Uno de los grandes logros de la astronomía moderna es que ya somos capaces de analizar la composición de las atmósferas de planetas extrasolares directamente. Esto es posible gracias a una técnica conocida como espectroscopía de transmisión. Básicamente, consiste en obtener espectros de una estrella justo cuando uno de sus planetas transita (o sea, pasa por delante de la misma). Restando este espectro del obtenido cuando el planeta no transita podemos conocer, al menos parcialmente, la composición de la atmósfera del planeta. Esta técnica será especialmente útil en los próximos años cuando entre en servicio la nueva generación de telescopios gigantes terrestres y el telescopio espacial James Webb. Gracias a estos instrumentos y a esta técnica será factible buscar sustancias indicadoras de habitabilidad —como agua y dióxido de carbono— y biomarcadores —como oxígeno, ozono y metano— en exoplanetas parecidos a la Tierra. El problema es que para identificar la composición de la atmósfera de una exotierra se necesitarán docenas o incluso centenares de espectros de transmisión, algo que puede requerir muchísimo tiempo de observación dependiendo de la distancia a la que se encuentre la estrella y la órbita del planeta observado.

El motivo de que sean necesarias tantas observaciones es, en parte, el ruido generado por otros fenómenos astronómicos tales como la variabilidad estelar producida por manchas estelares, fáculas o fulguraciones. Esto es especialmente grave en las estrellas enanas rojas, cuyos planetas son los más idóneos para buscar biomarcadores gracias a su brillo relativo con respecto a la estrella y a que tienen periodos muy cortos, incluso estando en la zona habitable. Tampoco está claro hasta qué punto la suma de espectros permite reducir este ruido para detectar biomarcadores o cómo puede afectar a los espectros la variabilidad intrínseca a cada planeta (relieve, nubes, etc.). Para aclarar estas dudas, una solución es usar la Tierra como blanco que permita aumentar nuestro conocimiento sobre los espectros de transmisión de los mundos habitables. Al fin y al cabo, la Tierra es el único planeta que conocemos con vida y biomarcadores. Aunque se han logrado obtener espectros de transmisión de la Tierra de manera indirecta —por ejemplo, usando el reflejo de la luz terrestre en la Luna durante un eclipse—, no tenemos ningún espectro de este tipo obtenido directamente.

Lo ideal sería disponer de un satélite que pudiese observar la Tierra mientras transita por delante del Sol. Ahora bien, ¿dónde colocarlo? Una órbita de halo alrededor del punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol, a 1,5 millones de kilómetros de distancia de nuestro planeta, podría ser una opción muy sencilla, ya que la Tierra sería visible continuamente. Sin embargo, la duración de los tránsitos sería muy breve y el tamaño angular de la Tierra demasiado grande para extrapolar los resultados a planetas extrasolares. En realidad, la distancia mínima a nuestro planeta para un satélite de este tipo son unos tres millones de kilómetros, por lo que el satélite debería estar situado en una órbita alrededor del Sol. La distancia idónea a la Tierra para una misión inicial sería más bien de unos ocho millones de kilómetros, o sea, el satélite tendría que estar en una órbita situada a 1,05 Unidades Astronómicas del Sol.

Además, sería recomendable que el satélite pudiera observar múltiples tránsitos de la Tierra a diferentes distancias para estudiar los efectos de la refracción. La atmósfera terrestre funciona como una lente y la refracción de la luz solar limita la profundidad que se puede alcanzar al analizar la atmósfera. Dependiendo a la distancia que esté situado el satélite, el espectro obtenido será parecido al de una exotierra situada alrededor de estrellas de tipo espectral K o M. Esto es importante porque implica que una misión de estas características no solo serviría para ayudar al estudio de exoplanetas alrededor de estrellas de tipo solar, sino también de aquellos alrededor de otras estrellas más pequeñas, que, precisamente, serán un grupo prioritario a estudiar por el James Webb.

Con el objetivo de realizar diferentes tránsitos, el satélite debería incorporar propulsión eléctrica con motores iónicos que le permita efectuar una trayectoria en zig-zag o helicoidal hasta la distancia de 1,05 UA. El satélite que realice estas observaciones puede ser muy pequeño. No necesita un telescopio de gran tamaño, puesto que la resolución no es importante. Lo que sí tendría que llevar es un espectrómetro capaz de cubrir un amplio rango de longitudes de onda, desde el ultravioleta al infrarrojo (de 0,25 a 2,5 micras). Otra posibilidad sería enviar un telescopio dedicado a estudiar los tránsitos de la Tierra a bordo de una sonda destinada a algún asteroide cercano o a Marte. En todo caso, una vez que este satélite obtuviese datos de la composición de la atmósfera de la Tierra, habría que ver si es capaz de detectar oxígeno, metano, dióxido de carbono o agua. O, dicho con otras palabras, deberá determinar si nuestro planeta es o no habitable. Una misión de este tipo tendría un coste relativamente bajo y nos permitiría allanar el camino de cara a la detección de biomarcadores en exotierras con el James Webb y otros telescopios de nueva generación (por ejemplo, con el LUVOIR). Esperemos que salga adelante.

Referencias:

• https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2021/pdf/1265.pdf
• https://arxiv.org/pdf/2107.13652.pdf