Entusiasmo entre los astrónomos ante los primeros resultados del ‘James Webb’

El telescopio espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés), que fue lanzado al espacio el día de Navidad de 2021, ya está empezando a transformar el conocimiento que tenemos de los planetas de nuestro sistema solar y de otros más lejanos. El JWST, un observatorio por satélite muy versátil, goza de una visión clara desde su posición orbital en el espacio, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Ello le da una mayor ventaja con respecto a los telescopios terrestres, que ofrecen imágenes del espacio distorsionadas por la densa atmósfera de la Tierra.

El JWST capta cinco veces más luz que el telescopio espacial Hubble (HST), lo que le permite detectar señales débiles de planetas lejanos gracias a sus capacidades espectroscópicas. “Antes del telescopio espacial James Webb, solo se podía observar un número muy reducido de moléculas, como el agua, el monóxido de carbono y el sodio”, explica Jérémy Leconte, astrofísico de la Universidad de Burdeos (Francia).

Las anteriores misiones y observaciones desde la Tierra han permitido descubrir miles de exoplanetas (los que están fuera de nuestro sistema solar), y los expertos en astronomía ya están aprovechando las capacidades únicas del James Webb para estudiar los componentes básicos de la vida en el Universo.

Atmósferas extraterrestres

A principios de este año, gracias al telescopio James Webb, un equipo de expertos en astrofísica pudo observar un exoplaneta que orbita alrededor de una estrella similar al Sol, a 700 años luz de distancia. La luz estelar que atraviesa la calurosa atmósfera del planeta WASP-39b, similar a Júpiter, permitió ofrecerles una visión de la química de los cielos extraterrestres.

Los telescopios de la Tierra presentan dificultades para observar el dióxido de carbono en los exoplanetas, ya que primero deben atravesar el CO₂ de su propia atmósfera. El observatorio JWST permite detectar una mayor variedad de moléculas en el cielo de WASP-39b, incluido el dióxido de carbono. La presencia de este compuesto en la atmósfera puede indicar la existencia de vida orgánica en el planeta.

“Esto marcaría un antes y un después”, indica Leconte. “Tenemos que empezar a estudiar los planetas que orbitan alrededor de estrellas cercanas a nosotros. Es una oportunidad única para poder caracterizar sus atmósferas”. Leconte está particularmente interesado en el estudio de siete planetas rocosos que orbitan la estrella enana TRAPPIST-1, a 40 años luz de distancia, especialmente en lo que refiere a sus atmósferas. Estos planetas se encuentran dentro de la zona de habitabilidad, lo que significa que tienen las temperaturas adecuadas para que el agua se mantenga en estado líquido.

Por lo general, cuando equipos científicos realizan predicciones sobre la atmósfera de un planeta, suelen asumir que es homogénea, es decir, que existen las mismas condiciones en todo el mundo. Sin embargo, es poco probable que esto sea cierto.

Esto marcaría un antes y un después. Tenemos que empezar a estudiar los planetas que orbitan alrededor de estrellas cercanas. Una oportunidad única para caracterizar sus atmósferas

Jérémy Leconte, astrofísico de la Universidad de Burdeos (Francia)

Leconte ha desarrollado un simulador 3D (como parte del proyecto WHIPLASH, financiado por el programa de la Unión Europea Horizon) para reproducir planetas a partir de características conocidas, como la presencia de agua en estado líquido. Utilizar planetas simulados para ejecutar estas pruebas es como tener las respuestas en la parte de atrás de un libro de matemáticas: las respuestas que proporcionan los modelos pueden compararse con las características conocidas.

Es probable que en los próximos años se descubran muchos miles de planetas más, incluidos los que se encuentren con el nuevo telescopio espacial. El equipo de investigación quiere determinar si sus modelos pueden ofrecer información precisa. Puede que las respuestas a algunas de las preguntas sobe los planetas más lejanos las encontremos en los cuatro planetas más grandes de nuestro sistema solar: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

La misión del orbitador Juno ha proporcionado vistas espectaculares de Júpiter, mientras que la nave espacial Cassini reveló detalles sobre Saturno. Previamente, la nave espacial Voyager 2, que pasó por Neptuno y Urano, capturó imágenes de sus atmósferas.

Cuatro planetas gigantes

Para entender los patrones climáticos y meteorológicos de estos planetas, Leigh Fletcher dirige un proyecto llamado GIANTCLIMES, que intenta encontrar sentido a la información dispersa que se tiene sobre sus atmósferas continuamente cambiantes. El proyecto hace uso de observaciones anteriores realizadas desde telescopios terrestres para entender los ciclos naturales de los cuatro planetas gigantes a lo largo de muchas décadas. Este trabajo ha servido de base para los novedosos y esperadísimos mapas de estos planetas, que va a proporcionar el JWST.

Hemos capturado imágenes gloriosas de planetas en los que se observan sistemas tormentosos y franjas de color caramelo, que son patrones de circulación meteorológica a gran escala

Leigh Fletcher, científico planetario profesor de la Universidad de Leicester

Urano y Neptuno, los llamados gigantes helados, son los planetas más lejanos del sistema solar y aún conservan cierta aura de misterio. Se componen principalmente de hidrógeno, helio y otros gases como el metano.

“Hay mucho potencial para nuevos descubrimientos en estos dos planetas”, añade Fletcher. “En comparación con los gigantes gaseosos (Júpiter y Saturno), mucho más estudiados, no sabemos gran cosa sobre las atmósferas de estos gigantes helados”.

Nieve de metano

Si, por un lado, se ha demostrado que Saturno tiene sistemas tormentosos masivos, puede que Neptuno tenga tormentas de nieve de metano. La variable clave en los patrones climáticos es siempre la temperatura, como en los lejanos Neptuno y Urano, donde las temperaturas son glaciales. Gracias a la publicación de los primeros mapas de las temperaturas atmosféricas de la estratosfera de Urano, ya se han producido ciertos avances. Se han revelado sorprendentes sistemas de circulación estacional y puntos brillantes sobre los polos.

Y también permite suponer que los planetas gigantes, a menudo inclinados sobre su eje, tienen estaciones extremadamente largas. “Vemos que existen estaciones que modulan las temperaturas atmosféricas, las nubes y las precipitaciones, al igual que en la Tierra”. Y añade Fletcher: “Pero también vemos ciclos naturales regulares en la atmósfera que no son estacionales. Estamos justo empezando a comprender el clima de los planetas gigantes”.

Además, la atmósfera de Neptuno mostró una importante actividad meteorológica y de tormentas, pero lo que más sorprendió al equipo de investigadores es que el planeta parece haberse enfriado durante el verano, en lugar de calentarse.

GIANTCLIMES es el proyecto que sienta las bases para la llegada del JWST. El nuevo telescopio ya ha capturado imágenes de Júpiter y, en un futuro cercano, dirigirá su atención a Urano y Saturno, centrándose en Neptuno a principios de 2023, lo que permitirá realizar comparaciones entre los distintos planetas.

“Lo que esencialmente estamos tratando de entender es cómo funcionan los climas de los cuatro planetas gigantes”, señala Fletcher. Se espera poder obtener más información sobre los ciclos naturales de variabilidad climática detectados en Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Estos extremos podrían llegar incluso a decirnos más sobre el clima de la Tierra y sus patrones meteorológicos.

Vida extraterrestre

Los estudios centrados en los cuatro planetas gigantes también son importantes para la investigación de los exoplanetas. “Nuestro sistema solar está formado por un conjunto diverso de atmósferas planetarias, lo que podría servir de plantilla para lo que encontremos alrededor de otras estrellas”, explica Fletcher con entusiasmo. “Tal vez estos objetivos exoplanetarios también muestren ciclos naturales similares y con base en ello, nuestro fin último es tratar de obtener una predicción meteorológica o climática para todos los planetas, no solo los de nuestro sistema solar”, apunta Fletcher.

El JWST permitirá que la comunidad científica acceda a imágenes más nítidas de la atmósfera de los planetas en los confines del sistema solar, pero también de planetas que se encuentran a años luz de distancia, algunos de los cuales podrían estar rodeados de atmósferas protectoras y condiciones terrestres propicias para la vida extraterrestre.

“Ahora mismo existen dos ámbitos en los que se están consiguiendo rápidos avances en la astrofísica: los exoplanetas y la cosmología. En realidad, todo ello se reduce a cuestiones sobre Dios y la vida, es decir, de dónde viene el Universo y de dónde venimos nosotros”, concluye Leconte.

La investigación a la que hace referencia este artículo ha sido financiada a través del Consejo Europeo de Investigación (CEI) de la UE. Artículo publicado originalmente en ‘Horizon’, la Revista de Investigación e Innovación de la Unión Europea.

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