Espejo rectangular en vez de redondo, ¿hacia una nueva revolución en la astronomía?

Observar planetas de otros sistemas solares y determinar sus posibilidades de albergar vida es una tarea muy difícil con los telescopios actuales, incluyendo los ubicados fuera de la atmósfera terrestre. El diámetro de los espejos de los telescopios ha crecido más y más, hasta llegar a un punto en que parece poco viable que pueda aumentarse mucho más. Unos científicos proponen ahora un espejo rectangular para lograr en un telescopio espacial los mismos resultados que se conseguirían con uno redondo de diámetro enorme.

La Tierra alberga la única vida conocida en el universo, la cual depende en gran medida de la presencia de agua líquida para facilitar las reacciones químicas necesarias. Si bien la vida unicelular comenzó a existir no mucho tiempo después de la formación de la Tierra, la vida pluricelular tardó aproximadamente tres mil millones de años en surgir. La vida humana existe desde hace menos de una diezmilésima parte de la edad de la Tierra.

Todo esto sugiere que la vida podría ser común en planetas con agua líquida, pero podría ser poco común encontrar formas de vida que estudien el universo y viajen por el espacio, como lo hacemos nosotros. Para encontrar vida extraterrestre, podríamos necesitar viajar hasta ella.

Por desgracia, la inmensidad del cosmos, sumada a la imposibilidad de viajar o comunicarse a una velocidad superior a la de la luz, limita muchísimo nuestra capacidad de exploración. Solo las estrellas más cercanas al Sol podrían ser visitadas durante el tiempo que dura una vida humana normal, incluso por una sonda espacial. Además, solo las estrellas similares en tamaño y temperatura al Sol duran un tiempo lo bastante largo y tienen una actividad lo suficientemente estable como para que la vida pluricelular tenga tiempo de surgir. Por esta razón, las estrellas a investigar más interesantes para la astrobiología son las aproximadamente 60 estrellas similares al Sol que se encuentran a menos de 30 años-luz de distancia de nosotros. Los planetas más prometedores en órbita a estas estrellas son todos aquellos que tengan tamaños y temperaturas similares a los de la Tierra, dado que eso debería permitir la existencia de una superficie sólida, en contraposición a lo que sucede en los planetas gigantes gaseosos, y masas de agua líquida sobre dicha superficie.

Sin embargo, observar un exoplaneta (planeta de fuera de nuestro sistema solar) similar a la Tierra sin interferencia de la estrella en torno a la cual orbita es un gran desafío. Incluso en el mejor de los casos, la estrella es un millón de veces más brillante que el planeta. La cercanía entre ambos y la enorme diferencia de brillo hace tremendamente difícil discernir el planeta.

La teoría óptica afirma que la mejor resolución que se puede obtener en las imágenes de un telescopio depende del tamaño del telescopio y de la longitud de onda de la luz observada. Los planetas con agua líquida emiten la mayor cantidad de luz en longitudes de onda de alrededor de 10 micras (el grosor de un pelo humano fino y 20 veces la longitud de onda típica de la luz visible). A esta longitud de onda, un telescopio necesita captar luz a una distancia de al menos 20 metros para disponer de la resolución suficiente que le permita separar la Tierra del Sol en sus imágenes desde una distancia de 30 años luz. Además, el telescopio debe estar en el espacio, ya que mirar a través de la atmósfera terrestre distorsionaría demasiado la imagen. Sin embargo, nuestro telescopio espacial más grande, el James Webb (JWST), tiene tan solo 6,5 metros de diámetro, y su lanzamiento al espacio fue extremadamente difícil.

Dado que poner en órbita un telescopio espacial de 20 metros de diámetro en perfectas condiciones parece inalcanzable con la tecnología actual, se ha optado por buscar otras soluciones. Una de ellos consiste en lanzar al espacio varios telescopios más pequeños que mantengan distancias extremadamente precisas entre ellos, de modo que el conjunto actúe como un solo telescopio de gran diámetro. Sin embargo, mantener con suficiente precisión la posición requerida de cada uno de ellos (que debe calibrarse al tamaño de una molécula típica) tampoco es viable actualmente.

Otras propuestas recurren a luz de longitud de onda más corta, lo que permite utilizar un telescopio más pequeño. Sin embargo, en luz visible, una estrella similar al Sol es más de 10.000 millones de veces más brillante que la Tierra. En este caso, bloquear la luz estelar lo bastante para poder ver el planeta está fuera de nuestras capacidades actuales, incluso si, en principio, la imagen tiene la resolución suficiente.

Una estrategia para bloquear la luz estelar en la medida requerida para la finalidad antedicha consiste en situar una nave espacial de decenas de metros de diámetro a una distancia de decenas de miles de kilómetros frente al telescopio espacial, de modo que ejerza una función similar a la de un parasol o un coronógrafo y bloquee la luz de la estrella sin bloquear la luz de un planeta cercano a ella. Sin embargo, apuntar el telescopio a estrellas diferentes implicaría mover el parasol miles de kilómetros, lo cual conduciría a un consumo inviable de combustible.

En definitiva, parece que con el nivel tecnológico actual no hay ninguna opción viable. Sin embargo, aquí entra en escena un equipo integrado, entre otros, por Heidi Jo Newberg y Leaf Swordy, del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, Nueva York, Estados Unidos, que ha ideado una solución muy ingeniosa.

Newberg y sus colegas han determinado que es posible encontrar planetas cercanos similares a la Tierra que orbitan alrededor de estrellas parecidas al Sol empleando para ello un telescopio de tamaño similar al JWST, que opere aproximadamente a la misma longitud de onda infrarroja (10 micras) que el JWST, siempre y cuando disponga de un espejo rectangular de 1 x 20 metros en vez de uno redondo con 6,5 metros de diámetro.

Con un espejo de esta forma y tamaño, es posible separar visualmente una estrella de un exoplaneta en la dirección de la longitud del espejo del telescopio, ya que en tal caso, son los 20 metros los que cuentan. Para encontrar exoplanetas en cualquier posición alrededor de una estrella, se puede rotar el espejo para que su eje longitudinal se alinee con la estrella y el planeta.

Los cálculos realizados por Newberg y sus colegas indican que, en principio, un telescopio espacial con este diseño sería capaz de encontrar en menos de tres años la mitad de todos los planetas similares a la Tierra que se estima que existen en órbita a estrellas similares al Sol en un radio de 30 años-luz. Aunque este revolucionario diseño necesita todavía ser refinado, todo lo necesario para llevarlo a la práctica resulta ya factible con el nivel tecnológico actual.

El equipo de Newberg y Swordy expone los detalles técnicos de su innovador diseño en la revista académica Frontiers in Astronomy and Space Sciences, bajo el título “The Case for a Rectangular Format Space Telescope for Finding Exoplanets”. (Fuente: NCYT de Amazings)