19.4 Telescopios espaciales y exoplanetas

El desarrollo de telescopios espaciales ha revolucionado nuestra comprensión del Universo y ha permitido la detección de miles de exoplanetas. Desde la primera propuesta de un observatorio fuera de la atmósfera terrestre hasta el lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb (JWST) en 2021, la astronomía espacial ha experimentado avances sin precedentes. A continuación se presenta un recorrido histórico, acompañado de ejemplos concretos, datos, fechas y sucesos que ilustran el impacto de estos instrumentos en la historia universal de la ciencia.

1. Orígenes de la astronomía espacial

La idea de colocar un telescopio fuera de la atmósfera terrestre surgió a mediados del siglo XX, cuando los científicos advirtieron que la turbulencia atmosférica limitaba la resolución angular de los telescopios terrestres. En 1946, el físico alemán Hermann Oberth sugirió por primera vez el concepto de un telescopio espacial en su obra autobiográfica Wege zur Raumschiffahrt. Posteriormente, durante las décadas de 1950 y 1960, diversos proyectos militares y civiles exploraron la viabilidad de misiones de observación desde órbita.

2. Primeros telescopios espaciales: Orbitando más allá del visible

El primer instrumento astronómico en el espacio fue el satélite soviético Koronas (1963), dedicado a estudios solares en rayos X y ultravioleta. Rápidamente, la NASA respondió con la misión Orbiting Astronomical Observatory 2 (OAO-2), lanzada el 7 de diciembre de 1968, que abrió la astronomía ultravioleta al público científico. OAO-2 registró más de 10.000 fuentes ultravioleta durante sus cuatro años de operación.

3. El Telescopio Espacial Hubble (HST)

El Telescopio Espacial Hubble, lanzado el 24 de abril de 1990 a bordo del transbordador Discovery, marcó un hito. Con un espejo de 2,4 metros de diámetro y una cámara capaz de trabajar en el rango óptico, ultravioleta e infrarrojo cercano, Hubble ofreció imágenes con una resolución sin precedentes. A pesar del defecto inicial en su espejo primario, corregido durante la misión de servicio STS-61 en diciembre de 1993, Hubble ha contribuido a:

• Medir la constante de Hubble con un 5% de precisión (2009).
• Descubrir galaxias a más de 13.000 millones de años luz de distancia.
• Estudiar atmósferas de exoplanetas mediante espectroscopía, identificando elementos como sodio y vapor de agua.

4. Otros observatorios clave: Spitzer, Chandra y GALEX

La era moderna cuenta con una flota de telescopios espacio-temporales que cubren todo el espectro electromagnético:

5. La misión Kepler y la búsqueda de exoplanetas

La verdadera revolución en la detección de exoplanetas llegó con la misión Kepler, lanzada el 7 de marzo de 2009. Diseñado para monitorear la luminosidad de unas 150.000 estrellas en la constelación del Cisne, Kepler utilizó el método de tránsito transitivo, buscando disminuciones periódicas en el brillo estelar cuando un planeta cruzaba el disco de su estrella. Sus principales logros incluyen:

1. Descubrimiento de más de 2.600 exoplanetas confirmados antes de finalizar su misión primaria en mayo de 2013.
2. Identificación de sistemas multiplanetarios, como Kepler-11 (2011), con seis planetas orbitando una estrella similar al Sol.
3. Detección de planetas en zonas habitables, como Kepler-22b (lanzado en diciembre de 2011), con una temperatura estimada adecuada para la presencia de agua líquida.

Tras el fallo de sus giroscopios, Kepler finalizó la misión K2 (2014–2018), ampliando su catálogo a regiones como Escorpión y Sagitario.

6. TESS: Explorando el cielo cercano

El Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) se lanzó el 18 de abril de 2018 con la misión de escanear el 85% del cielo en busca de exoplanetas alrededor de estrellas brillantes cercanas. A diferencia de Kepler, que miró una sola región, TESS divide el cielo en 26 sectores, observando cada uno durante aproximadamente 27 días. Hasta 2023, sus frutos incluyen:

• Más de 3.000 candidatos a exoplanetas.
• Confirmación de más de 270 exoplanetas mediante seguimiento con telescopios terrestres y espaciales.
• Descubrimiento de sistemas con planetas ultracálidos a solo horas de órbita, como LHS 3844b (2019), un planeta rocoso con un período orbital de 11 horas.

7. El Telescopio Espacial James Webb (JWST)

El JWST, lanzado el 25 de diciembre de 2021, se ha convertido en la herramienta más poderosa para el estudio de exoplanetas. Con un espejo primario de 6,5 metros y una gama de instrumentos infrarrojos, JWST permite:

• Mediciones precisas de la composición atmosférica: detección de moléculas como dióxido de carbono, metano y agua en planetas del tamaño de Neptuno y Super-Tierra.
• Imágenes directas de discos protoplanetarios con resolución sin precedentes, como en la famosa estrella HL Tauri.
• Caracterización de planetas ubicados en estrellas de baja masa con edad y metalicidad diversas.

En julio de 2023, JWST produjo el primer espectro detallado de un planeta rocoso en la zona habitable, Gliese 486b, revelando una atmósfera tenue con vestigios de vapor de agua.

II. Exoplanetas: del mito a la realidad

1. Primeros indicios y descubrimientos

Durante siglos, la idea de mundos alrededor de otras estrellas permaneció en el ámbito de la especulación filosófica. Sin embargo, el primer indicio firme llegó en 1992, con la detección de planetas alrededor del púlsar PSR B1257 12 por Alexander Wolszczan y Dale Frail. Estos objetos, aunque no habitables, demostraron que los planetas eran comunes en el Universo.

2. El primer exoplaneta alrededor de una estrella solar

El 6 de octubre de 1995, Michel Mayor y Didier Queloz anunciaron el descubrimiento de 51 Pegasi b, un gigante gaseoso similar a Júpiter pero con un período orbital de solo 4,2 días. Utilizando espectroscopía Doppler en el Observatorio de Haute-Provence, midieron cambios en la velocidad radial de la estrella. Este hallazgo inauguró la era de los hot Jupiters y catapultó la búsqueda de exoplanetas a la vanguardia de la astronomía.

3. Métodos de detección de exoplanetas

Existen varias técnicas para descubrir exoplanetas, cada una con sus ventajas y limitaciones:

• Método de tránsito: Detecta la disminución del brillo estelar cuando un planeta pasa delante. Es sensible a planetas con órbitas alineadas hacia la Tierra.
• Velocidad radial: Mide el bamboleo de la estrella provocado por la gravedad planetaria. Provee estimaciones de la masa mínima del planeta.
• Microlente gravitatoria: Aprovecha la desviación de la luz de una estrella de fondo por un sistema estelar y su planeta. Permite hallar planetas a gran distancia, incluso en la Vía Láctea exterior.
• Imágenes directas: Captura luz emitida o reflejada por el propio planeta, requiriendo coronógrafos avanzados para suprimir el brillo estelar.

4. Descubrimientos clave y estadísticas

Hasta 2023, los exoplanetas confirmados suman más de 5.500. La distribución de tipos planetarios revela:

• Gigantes gaseosos (Júpiteres calientes y templados): ~20%.
• Neptunos calientes y templados: ~15%.
• Supertierras y planetas terrestres: ~65%, la mayoría detectados por Kepler y TESS.

Además, se han identificado más de 100 exoplanetas en la zona habitable de sus estrellas, donde la temperatura permitiría la existencia de agua líquida.

5. Misiones futuras y perspectivas

El futuro de la exploración de exoplanetas pasa por misiones como PLATO (ESA, lanzamiento 2026), dedicada a buscar planetas del tamaño de la Tierra alrededor de estrellas de tipo solar, y ARIEL (ESA, 2029), enfocada en la caracterización atmosférica de cientos de exoplanetas. A nivel estadounidense, el conceptuado Nancy Grace Roman Space Telescope (2027) incorporará coronógrafos de alta tecnología para realizar imágenes directas de planetas terrestres.

Conclusión

Los telescopios espaciales han ampliado nuestro horizonte cosmológico y han transformado la ciencia planetaria. Desde los primeros instrumentos ultravioleta hasta los gigantes infrarrojos del siglo XXI, hemos pasado de soñar con mundos más allá del Sistema Solar a catalogar miles de exoplanetas y caracterizar sus atmósferas. La próxima década promete profundizar en el estudio de la habitabilidad y la detección de señales biosignature, acercándonos cada vez más a responder la gran pregunta: ¿estamos solos en el Universo?

Temática 19.4: Telescopios espaciales y exoplanetas

1. The Exoplanet Handbook

   Autor: Michael Perryman. Año: 2018. Manual exhaustivo sobre detección, caracterización y futuro de los exoplanetas.

   Editorial: Cambridge University Press. Enlace: https://www.cambridge.org/core/books/exoplanet-handbook/…

2. Exoplanets: Hidden Worlds and the Quest for Extraterrestrial Life

   Autores: Donald Goldsmith Tobias Owen. Año: 2013. Recorrido divulgativo por los descubrimientos de planetas extrasolares.

   Editorial: Cambridge University Press. Enlace: https://www.cambridge.org/core/books/exoplanets/…

3. Hubble: Treasures of Space Revealed

   Autores: Terence Dickinson David J. Eicher. Año: 2010. Galería de imágenes e historia del telescopio espacial Hubble.

   Editorial: Firefly Books. Enlace: https://www.fireflybooks.com/book/9781554075302

4. Telescopios espaciales

   Autor: David Whitehouse. Año: 2000. Origen, evolución y los principales proyectos de observatorios fuera de la atmósfera.

   Editorial: TJ. Enlace: https://www.editorialtj.com/libro/telescopios-espaciales

5. Exoplanetas. Maravillas y misterios

   Autor: Jordi Llorca. Año: 2021. Introducción en español a la detección y estudio de planetas alrededor de otras estrellas.

   Editorial: RBA. Enlace: https://www.rbaeditorial.com/exoplanetas-maravillas-misterios