La Tierra será la prueba A para la investigación de exoplanetas lunares

Cuando Jake Turner era un niño en la zona rural de Colorado, tenía fotografías de todas las misiones lunares Apolo pegadas con chinchetas en las paredes de su dormitorio, junto con las palabras de Neil Armstrong: «Un pequeño paso para el hombre, un salto gigante para la humanidad».

«Los miraba todos los días antes de acostarme, pero creo que nunca imaginé que estaría trabajando en una misión de la NASA yendo a la luna», dijo Turner, becario postdoctoral de astronomía Hubble/Sagan de la NASA en el Facultad de Artes y Ciencias (A&S) y parte de la Instituto Carl Sagan.

Ahora la NASA regresará a la Luna por primera vez en 51 años, y Turner, un experto en los campos magnéticos de exoplanetas, está desempeñando un papel clave: es asesor científico en el primer radiotelescopio de la NASA que aterriza en la Luna. El telescopio sentará las bases para detectando planetas habitables en nuestro sistema solar observando la Tierra por radio como si fuera un exoplaneta.

La NASA ha anunciado una ventana de lanzamiento que se abrirá el 14 de febrero desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida, contratando a Intuitive Machines de Houston para transportar cargas útiles científicas a la Luna.

La misión lunar Intuitive Machines 1 (IM-1) es una de las casi 100 programadas hasta 2030, parte de una carrera global hacia la luna.

El módulo de aterrizaje lunar Intuitive Machines 1 (IM-1) llevará el proyecto ROLSES, que incluye el primer radiotelescopio jamás en la Luna. Crédito de la imagen: Máquinas intuitivas

«Estoy muy contento de ver este resurgimiento de personas que desean utilizar la Luna, no sólo para estudiar sino también como plataforma para otras misiones», dijo Turner. “Es una zona Ricitos de Oro; Es relativamente fácil para nosotros, los humanos, llegar allí, en comparación con otros lugares, y tiene algunas ventajas. Tiene una superficie sólida para aterrizajes y eventualmente la gente querrá usarlo como base para Marte y más allá”.

La Luna también es “perfecta” para observar la Tierra por radio, dijo Turner; está lo suficientemente lejos como para que podamos ver todo el planeta como una señal, pero lo suficientemente cerca como para que casi no se pierda ninguna señal, lo que establece una «verdad fundamental» que los científicos pueden extrapolar a muchos años luz de distancia.

«Estoy un poco nervioso», dijo Turner. «Esto sienta las bases para muchas de las investigaciones que quiero realizar en los próximos 10 a 20 años».

Muy, muy lejos

El campo magnético de un planeta, que crea ondas de radio, revela mucho sobre su estructura interior y su dinámica atmosférica, y podría proteger su atmósfera de la erosión por el viento estelar de su estrella anfitriona, dijo Turner. Todas son pistas sobre la habitabilidad. Los planetas más grandes, como Júpiter, emiten frecuencias de radio más altas, mientras que los más pequeños, como la Tierra, emiten frecuencias de radio más bajas.

Las observaciones de radio desde la Tierra han revelado amplia información sobre los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar, dijo Jonathan Lunin, profesor David C. Duncan de Ciencias Físicas y catedrático de astronomía (A&S). El Very Large Array de Nuevo México, por ejemplo, ha permitido conocer la composición química de Urano y la radiación sincrotrón de Júpiter.

«Sólo a partir de lo que hemos aprendido sobre las atmósferas de los planetas gigantes de nuestro propio sistema solar y sobre los campos magnéticos, también habrá algunas cosas interesantes que aprender sobre los planetas extrasolares», dijo Lunine.

El experimento del radiotelescopio, una de las seis cargas útiles científicas del IM-1, se llama ROLSES (Observaciones de ondas de radio en la superficie lunar de la funda fotoelectrónica). Compuesto por cuatro antenas que se extienden cada una a dos metros y medio de largo y están empaquetadas en un recipiente de ocho pulgadas para su lanzamiento, el instrumento estudiará la “funda fotoelectrónica”, una capa de partículas cargadas justo encima de la Luna que podría dar a la superficie lunar una pequeña carga eléctrica. También observará ondas de radio que emanan de alrededor de la Tierra y Júpiter.

La mejor manera de comprender los campos magnéticos de los exoplanetas es observando sus emisiones de radio, dijo: «Las ondas de radio que estamos detectando con ROLSES no se pueden escuchar con los oídos». Entonces, todos los datos que estén recopilando se convertirán en información que podrán evaluar visualmente.

Existen desafíos cuando se trata de observar exoplanetas desde la Tierra en las frecuencias de radio.

Primero, hay interferencia. No podemos observar planetas del tamaño de la Tierra desde la Tierra porque nuestra propia atmósfera bloquea las señales en el mismo rango, dijo Turner. Además de eso, las conversaciones de radio creadas por humanos añaden un ruido confuso a las observaciones, añadió.

En segundo lugar, la instrumentación necesita ponerse al día. Hasta ahora, los radiotelescopios han detectado señales de radio de un sistema exoplanetario sólo una vez, y Turner fue quien lo hizo. En un estudio de 2021, él y sus colegas Señales de radio detectadas del sistema Tau Boötes utilizando el Low-Frequency Array (LOFAR), un gran radiotelescopio con sede en los Países Bajos. Turner también es un miembro científico clave que estudia docenas de exoplanetas gigantes gaseosos, incluido el seguimiento de la señal de Tau Boötes, en la radio con Menú LEJOS, un conjunto de radiotelescopios recientemente encargado en Francia. De hecho, Turner recientemente lideró el primer estudio de radio exoplanetas con NenuFAR. Se predice que los exoplanetas tendrán campos magnéticos, por lo que deben estar emitiendo señales de radio.

«El desafío es tener un telescopio lo suficientemente sensible para detectarlos porque estos planetas están muy, muy lejos», dijo Lunine. «No hay duda de que aprenderemos cosas de las mediciones de radio de planetas extrasolares».

El futuro de la radioastronomía

Desde su posición ventajosa en la Luna, ROLSES será un paso hacia ese futuro en el que la radioastronomía, que se ha utilizado para estudiar todo tipo de fuentes astronómicas tanto dentro de nuestro sistema solar como mucho más allá, sea un método sólido para observar exoplanetas, particularmente los habitables.

“Cornell ha sido un verdadero líder en radioastronomía gracias a la construcción del Observatorio de Arecibo en la década de 1960. Es una de las instituciones reconocidas por haber desarrollado el campo”, afirmó Lunine. «Esta es una oportunidad real para que Cornell ayude a dar el siguiente paso en la radioastronomía».

Turner es asesor científico de otro radiotelescopio lunar que aterrizará en la cara oculta de la Luna en 2026, el Experimento electromagnético de la superficie lunar – Noche (LuSEE-Night)una colaboración entre la NASA y el Departamento de Energía de EE. UU.

También forma parte del equipo científico de FARSIDE. (Farside Array para investigaciones radiocientíficas de la Edad Media y exoplanetas), un conjunto de radiotelescopios que consta de cientos de antenas de radio individuales, cada una similar a ROLSES y LUSEE-Night. FARSIDE ha sido propuesto a la NASA para aterrizar en la cara oculta de la Luna, donde estará protegida de las interferencias de radio de la Tierra. El equipo cree que FARSIDE debería poder detectar planetas similares a la Tierra a 20 o 30 años luz de distancia, pero nunca han simulado eso con datos reales. Las observaciones de la Tierra por parte de ROLSES proporcionarán los datos de simulación que necesitan, además de generar experiencia para estudiar exoplanetas similares a la Tierra dentro de 10 o 15 años.

«Simularemos la Tierra como un exoplaneta, de modo que cuando tengamos FARSIDE tendremos una buena base sobre qué buscar», dijo Turner. El equipo también espera utilizar observaciones ROLSES y LuSEE-Night de la Tierra, Júpiter y Saturno para entrenar algoritmos de aprendizaje automático para detectar exoplanetas con características similares.

Más allá de la luna, Jake es miembro del equipo propuesto. Misión Go-Low (Gran Observatorio de Longitudes de Ondas Largas), que complementa a FARSIDE. Go-Low, que consta de miles de pequeños satélites, podrá estudiar exoplanetas de todos los tamaños dentro de un radio de 16 años luz de la Tierra utilizando frecuencias de radio. Esta distancia incluye el planeta Próxima Centauri b, similar a la Tierra, que se encuentra dentro de la zona habitable de su estrella.

Turner dijo que están trabajando para lograr una colaboración en las próximas décadas entre la radioastronomía y el telescopio espacial James Webb, que ve el espectro infrarrojo, en una sinergia que ayudará a dirigir recursos hacia los planetas que son más habitables.

Hasta entonces, el proyecto ROLSES comparte una motivación similar al famoso trabajo de Carl Sagan en 1977 para convencer a la NASA de que girara la Voyager I para tomar una fotografía de la Tierra. El resultado es una de las imágenes más emblemáticas de la ciencia espacial: el Punto Azul Pálido, que muestra una pequeña Tierra reflejada en un rayo de sol.

Del mismo modo, el objetivo de ROLSES es volver a girar el visor hacia la Tierra para sentar las bases para ver el resto del cosmos.

“ROLSES no ofrecerá la misma grandeza que Pale Blue Dot de Sagan; eso es mucho que cumplir. Pero es con ese espíritu”, dijo Turner. “Estamos observando la Tierra como lo haríamos con un exoplaneta. Estamos entendiendo nuestro lugar en el universo y usándolo para intentar comprender también otros planetas”.

Fuente: Universidad de Cornell