la wikipedia en español) o en un clado aparte sin rango dentro del dominio Eukarya (según la wikipedia en inglés) por no parecerse lo bastante a ninguno de los demás protozoos como para incluirlos en uno de los grupos de protozoos. Los autores del artículo han secuenciado el ADN de una especie nueva de Hemimastigophora, llamada Hemimastix kukwesjijk. Por lo que han encontrado dicen que el grupo, Hemimastigophora, debe clasificarse en un clado aparte por encima del de Reino, como ya ocurre con otros protozoos (el «supergrupo SAR»)
        https://www.nature.com/articles/s41586-018-0708-8
        Here we report phylogenomic analyses based on high-coverage, cultivation-independent transcriptomics that place Hemimastigophora outside of all established eukaryote supergroups. They instead comprise an independent supra-kingdom-level lineage that most likely forms a sister clade to the ‘Diaphoretickes’ half of eukaryote diversity (that is, the ‘stramenopiles, alveolates and Rhizaria’ supergroup (Sar), Archaeplastida and Cryptista, as well as other major groups).

    1. Creo que 25 años luz no es suficiente potencia. Hay que apuntar más lejos y de paso el retorno científico será más evidente. Con TESS hemos apuntado a una región de hasta 300-500 años luz. No debería ser menor de 300-500 años luz.
      No obstante 100 millones de $, actualmente no es una cifra significativa. Pero son 100$ millones, con un I+D que pueden incrementarlo notablemente. Quizás habría que invertir esos 100$ y si se pasa de 200$ millones, pues cancelar el proyecto. Obtener una imagen borrosa de un planeta de la estrella más cercana, tampoco es tan acuciante. Planetas como las de TRAPPIST creo que necesariamente deberían estar dentro del rango.

      1. En octubre se anunció que con los datos del ya desactivado K2 y Gaia, se confirmaron 60 nuevos exoplanetas. https://arxiv.org/abs/1810.04074
        18 planetas con radio menor a 2 tierras. (Si he leído bien, que no creo).
        Estaba buscando noticias de descubrimientos de TESS últimamente. Tras septiembre, no ha habido noticias.

  3. Lo ideal hubiese sido llamar ALF a este telescopio 😉
    Ojala se construya y nosotros lo veamos.
    En cuanto a si tiene interes cientifico construirlo, pues igual esos 1000 millones se podrian gastar en proyectos que generen mas ciencia, pero desde luego el impacto mediatico y las ayudas, subvenciones, etc e interes del publico general que generaria seria mucho mayor que esos 1000 millones.
    Añado a todo esto que con los avances en IA que existen, cuando ese telescopio estubiese terminado posiblemente la resolucion que obtuviesemos seria aun mayor de lo que se anticipa hoy

  4. Impresionante telescopio, ojalá lo veamos en la próxima década…de todas formas con Cheops, y Twinkle esperemos obtener buena información sobre los planetas que ya conocemos…ojalá se habrá una nueva ventana de investigación de los miles de planetas que cada vez más descubrimos…

    Sin duda nos ha tocada una era maravillosa para la astronomía 🙂

  5. Tengo una pregunta para quien sepa con exactitud sobre el tema (quién mejor que Daniel, si es posible). ¿Qué telescopios hay o va a haber en próximos lanzamientos que puedan estudiar con relativa sensibilidad exoplanetas en zona habitable? Sé que todavía no los tenemos capaces de ver el mapa de un exoplaneta, me refiero más a datos atmosféricos o químicos.

  6. Me parece absurdo buscar exoplanetas a 300/500 años luz. Jamás podremos llegar hasta ellos.

    Ir a Próxima a sólo 4 años luz (aprox.) es casi imposible hoy. Sin embargo 25 años luz puede ser una cifra asequible en unos mil años (si no nos hemos cargado el planeta o a la raza humana antes). La tecnología aeroespacial sigue avanzando imparable, y al final saldremos de nuestra cuna y exploraremos «el espacio, la última frontera».

    Tener una idea aproximada de hacia dónde enviar nuestras naves y colonos es fundamental para no cagarla, y estudiar los planetas más cercanos por tanto, es lo más inteligente y lo más asequible que podemos empezar a hacer.

    1. Creo que no tienes en cuenta que los intereses de los astrónomos en general no coinciden con los de los aficionados. Desde el punto de vista de los astrónomos profesionales (o de las revistas que les publicarán los artículos) es mucho más interesante conocer cosas generales como qué proporción hay de cada tipo de planeta y cómo se forma cada tipo, que encontrar los 3 o 4 planetas más cercanos para las primeras misiones interestelares.

      1. No, no soy tan tajante, Rengel_ABAE.

        Necesitamos la astronomía y la astrofísica para conocer el universo y su funcionamiento, porque vivimos en él y el desconocimiento puede acabar con nosotros, por contra el conocimiento nos mejora (en la mayoría de los casos) y nos permite vivir y prosperar en un universo hostil e indiferente a nuestra especie, salvarnos de acontecimientos naturales que de no conocer, nos extinguirían sin solución. Mejoran nuestra tecnología, nuestro pensamiento… nos hacen conscientes del lugar que ocupamos. Nos evoluciona.

        Pero los conocimientos hay que aprovecharlos para medrar y crecer. Seguir dando pasos hacia un futuro como homo spatialis.

        No se puede viajar por las estrellas sin conocer las estrellas.

        1. Hola Robert,
          Como Daniel lo sabe, Yo soy un antiguo seguidor de su blog, Lo leo a diario, espero sus noticias…. pero practicamente jamas escribo algo, ya que pertezco al grupo de los »ignorantes» y vengo a aprender aqui, con Daniel y con todos los »bloqueros» de aqui, que aportan tanto.. Y que en el fondo ya, son, una familia aqui… (yo souy el hermano escondido) Bueno, esta introduccion, para que me conozcas,( conozcan) un poco. Quiero decirte que tus palabras, me llegaron hondo, quizas no fué tu intencion, pero cuan sabias las encontré, justas, precisas e inspiradas… No sabes cuantas veces he tenido que »discutir» con gente »ignorantes como yo, pero tb. ciegos,y sordos… que piensan que todo lo referente al Espacio, és perdida de tiempo y sobretodo de dinero… Esta bien decir que las riquezas deberian ser para todos, y que la hambruna, no deberia existir, etc, etc. A veces lo he logrado, y la mayoria no, de hacerlos comprender, o entender, siquiera, la necesidad que tenemos como humanos, de progresar, que la Ciencia espacial nos puede ser de utilidad »practica» con todos los derivados que hemos obtenido gracias al desarrollo de estas; ahi algo aceptan, porque hacerlos entender lo hermoso del Universo…. 🙁 Tus palabras son justas y te las agradezco, porque si bien soy un ignorante, en algo si soy igual a todos uds, y es que soy un espacio-trastornado como todos aqui, si fueramos la tripulacion de una nave interestelar, yo seria el »cicinero, o el que limpia… Pero feliz de estar ahi… Saludo a ti, y a todos. 😉

    2. Años luz de distancia, da igual 25 que 2.500, serían viajes intergeneracionales. El objetivo es encontrar por primera vez vida ahí fuera. Nadie está pensando, todavía, en ir allí.

  7. Bueno, nos gastamos bastante mas en cualquier mision interplanetaria y esto nos puede aportar una rama de datos con la que aun no contamos.

    Me pregunto si serviria para observar con gran detalle Urano, Neptuno e incluso el planeta 9 si sigue en nuestro sistema solar y llegamos a localizarlo, porque la luz reflejada de este ultimo quizas sea demasiado tenue.

  8. Es realmente increíble lo que la ciencia puede lograr cuando es eficazmente financiada dan ganas de saber todo lo que se podría hacer con lo que se gasta en armás en el mundo talves ya sabríamos si hay vida en los exoplanetas más cercanos

  9. Excelente nota, como siempre.
    Un comentario, un tanto al margen: a muchos de los que somos del sur del planeta no nos gusta que los mapas no estén centrados sobre el Ecuador. Como puede verse en la imagen al principio de la nota, 3/4 partes representan al hemisferio norte y del sur ni se ha hecho lugar a la Antártida. Y sin embargo, salvo para una porción muy pequeña de los que ven los mapas aparece como «normal» (y si parecería exótico que, por ejemplo, se hubiera dibujado visto desde el polo)
    Es parte de una serie de distorsiones en la representación geográfica que hace que, en el planisferio que tenemos en nuestra memoria, Groenlandia aparezca casi como América del Sur, cuando en realidad es ocho veces más pequeña (2,16 mill km2 vs 17,84 mill km2).

    1. Qué extraño complejo teneis algunos sureños…
      A mí, que vivo en el norte, me daría exactamente igual que en la imagen del post solo apareciese el hemisferio sur (Antártida, Argentina y Chile, Australia, etc…) y no se viese ni un pedacito de Europa.
      No me imagino a los habitantes de Alpha Centauri preocupándose por estas pequeñeces, la verdad.

  10. Esperemos que este telescopio no se quede en el baúl de los deseos incumplidos. Viendo los retrasos del JWST, y aunque hablamos de presupuestos económicos que nada tienen que ver, parece que planes hay muchos, concreciones pocas.

  11. Soy el unico que esta actualizando el blog cada hora esperando el ansiado resumen anual de daniel o lo que nos depara el 2019???

    Jajajajaja Nos tienes muy mal acostumbrados daniel!!!!!!

    Sin mas muchas gracias por el blog y feliz año nuevo!

  12. Solo con decir: «Ver la superficie de planetas extrasolares» todo el mundo, y lo digo literalmente, debería estar hablando de eso. Si le hubieran dicho a Aristarco, a Galileo y a tantos otros que se podrían ver otros planetas, otros mundos… Y si están habitados qué más se puede pedir. Estos proyectos deberían tener prioridad absoluta en las agencias espaciales

  13. ELF. Agudos ojos de elfo cómo los de el Señor de los Anillos. Me pregunto si habrá también siguiendo con los acrónimos un SAURON (ya existe), un LEGOLAS, o una GALADRIEL.

  14. Una pregunta ¿no se supone que con las ópticas adaptativas «crean» una estrella mediante láser? Es decir, no es necesario que haya ninguna estrella dentro del campo de visión, porque la crea el propio telescopio.

  15. Hola Daniel Marin

    Tengo dos preguntas
    Cual era la capacidad de colossus con respecto a eft? Que permitia colossus ver ciudades?
    Cual es el limite fisico y cual el limite tecnologico de lo que se puede ver con telescopio en tierra o en el espacio de un exoplanta? A cuantas decadas estamos por ejemplo para ver ciudades en exoplanetas? sera posible o hay un limite fisico para ver detalles de un exoplaneta con un telescopio espacial?

  16. Una vez pregunté si sería posible construir un telescopio con el que ver los restos de las misiones que alunizaron el siglo pasado, para callar la boca de los que dicen que nunca ocurrió. Me dijeron que eso era poco menos que imposible.

    Sin embargo ahora estamos hablando de ver la superficie de exoplanetas.
    No me cuadra.
    ¿ Superficie de exoplanetas a 300 a/luz sí y superficie de la Luna a 384.400 km no ? ¿dónde está el fallo?

    1. Pues porque una cosa no tiene nada que ver con la otra, para observar objetos en la Luna desde la Tierra lo que necesitas es una resolución brutal de la imagen, para un exoplaneta y siguiendo la técnica empleada en esta propuesta de telescopio, solo te hace falta un pixel, como bien indica Daniel en la entrada, son técnicas de observación completamente diferentes y la del ELF no tiene aplicación ni razón de ser para usarla en la Luna, no serviría de nada.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 30 diciembre, 2018
Categoría(s): ✓ Astronomía • Exoplanetas