En el nacimiento de la astronomía, hace más de 4,000 años– sólo se conocían 5 planetas: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. Con el advenimiento del telescopio, Herschel descubrió a Urano en 1781 y 65 años después (1846) Le Verrier y Adams localizaron Neptuno.

A duras penas Plutón se dejó descubrir en 1930; todo para que en 2006 perdiera su categoría de planeta. Fue en 1995 cuando los sistemas planetarios ajenos al nuestro dejaron de ser materia de ciencia ficción: se dio el anuncio de un objeto –más grande que la Tierra, pero más pequeño que Júpiter- orbitando a una estrella semejante al Sol (51 Pegasi). En los últimos 15 años y hasta finales de 2010 se han descubierto más de 520 planetas extrasolares (a razón de un planeta cada 10 días, en promedio) pero el hallazgo de planetas pequeños semejantes a la Tierra es muy difícil.

La mayoría son gigantes gaseosos, planetas masivos, calientes o cuerpos de hielo. La mayoría de los planetas se parecen a Monterrey: están ardiendo o se están congelando, de manera que se excluye que puedan estar habitados, pero –por vez primera- una misión espacial ha encontrado decenas de planetas en condiciones aceptables para la vida (tal y como la conocemos). Un equipo de astrónomos ha anunciado más de 1000 planetas semejantes al nuestro, apoyados en un telescopio espacial llamado Kepler.

La sonda Kepler fue nombrada en honor del astrónomo Johannes Kepler quien intuyó las tres leyes del movimiento planetario. En breve: que los planetas se desplazan en órbitas elípticas, que se desplazan a mayor velocidad cerca del Sol y que su distancia al astro rey se relaciona con su período orbital.

La Misión
La sonda Kepler es la primera misión de la NASA capaz de detectar planetas del tamaño de la Tierra en la zona de habitabilidad de un sistema planetario, es decir, donde el agua puede existir en forma líquida. Kepler es un artefacto orbital; la misión número 10 de las asignadas a la serie Discovery y consiste en un fotómetro que mide con una precisión altísima la cantidad de luz proveniente de miles de estrellas.

Nuevos planetasLa observación de Kepler se efectúa hacia el brazo galáctico de Orion y cube más de 150,000 estrellas en un rango de 600 a 3000 años-luz.

El objetivo de la misión Kepler es explorar la estructura y diversidad de sistemas planetarios ¿Cómo lo logra? Estudiando numerosos sistemas y en ellos:
– Determina la frecuencia de planetas semejantes o mayores a la Tierra, que orbiten en regiones habitables alrededor de estrellas parecidas al Sol.
– Determina el tamaño y períodos orbitales de los planetas descubiertos.
– Establece si existen planetas (y cuántos) en los sistemas binarios.
– Determina la variedad de órbitas, albedos, tamaños, masas y densidades de los planetas.
– Localiza planetas adicionales no antes detectados, en sistemas ya conocidos.
– Determina las propiedades de las estrellas que poseen planetas.

La Misión Kepler fue lanzada el 6 de marzo de 2009 desde el complejo 17-B en Cabo Cañaveral, Florida, sobre un cohete Delta II.
Kepler consiste básicamente en un telescopio de 95 cm de apertura efectiva con un fotómetro y sus detectores cubren 105 grados cuadrados. Como comparación, consideremos que un telescopio normal cubre alrededor de 1 grado cuadrado. Combinados, los detectores CCD funcionan como una cámara de 95 mega píxeles.

El Ames Research Center es responsable del sistema de desarrollo en tierra, de operar la misión y análisis de datos.
El sistema de vuelo corrió a cargo de Ball Aerospace and Technologies Corporation junto con el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado. Las observaciones del Kepler son ratificadas y extendidas mediante el Telescopio Espacial Spitzer y varios observatorios terrestres: Keck I en Hawaii; Hobby-Ebberly y Harlan J. Smith de 2.7 m en Texas; Observatorios Hale y Shane en California; WIYN, MMT y Tillinghast en Arizona, así como el Nordic Optical en Islas Canarias. Kepler cuenta con propulsores que lo reorientan cada 3 meses, para que sus paneles solares estén siempre iluminados

Tránsitos en el espacio
Cuando un sistema planetario se presenta de perfil, existe la posibilidad que uno o varios planetas crucen frente a la estrella en un fenómeno conocido como “tránsito”. La observación de tránsitos repetidos por el mismo planeta ofrece información abundante y confiable sobre el sistema planetario: período, órbita, tamaño del planeta, tamaño de la estrella, masa, densidad y temperatura. Este último factor determina si es posible o no la vida en determinado planeta.

¡Suena prometedor! Peeeero…
Hay un problema: la probabilidad de que un sistema planetario sea visible de perfil es muy baja: 0.5% para planetas terrestres y 10% para planetas gigantes cercanos, de manera que se tienen que estudiar muchísimas estrellas para tener la oportunidad de estudiar este tipo de eventos. Se requiere un detector de alta sensibilidad, pues cuando un planeta terrestre transita frente a una estrella, disminuye su luz en sólo 1/10000 (imposible de distinguir a simple vista). En general, los tránsitos duran de 1 a 16 horas, por lo que se requiere una observación continua y escrupulosa para determinar con precisión el inicio, el comportamiento de la luz y el final del tránsito. Los períodos deben ser regulares, pero en sistemas de varios planetas, el tirón gravitatorio al que se someten mutuamente es capaz de atrasar o adelantar los tránsitos. Este efecto, lejos de ser un obstáculo es una ventaja: permite medir directamente la masa de los planetas involucrados.

El mínimo requerido para validar un planeta son 4 tránsitos y el tiempo de espera mínimo (duración de la misión) es de 3.5 años. Dependiendo de la salud de Kepler, concluyendo este período, se le otorgará una extensión de misión.

Funcionamiento
Para el censo, se seleccionaron estrellas enanas en secuencia principal cuyo brillo y tamaño es óptimo para la búsqueda de planetas pequeños. Son estrellas de magnitudes 9 a 16. Las estrellas gigantes o súper gigantes han sido desechadas para este estudio. De poseer planetas, es probable que ya los hayan envuelto en su fotósfera. La sonda Kepler tiene la capacidad para establecer el tamaño de las estrellas, su masa y su edad.

¿Existe el riesgo de que Kepler se confunda con sistemas binarios eclipsantes?
Este riesgo se tomó en cuenta, y de hecho, se descubrieron más sistemas eclipsantes que tránsitos planetarios. Éstos se han clasificado aparte y se siguen monitoreando para saber si también ellos poseen sistemas planetarios.

La misión Kepler monitorea cada 30 minutos más de 100,000 estrellas en una región compartida por Cygnus y Lyra.
El experimento no se realiza desde la Tierra porque la turbulencia atmosférica produce variaciones de brillo mayores que las que se busca detectar.  Desde la Tierra se pueden detectar cambios de brillo equivalentes a 1/1000, pero Kepler es 10 veces más preciso. Además, ningún observatorio en Tierra puede monitorear las estrellas las 24 horas a causa de la luz del día, de la Luna y los días nublados.

Ninguna otra misión de la NASA tiene tal velocidad de transferencia de datos: de 10 a 4.3 millones de bits por segundo.
Es tanta la información que hay para analizar, que se abrió el “programa de Cazadores de Planetas del Zoológico Galaxia” para que cualquier persona pueda contribuir con su tiempo y recursos para detectar nuevos planetas. En los primeros 3 meses el público contribuyó a clasificar 1.3 millones de datos. Debra Fischer, profesora de Astronomía en la Universidad de Yale, dirige el programa “Cazadores de Planetas”. Hasta el momento hay más de 16,000 usuarios participando en el programa

Tras analizar la luz de más de 100,000 estrellas, la misión Kepler habría de detectar en el peor de los casos:
50 planetas de tamaño terrestre
185 planetas 30% > que la Tierra
135 planetas gigantes interiores
30 planetas gigantes exteriores

En otras palabras, un recuento de 400 planetas “no estaría mal”

Primeros resulatados
En una rueda de prensa dictada el 2 de febrero de 2011, se dio a conocer un nuevo sistema planetario parecido al nuestro. Los responsables de este hallazgo son William Borucki (investigador principal de la Misión Kepler), Jack Lissauer (co-investigador) y Daniel Fabrycky. Douglas Hudgins es el científico programador de la Misión Kepler.

Apenas 1 mes antes, en enero de 2011 se había dado a conocer que la Misión Kepler había encontrado el planeta más pequeño descubierto fuera del Sistema Solar. Se llama Kepler 10b y tiene 1.4 veces el tamaño de la Tierra. El problema con éste es que está sometido a temperaturas que derriten su superficie; pero ahora –con el nuevo anuncio- se conocen 68 planetas con condiciones mucho más agradables.

La rueda de prensa reveló un estudio preliminar que incluye la observación continua de 156,453 estrellas desde el 2 de mayo hasta el 16 de septiembre de 2009. En ese período se detectaron tránsitos correspondientes a 1235 planetas distribuidos en 997 sistemas planetarios. Mientras no concluya el estudio de 3.5 años, los planetas encontrados se manejarán como “candidatos” en el entendido que la cifra pueden variar.

Gracias al fotómetro de Kepler, encontraron:
68 candidatos cuyo tamaño es menos a 1.25 diámetros terrestres.
288 candidatos cuyo tamaño es entre 1.25 y 2 diámetros terrestres. (Las llamaron “súper Tierras”)
662 candidatos cuyo tamaño es entre 2 y 6 diámetros terrestres
165 candidatos cuyo tamaño es entre 6 y 15 diámetros terrestres
19 candidatos cuyo tamaño es entre 15 y 22 diámetros terrestres
15 candidatos cuyo tamaño es mayor a 22 diámetros terrestres

De los planetas que Kepler encontró 170 se localizan en sistemas planetarios con más de 1 planeta y cuando menos uno se encuentra poblado con 6 planetas o más.
Los sistemas múltiples hallados por Kepler
Sistemas con 2 planetas.- 115
Sistemas con 3 planetas.- 45
Sistemas con 4 planetas.- 8
Sistemas con 5 planetas.- 1
Sistemas con 6 planetas.- 1

El sistema de Kepler 11 –con 6 planetas- acaparó los titulares la primera semana de febrero de 2011. Sólo en otro sistema planetario–llamado Gliese 581- se ha encontrado una cantidad semejante de planetas. Gliese 581 está 100 veces más cerca que Kepler-11, pero es una enana roja, muy distinta al Sol.

Los nuevos datos sugieren que hay más planetas pequeños de lo que se creía y que los sistemas planetarios con más de un planeta son frecuentes (y esto sólo es basado en planetas cuyo período es de unos meses. Para planetas con períodos de 1 año -como la Tierra- o más, la cifra se multiplicará. Los astrónomos creen que los planetas con mayores probabilidades de vida son aquellos cuya masa está entre 0.5 y 10 masas terrestres. Además, los astrónomos se sorprendieron por encontrar planetas con densidades muy variadas: algunos más densos que el hierro y otros tan livianos como el poliuretano expandido.

[quote_left]En 15 años se descubrieron 500 planetas pero la sonda Kepler sola ha detectado más de 1200 planetas en los primeros 4 meses y medio, cifra que se multiplicará cuando concluya el estudio de 3.5 años.[/quote_left]

En los primeros 4.4 meses del estudio se descubrieron 54 planetas que están en la “zona de habitabilidad”, es decir, donde el agua se encuentra líquida. Esto incluye 5 súper Tierras y 40 planetas menores que Neptuno. En base a este hallazgo, se estima que existen alrededor de 30,000 planetas habitables a 1000 años-luz a la redonda. “Habitable” no es lo mismo que “habitado” pero las expectativas se vuelven optimistas a este respecto. Además “habitado” no es lo mismo que “civilizado”: que un planeta tenga vida no significa que tenga seres pensantes.

Kepler demostró que para planetas con tamaño de 1 a 4 diámetros terrestres:
– Su período orbital es típicamente de 8 a 50 días.
– Casi todos los planetas encontrados tienen períodos menores a 25 días.
– Su distancia promedio a la estrella que orbitan es de 0.05 a 0.3 unidades astronómicas.
– La estrella que orbitan tiene una temperatura superficial de 4800 a 6500 kelvin.
– La temperatura en la superficie de estos planetas es de 250 a 1200 kelvin.

El estudio sugiere que, de los planetas que existen en la Galaxia 6% son del tamaño de la Tierra.
Lissauer estaba tan contento en dar la nueva que mencionó que sólo había una manera de expresar adecuadamente su asombro: ¡Supercalifragilistoexpialidoso! (Seguramente vio la película Mary Poppins de niño)

El Sistema Kepler-11
Este sistema planetario extraordinario orbita a una estrella llamada Kepler-11 y está orbitada –cuando menos- por seis planetas. Kepler 11 es una estrella de magnitud 14, más tenue que Plutón, por lo que es muy difícil verla directamente. Kepler 11 es una estrella un poco más masiva, grande (dilatada) y vieja que el Sol y durará menos tiempo: no pasará de 8,000 millones de años.

El sistema se encuentra a 2000 años-luz en la constelación de Cygnus
Por el porcentaje de luz que cada planeta obstruye al transitar frente a la estrella, se puede establecer su tamaño. Los planetas de Kepler-11 son relativamente pequeños, de 2.3 a 13.5 diámetros terrestres.

[quote_left]A diferencia del Sistema Solar, los 6 planetas de Kepler 11 están confinados a un espacio muy reducido: todos orbitan a su estrella en un diámetro menor a la órbita de Venus y 5 de ellos están más cerca de su estrella que Mercurio del Sol.[/quote_left]

Antes de este hallazgo, hubiera sido difícil de creer que tantos planetas podrían convivir en un espacio tan limitado. Pero son buenas noticias que esté tan próximos entre sí: estos planetas se perturban mutuamente cada vez que un par de ellos se alinean del mismo lado, modificando ligeramente su patrón de movimiento. El registro escrupuloso de estas acciones ofrece a los astrónomos la oportunidad de medir algunas propiedades como la masa de cada uno y la forma de su órbita. Se observó que las órbitas de los planetas son casi circulares y están apenas 1 ó 2° del ecuador de la estrella, lo que contribuye a la estabilidad del sistema.

[quote_right]Los primeros 5 planetas tienen períodos menores de 50 días, y el planeta exterior tarda 118 días en orbitar a Kepler-11. Lissauer señaló que la perturbación gravitatoria entre los primeros 5 planetas es suficiente para retrasar algunos tránsitos entre 10 y 20 minutos.[/quote_right]

Sorprendentemente los planetas no están atrapados en resonancias orbitales, como sucede con los satélites de Júpiter, o los planetas del Sistema Solar. Esto al parecer es consecuencia de que migraron desde órbitas superiores, algo que se sospecha sucederá con el Sistema Solar hacia el final de su existencia. Posiblemente la influencia de un disco de gas y escombros –similares a asteroides- haya contribuido en redondear las órbitas y evitar su resonancia.

Gracias a la medición de su tamaño y su masa, se ha establecido que se trata de planetas de baja densidad, pero definitivamente no son 100% gaseosos. El menos denso de los 6 tiene una densidad menor que Saturno (0.50 g/cm3 Vs. 0.68 g/cm3) y el más denso es poco menor que la Luna (3.10 g/cm3 Vs. 3.34 g/cm3). La densidad de los planetas que orbitan a Kepler 14 sugiere que están compuestos por una mezcla de roca y gases. Lissauer los comparó con un dulce de caramelo envuelto por un gran malvavisco. La densidad de los planetas de Kepler 11 son tan bajas comparadas con la Tierra, que Jack Lissauer sugiere que los planetas son más bien mini-Neptunos que súper-Tierras.

En prespectiva
Los más pesimistas pensarán que 68 planetas de un sondeo de 156,000 estrellas significa que sólo el 0.000436% de las estrellas tienen planetas habitables, pero… un aspecto sobresaliente de este hallazgo es que la misión Kepler sólo puede estudiar planetas que transiten a su estrella, así que para poder registrarlos depende de una geometría privilegiada (que la órbita del planeta no se desvíe más de 2 grados del ecuador estelar). Esto es completamente aleatorio: no hay manera de saber qué estrellas tienen esta orientación precisa. Si hay un sistema planetario cercano, cuyos planetas NO crucen frente al disco estelar, Kepler no los descubrirá. Desafortunadamente esto excluye aproximadamente al 98% de los sistemas planetarios existentes.

[quote_left]Si tomamos en consideración que la esfera celeste es 400 veces más grande que el área estudiada, y que la misión Kepler no estudió estrellas más allá de 3000 años-luz, entonces podemos afirmar que tan sólo en los 3000 años-luz a la redonda hay cuando menos medio millón de planetas que transitan sus estrellas.[/quote_left]

Y si tomamos en cuenta que sólo se pueden detectar tránsitos entre el 0.05 y 10% de las estrellas, entonces la cifra se incrementa a cuando menos 5 millones de planetas a 3000 años-luz a la redonda. Y si añadimos que nuestra Galaxia tiene un diámetro que se extiende hasta 120,000 años-luz, se puede afirmar que existen -cuando menos- 5,000 millones de planetas en la Vía Láctea.

… tenías razón, Carl Sagan.

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Presentación en PP

Enlaces consultados

http://kepler.nasa.gov/
http://kepler.nasa.gov/files/mws/FebDataRelease_revised_020211.pdf
http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/news/kepler_data_release.html
http://www.skyandtelescope.com/news/home/115102594.html
http://www.huffingtonpost.com/seth-shostak/a-bucketful-of-worlds_b_817921.html
http://www.space.com/10742-kepler-exoplanets-data.html
http://eltamiz.com/2009/03/24/mision-kepler-para-que-como-donde-cuando/
http://www.universetoday.com/83012/kepler-discovers-first-earth-sized-planets-inside-habitable-zone/

*-*-*-*

El autor es miembro honorario de la Sociedad Astronómica del Planetario Alfa, así como director de ASTRONOMOS.ORG www.astronomos.org Puedes reproducir este artículo libremente de manera total o parcial, siempre que se de crédito al autor y se indiquen sus correos electrónicos: pablo@astronomos.org, pablolonnie@yahoo.com.mx . Si detectas un error, favor de enviar correcciones y sugerencias a estos mismos.

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Por probabilidad es muy posible.
Antonio Sánchez  Ibarra/101 Preguntas

Sólo en nuestra galaxia, la Vía Láctea, se estima una población mayor a los 200,000 millones de estrellas. Son visibles, al menos, unas 5 mil millones de galaxias y se estima en realidad hay unos 200 mil millones, cada una con un número similar de estrellas a la Vía Láctea. Es casi imposible pensar que sólo un planeta, de una de esas estrellas, de una sola galaxia, ha reunido las condiciones suficientes para que se origine la vida. Por otra parte, es muy probable que cada estrella tuviese al menos dos planetas, por lo que el número de planetas sería el doble del número de estrellas.

Es importante considerar también que hablar de vida en lo general puede significar referirse desde bacterias o microorganismos unicelulares muy rudimentarios. Hablar de una especie tan compleja como el ser humano implica referirse en cierta forma a vida inteligente. La vida en general puede ser más abundante de lo que suponemos. Esta como muestra el aún discutido descubrimiento en 1996 de fósiles de bacterias en un meteorito marciano localizado en la Antártida. El satélite natural de Júpiter, Europa, podría contar con un océano bajo su suelo congelado en el cual se presentaran temperaturas y condiciones de vida rudimentaria. Por otra parte, el reciente descubrimiento de posibles mantos acuíferos en el planeta Marte también alienta la existencia de vida rudimentaria en ese planeta.

Lo que podríamos llamar vida inteligente, más o menos evolucionada que la nuestra, podría ser menos común que la presencia de vida en general, por el cúmulo de condiciones que se requieren para que ésta evolucione.

Lo ciertamente difícil es localizar vida inteligente en otro lugar del Universo. Esto, además, traería cambios y consecuencias muy importantes en nuestra vivencia.

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Un planeta extrasolar o también llamados exoplanetas, son planetas que giran en torno a otras estrellas, no perteneciendo a nuestro Sistema Solar. El primero de ellos se descubrió en 1995 y hasta abril de 2009, han sido descubiertos 346, en un listado que crece rápidamente gracias a los modernos recursos tecnológicos aplicados a la observación astronómica. La mayoría de estos planetas descubiertos son muy masivos, muy superiores a la masa del planeta mayor de nuestro Sistema Solar, Júpiter. Esto indica que son planetas básicamente gaseosos como Júpiter. Los planetas terráqueos o con una superficie sólida, son mucho más difíciles aún de localizar, aunque las técnicas de observación siguen avanzando y pronto serán descubiertos.

“2009: AÑO INTERNACIONAL DE LA ASTRONOMÍA”… El Universo para que lo descubras. Contribución del Área de Astronomía de la Universidad de Sonora.

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El nuevo hallazgo fue conducido por Geoff Marcy de la Universidad de California y Paul Buttler de la Institución Carnegie de Washington.

¿Dónde están?

Curiosamente, no es la primera vez que se detectan planetas en una de las estrellas involucradas. Esta es 55 Cancri (en Cancer) a quien ya se le conocían 3 planetas de mayor masa. El nuevo mundo descubierto en 55 Cancri posee 18 masas terrestres y orbita a su estrella ¡en 2.81 días terrestres! (en pocas palabras, va hecho bala) Esto se debe a que se encuentra a tan sólo 5.7 millones de kilómetros de 55 Cancri. En comparación la Tierra se encuentra a 150 millones de kilómetros del Sol.

Las instalaciones del Observatorio Lick fueron utilizadas para tomar los datos que llevaron al hallazgo. La confirmación fue hecha por Barbara McArthur de la Universidad de Texas, quien utilizó el telescopio Hobby-Eberly. El telescopio espacial Hubble también fue utilizado para este fin.

Cuando el Sistema planetario de 55 Cancri fue descubierto, se propuso que este sistema podría tener un planeta como la Tierra, pero la presencia de este nuevo planeta prácticamente descarta esta posibilidad.

El segundo planeta en cuestión orbita velozmente a la estrella Gliese 436 cada 2.64 días. Su masa es aproximadamente 25 veces mayor a la de la Tierra y está tan cerca de su estrella materna que es posible que la fuerza de las mareas haya anclado una sola cara hacia ella, calentando ese lado del planeta a poco menos de 400° C. El lado opuesto, por el contrario ¡estaría congelado! a menos que posea una densa atmósfera como la de venus con un marcado efecto de invernadero.

Este segundo hallazgo se hizo desde los observatorios Keck, en Hawai.

¿Hacia dónde nos dirigimos?

Ya se encontraron planetas como Júpiter y Saturno, los más grandes del Sistema Solar, y con este reciente hallazgo, ahora se conocen planetas similares a Urano y Neptuno. Ahora, lo que falta es que se descubra un planeta con la masa de la Tierra. Por lo pronto ya se encontró un planeta con el tamaño de la Tierra, orbitando a la estrella Mu Arae, si bien es considerado aún masivo, pues contiene tanto material como 14 Tierras juntas. Este planeta –muchos opinan- es rocoso y metálico como la Tierra, así que la búsqueda se intensificará. No hay que olvidar, sin embargo, que encontrar un planeta tan pequeño como la Tierra implica un esfuerzo extraordinario si consideramos las distancias involucradas. El pronóstico es que antes del 2006 ya se habrán “capturado” planetas con apenas 8 masas terrestres.

¿Porqué están ahí?

Una de las preguntas que inquieta a los astrónomos es que estos sistemas planetarios no se parecen al Sistema Solar. Sus planetas gigantes están muy cerca de sus respectivas estrellas, en órbitas muy apretadas. Mientras que algunos sugieren que estos planetas son rocosos, otros sugieren que son planetas gaseosos formados a gran distancia de su estrella y que fueron arrastrados hacia el interior por algún mecanismo dinámico aún por descubrir.

Aún falta desarrollar las tecnologías que permitirá a los científicos determinar en qué lugares hay planetas extrasolares con condiciones similares a las de la Tierra, pero pronto vendrán estos tiempos. En el 2007 la NASA lanzará al observatorio KEPLER y la Agencia Espacial Europea lanzará al COROT en el 2006. Su meta: encontrar planetas hermanos de la Tierra.

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