≫ Cómo obtener imágenes de un exoplaneta con solo unos pocos píxeles: cielo y telescopio

Imagen DSCOVR de la Tierra — Una vista DSCOVR reciente de la Tierra. Los astrónomos estudian imágenes DSCOVR como esta para probar técnicas que algún día podrían usarse para obtener imágenes de exoplanetas. Vea las imágenes diarias de DSCOVR aquí.
*Equipo EPIC de la NASA*

Los astrónomos pueden obtener imágenes directas de exoplanetas, una hazaña en sí misma. Pero bajo ciertas circunstancias, una nueva técnica podría permitirnos por primera vez revelar detalles sobre la superficie de un planeta.

Por lo general, la luz de una estrella elimina la luz reflejada de cualquier exoplaneta en órbita a su alrededor. Entonces, las imágenes directas actuales son de grandes exoplanetas en órbitas lejanas que son muy jóvenes. Estos mundos pueden ser representados porque aún brillan con el calor de la formación. Pero tales imágenes no revelan detalles superficiales.

Sin embargo, pronto, las mejoras en la tecnología de imágenes podrían permitir determinar con solo unos pocos píxeles si un exoplaneta terrestre tiene océanos y continentes, argumenta Atsuki Kuwata (Universidad de Tokio). La prueba de concepto aparecerá en Diario astrofísico (preimpresión disponible aquí).

Mapa de entrada de la Tierra — Este mapa muestra una representación simple de una Tierra sin nubes. Kuwata y su equipo usaron este mapa como prueba de concepto antes de convertir su técnica en datos reales de DSCOVR. Gris, blanco y negro en el mapa corresponden a vegetación, tierra y océano, respectivamente.
*Kuwata et al. / Revista Astrofísica 2022*

La clave, dice Kuwata, no es resolver completamente la superficie, sino recopilar datos a medida que el mundo gira. Las variaciones de brillo pueden revelar contrastes superficiales. “Se puede decodificar una distribución superficial bidimensional a partir de las variaciones diurnas y estacionales de la luz reflejada”, explica Kuwata.

Kuwata y su equipo aplicaron su técnica a los datos del satélite de observación de la Tierra DSCOVR. Su cámara, EPIC, proporciona mediciones detalladas de ozono, aerosoles, reflectividad de las nubes, altura de las nubes, propiedades de la vegetación y estimaciones de radiación UV en la superficie de la Tierra.

Los investigadores primero limpiaron las imágenes, eliminando tantas nubes como pudieron, luego «simplificaron» los datos detallados para que nuestro mundo apareciera como un exoplaneta distante. Luego aplicaron su análisis, revelando patrones que identificaron como océanos y cobertura de nubes. También encontraron dos componentes que identificaron como tierra.

«Uno de los [land] Los componentes capturados son el desierto del Sahara”, explica Kuwata, “y el otro corresponde aproximadamente a la vegetación, aunque sus espectros aún están contaminados por las nubes”.

Tierra, ROJOROJO — El equipo de Kuwata finalmente usó el monitoreo a largo plazo de la Tierra de DSCOVR para probar su técnica de procesamiento de imágenes. Este es el resultado: un mapa que elimina la mayoría de las nubes y separa los continentes de los océanos. Todavía hay margen de mejora, reconocen los autores: el mapa no separa tan claramente la tierra (rojo) de la vegetación (verde), y también tergiversa la Antártida como vegetación.
*Kuwata et al. / Revista Astrofísica 2022*

Kuwata advierte que este método solo funcionará en superficies rocosas. “Dado que este estudio asume componentes estáticos, como los continentes, no podemos aplicarlos directamente a los dinámicos, como el gas. [giants],» él dice.

También hay límites de tiempo y distancia para la técnica desarrollada por el equipo. Para empezar, necesitan observar la superficie completa del planeta en el transcurso de su día y año para desentrañar el giro y la rotación orbital.

«En términos generales, necesitamos pasar varios días al mes durante un año de observación usando un telescopio de 8 metros con un coronógrafo perfecto, para un análogo de la Tierra a 16 años luz», dice el miembro del equipo Hajime Kawahara (Universidad de Tokio).

Determinar las superficies de los exoplanetas terrestres utilizando la técnica desarrollada por Kuwata y su equipo dependerá de la calidad de los datos recopilados, dice Timothy Brandt (Universidad de California). «Ya se ha utilizado una técnica similar (a la de Kuwata) para mapear las variaciones de temperatura en un Júpiter caliente bloqueado por mareas (HD 189733)», dice Brandt.

La NASA planea volar un telescopio espacial de 6 metros para la década de 2030, lo que permitirá obtener imágenes directas de unas dos docenas de planetas similares a la Tierra cercanos. Esos datos probablemente serán susceptibles a esta nueva técnica. “Para exoplanetas a 1000 años luz de distancia, se requieren telescopios espaciales más grandes”, dice Kawahara.