Una de las mayores frustraciones de la ciencia moderna es que disponemos de la tecnología para buscar vida en planetas extrasolares, pero, desgraciadamente, todavía tendremos que esperar un tiempo para tener listas las herramientas adecuadas. Y una de esas herramientas podría ser HabEx, un telescopio espacial destinado a buscar signos de vida —biomarcadores— en otros planetas similares a la Tierra. La NASA planea lanzar en los años veinte el telescopio James Webb y, si no es cancelado antes, el WFIRST. Pero, ¿y más allá? La comunidad científica ha propuesto LUVOIR, un telescopio espacial gigante que sería el verdadero sucesor del Hubble (el James Webb no es su sucesor porque trabajará en el infrarrojo y el WFIRST estará dedicado principalmente a estudios de gran campo —surveys— y exoplanetas). Pero LUVOIR es demasiado ambicioso y caro, por lo que, ante la competencia de los futuros grandes observatorios terrestres, no sería de extrañar que no saliese adelante o se convirtiese en un proyecto mucho más modesto.

Uno de los objetivos de LUVOIR es, por supuesto, el estudio de exoplanetas, pero, al tratarse de un observatorio genérico, también deberá estudiar todo tipo de objetos y fenómenos astronómicos. Por contra, HabEx dedicará la mitad de su tiempo de observación a los exoplanetas. HabEx (Habitable Exoplanet Observatory) es una propuesta de telescopio espacial con un espejo primario de 4 metros de diámetro, superior al Hubble o al WFIRST (2,4 metros), pero inferior al James Webb (6,5 metros) o, por supuesto, el enorme LUVOIR (8 o 15 metros). HabEx ha sido concebido para que, en el plazo de cinco años, tenga un 98,6% de probabilidades de detectar y estudiar en detalle un planeta del tamaño de la Tierra situado en la zona habitable de una estrella de tipo solar. O sea, lo que viene siendo estudiar una auténtica exotierra.

Y cuando decimos estudiar no hablamos de determinar su órbita, masa o tamaño, que son los parámetros que nos pueden dar los métodos del tránsito o de la velocidad radial, actualmente los más empleados para descubrir nuevos exoplanetas. Hablamos de obtener un espectro de alta resolución con el fin de averiguar si hay vida en un planeta. HabEx descubrirá cerca de doscientos exoplanetas durante los cinco años que durará su misión primaria. Entre ellos, será capaz de obtener espectros detallados de unas ocho exotierras. Para que nos hagamos una idea de su potencia, HabEx nos mostraría un posible sistema solar cercano tal que así:

Los cinco mundos de ese hipotético sistema estelar se aprecian claramente como cinco puntitos alrededor de su estrella. Esto permitiría obtener espectros de las atmósferas de los cinco mundos. Y, en el caso de que alguno fuese similar a la Tierra, seríamos capaces de identificar la marca espectral del agua, del oxígeno y del ozono, tres biomarcadores que, en conjunto, señalarían un mundo potencialmente habitado. Si, además, se trata de un mundo océano, podríamos detectar el reflejo de la luz estelar en las aguas del mismo. Simplemente impresionante. Eso sí, HabEx solo obtendría espectros detallados de exotierras situadas a menos de unos 50 años luz de distancia.

Cierto es que, para obtener estos espectros, HabEx hará «trampa». O, mejor dicho, no podrá obtener espectros tan detallados de mundos tan pequeños en solitario. Para eso necesitará otra estructura que, básicamente, sería una nave espacial independiente. Esta estructura recibe el nombre de Starshade (‘sombrilla estelar’) y su objetivo sería bloquear la luz estelar para facilitar la visión directa de planetas. Starshade sería una especie de flor espacial con un diámetro de 52 metros y que estaría situada a unos 76 600 kilómetros de distancia de HabEx en todo momento. Esta forma es necesaria para minimizar los efectos perniciosos de la difracción de la luz en el estudio de los posibles planetas. Ambos objetos se lanzarán al punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol.

Pero hay quien pueda pensar que estas capacidades no son suficiente para buscar vida más allá del sistema solar. Al fin y al cabo, la Tierra ha estado habitada cuatro mil millones de años o más, pero solo en la última parte de su historia —el eón Fanerozoico— su atmósfera ha tenido una composición más o menos similar a la actual. ¿Y si hay por ahí fuera otras exotierras parecidas a la Tierra en la antigüedad? No hay problema. Uno de los requisitos de HabEx es detectar oxígeno en una atmósfera si su concentración es similar a la que hemos tenido en nuestro planeta en los últimos 2500 millones de años. No obstante, también podrá identificar biomarcadores de exotierras que sean iguales a la Tierra durante el eón Arcaico o el Proterozoico. En el Arcaico —desde hace 4000 millones de años hasta hace 2500 millones— la Tierra era un ‘punto naranja pálido’, con una atmósfera sin oxígeno dominada por neblinas orgánicas —parecidas a las de Titán— y con una fuerte presencia de metano y dióxido de carbono. En el Proterozoico —desde hace 2500 millones de años hasta hace 500 millones— hubo periodos en los que la concentración de oxígeno era menor que la actual, entre un 0,1% y un 1% —comparado con el casi 20% de hoy en día— y también había más metano en la atmósfera que ahora. HabEx podrá estudiar todos estas ‘paleotierras’ y detectar sus biomarcadores.

Para obtener estos espectros, además de Starshade, HabEx usará tres instrumentos: un coronógrafo, la cámara HWC (Workhorse Camera), que trabajará en el visible y en el infrarrojo, y el espectrógrafo ultravioleta UVS. De esta forma cubrirá un rango de longitudes de onda que irá desde las 0,2 a las 1,8 micras, o sea, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Este rango es fundamental para identificar las principales líneas espectrales del ozono y el oxígeno (ultravioleta) y las del agua (infrarrojo). En este sentido, conviene recordar que este rango está fuera del alcance de cualquier telescopio terrestre, independientemente de su tamaño, por culpa de nuestra atmósfera.

El coronógrafo servirá para bloquear la luz de la estrella, pero, a diferencia del Starshade, está dentro del telescopio. En realidad, lejos de ser redundantes, ambas técnicas se complementan. El coronógrafo es ideal para buscar planetas en sistemas estelares que no han sido estudiados en detalle, mientras que el Starshade nos permite la adquisición de espectros de alta resolución. En este sentido, HabEx es heredero directo de los estudios Exo-C y Exo-S de hace seis años. En estos estudios se analizaron las ventajas de un telescopio espacial con un coronógrafo o con un Starshade, respectivamente, a la hora de estudiar exoplanetas y se determinó que los dos eran complementarios y necesarios, aunque, si había que elegir, el Starshade era prioritario por su capacidad para permitir obtener espectros de alta resolución.

Por otro lado, HabEx alcanzará la precisión y estabilidad necesarias en el apuntado mediante el empleo de micropropulsores en vez de los tradicionales volantes de inercia. Los micropropulsores han demostrado ser ideales para observatorios espaciales gracias a la experiencia de misiones europeas como Gaia o LISA Pathfinder. Son menos ruidosos y menos propensos a fallos que los volantes de inercia (que se lo digan al telescopio espacial Kepler). También será capaz de enviar datos a la Tierra al mismo tiempo que realiza observaciones mediante el empleo de antenas de nueva generación, por lo que el porcentaje de tiempo de observación será mayor que en los telescopios espaciales actuales.

Por supuesto, además de exotierras, HabEx también estudiará todo tipo de exoplanetas, incluyendo aquellos que —que sepamos— no existen en nuestro sistema solar, como los jupíteres calientes, los minineptunos o las supertierras. Además, al tratarse de un telescopio espacial podrá estudiar todo tipo de objetos astrofísicos, desde galaxias hasta lentes gravitatorias, pasando por regiones de formación estelar. Este requisito es fundamental si HabEx quiere ganarse las simpatías del resto de la comunidad científica. Por eso se espera que durante su misión primaria dedique la mitad del tiempo a la observación de otros objetivos que no sean exoplanetas. En caso necesario, HabEx podría aumentar su vida útil mediante misiones atuomáticas de abastecimiento.

HabEx es un gran telescopio de 19 toneladas. Esta masa es un obstáculo a la hora de enviarlo al punto L2 (recordemos que el Hubble está en órbita baja), así que sería necesario un cohete gigante para lanzarlo hasta allí. La NASA planea usar el SLS Block IB, con capacidad para poner cien toneladas en órbita baja, para lanzar HabEx, pero espera que para 2030 haya otros lanzadores con una capacidad similar (¿Starship?¿New Armstrong?). Por si acaso, el equipo de HabEx ha concebido la versión HabEx 3.2S, una variante de HabEx con un espejo primario de 3,2 metros en vez de 4 y carente de coronógrafo. Este «mini HabEx» sería capaz de alcanzar casi todos los objetivos científicos de su hermano mayor —aunque en algunos casos requeriría más tiempo— y se podría lanzar a bordo de un cohete convencional como el futuro Vulcan o un Falcon Heavy. Por su parte, Starshade, con una masa de 12,2 toneladas, podría alcanzar L2 mediante un vector similar al Falcon Heavy.

HabEx será una misión cara, de entre siete mil y nueve mil millones de dólares —incluyendo el Starshade—, aunque nadie duda de que es una de las propuestas más fascinantes que hay en la actualidad (el James Webb ha costado diez mil millones). Eso sí, entre los muchos desafíos de esta misión está demostrar que se puede mantener la alineación correcta entre el telescopio y el Starshade de tal forma para llevar a cabo observaciones de calidad. En todo caso, no olvidemos que se trata de una misión prevista para los años 30, así que habrá tiempo para depurar las tecnologías asociadas. Si HabEx es aprobado, no despegaría hasta 2036. Mucho tiempo para averiguar, al fin, si alguno de los mundos más cercanos están, efectivamente, habitados.

Referencias:

• https://www.jpl.nasa.gov/habex/pdf/HabEx-Final-Report-Public-Release.pdf