Exoplanetas. ¿Estamos solos?
Datos del Proyecto
- https://youtu.be/CtsVWjGWxZU
- https://youtu.be/4Fh55oKxabk
- https://drive.google.com/file/d/14hKBw1kl0JbUjTVbBvEs6sAsY6Yo_C8S/view?usp=sharing
- https://docs.google.com/document/d/1eKEuIw6snhR7mwiF142betBxjImd8cwL5HpOt6Dx5FA/edit?usp=sharing
- https://drive.google.com/file/d/19juALJTaW_r73wZT3wFBCjpBC856Yu43/view?usp=sharing
Descripción de la Experiencia
Nuestro planeta, y la vida en él, dependen del Sol, nuestra estrella. Conocemos cómo es el ciclo de vida de las estrellas (cómo se forman, evolucionan y terminan) y sabemos que nuestro Sol está aproximadamente en la mitad de su vida y dentro de unos 4500 millones de años se convertirá en una gigante roja aumentando su tamaño y engullendo Mercurio, Venus y posiblemente la Tierra. Por tanto, es un hecho que la Tierra no existirá siempre y nuestra forma de vida en ella tampoco, lo cual no suele dejar a nadie indiferente.
La Tierra es el único lugar que conocemos que alberga vida. Es especial porque está cubierta de agua en forma líquida. Pero, ¿podría haber otra «Tierra» en algún lugar de la inmensidad del espacio? Los instrumentos modernos están ayudando a aprender más sobre estos mundos, conocidos como exoplanetas.
Nuestro proyecto trata de acercar estos mundos al alumnado y al público en general.
Hemos construido una maqueta del telescopio espacial Kepler, cuya misión llegó a su fin en 2018, después de descubrir alrededor de 2700 exoplanetas, cambiando nuestra comprensión de la Vía Láctea. Con la maqueta como reclamo de atención, planteamos al público interrogantes a los que pretendemos dar respuesta. ¿Qué es un exoplaneta? ¿Cuántos se conocen? ¿Pueden albergar vida? ¿Cómo se detectan?
Tomando como partida los recursos ofrecidos por ESERO (Oficina de Recursos educativos de la Agencia Espacial Europea), hemos construido un módulo «Cazaplanetas» demostrativo del método con el que se han detectado más exoplanetas, el método del tránsito. Aprovechamos para mostrar al público cómo calcular el radio de los exoplanetas, detectados con este método.
Damos a conocer misiones pasadas como KEPLER y misiones actuales y futuras como CHEOPS, PLATO y ARIEL, de la Agencia Espacial Europea (ESA), así como el proyecto CARMENES, destacando la contribución española.
¿Qué es un exoplaneta? ¿Cuántos se conocen?
Un planeta extrasolar o exoplaneta es un planeta que orbita una estrella diferente al Sol y que, por lo tanto, no pertenece al sistema solar.
La primera detección confirmada de un planeta extrasolar orbitando alrededor de una estrella de la secuencia principal (Dimidio-51 Pegasi b), se hizo en 1995 por los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz.
Desde entonces, los avances en telescopios espaciales y terrestres han aumentado ese número hasta alcanzar los 4000 confirmados el pasado 12 de marzo de 2019, según La Enciclopedia de Planetas Extrasolares (http://exoplanet.eu/)
¿Por qué estudiar exoplanetas? ¿Pueden albergar vida?
Aprender más sobre los exoplanetas y la formación de jóvenes sistemas planetarios puede ayudarnos a entender mejor nuestro propio Sistema Solar y su formación. Además de intentar resolver la fascinante pregunta ¿hay vida en algún otro lugar del Universo?
Cada estrella tiene su propia “zona habitable”. Esta región alrededor de las estrellas suele depender del rango de temperatura en el que puede existir agua líquida en la superficie de un planeta. La distancia de esta zona a su estrella, así como su extensión, dependerán de la energía que emita la estrella y de cuánta energía sea absorbida por el planeta.
Zona de habitabilidad Sistema Solar y TRAPPIST-1
¿Cómo se detectan?
| Método de detección | Descripción | Más información | Nº planetas descubiertos* (enero 2018) | Misión
Telescopio |
| Tránsito | Se produce un tránsito cuando un planeta se mueve entre nosotros y la estrella que está orbitando. Cuando esto ocurre, el planeta bloquea algo de la luz de la estrella. Esto provoca una ligera pero periódica disminución de la cantidad de luz detectada desde la estrella. | Para que este método se pueda utilizar el planeta tiene que pasar delante de la estrella a lo largo de la línea de visión del observador. Es más favorable cuando los planetas están cerca de la estrella. La importancia de este método de detección radica en que con él es posible inferir el período orbital del planeta, su tamaño, su masa e información sobre su atmósfera. | 2780 | SuperWASP
CoRoT Kepler & K2 |
| Velocidad radial | Cuando un planeta orbita alrededor de una estrella hace que ésta también se mueva o tambalee. La estrella orbita alrededor del centro de masa de todo el sistema planetario. Este movimiento causará cambios en las líneas espectrales de la estrella debido al efecto Doppler. | De la amplitud y el período del desplazamiento Doppler se puede saber el número de planetas que orbitan una estrella. Cuanto mayor es la masa del planeta, mayor es el efecto que tiene sobre la estrella, por lo que los planetas más pesados suelen describirse usando este método. | 741 | Harps
Espresso Carmenes |
| Imagen directa o detección directa | Para poder obtener la imagen directamente, la luz de la estrella necesita ser enmascarada de alguna manera, ya que de lo contrario ahogaría la luz del planeta. Esto puede lograrse usando un instrumento que bloquee la superficie brillante de la estrella u observando en longitudes de onda infrarrojas en lugar de visibles. | Usando este método se pueden encontrar menos exoplanetas ya que a menudo la estrella es demasiado brillante.
La imagen directa se limita a observar planetas que están más distantes de la estrella. |
92 | Sphere Gemini
Planet Imager |
| Microlente gravitacional | Una estrella y su exoplaneta pueden hacer que la luz de una estrella más lejana se doble, debido a su campo gravitatorio. Este efecto actúa como una lente. La gravedad de una estrella y de un planeta puede doblar y enfocar la luz de una estrella más distante de modo que parezca más brillante visto por un observador. | Pocos planetas son detectados usando este método, ya que requiere una alineación altamente improbable entre todos los cuerpos. Si se detecta un planeta mediante la microlente gravitacional el fenómeno nos puede dar información sobre la distancia del planeta a su estrella y sobre su masa. | 65 | Ogle |
| Astrometría | Al igual que el método de la velocidad radial, implica buscar el pequeño bamboleo de una estrella causado por un planeta que la orbita. Sin embargo, en este método la estrella parece describir una pequeña circunferencia contra el cielo de fondo. El radio de esta circunferencia depende de la masa del planeta y de su distancia a la estrella. | La astrometría requiere mediciones repetidas de la misma estrella durante un período de tiempo. También requiere instrumentos extremadamente precisos para medir los movimientos de la estrella. | 1 | Gaia |
| Otros | 49 | Gaia |
* Fuente http://exoplanet.eu/ Tabla obtenida del recurso ESERO “Detective de Exoplanetas”
Explicación Métodos de detección
Nuestro Módulo «Cazaplanetas»
El módulo «Cazaplanetas» es un modelo físico de dos exoplanetas en tránsito para comprender cómo las variaciones observadas en la luz de una estrella pueden usarse para detectar exoplanetas (método del tránsito)
Hemos construido una caja de madera de (70 cm x 20 cm x 20 cm), pintada de negro en su interior y exterior y adornada en los laterales con imágenes del Doodle que Google publicó con motivo del descubrimiento del sistema Trappist-1.
En una de las caras de 20 x 20, hemos colocado una webcam, que captará la luz de una esfera amarilla de 3 cm de radio, en la que hemos introducido unos LEDs, que simula nuestra estrella.
En la cara superior hemos colocado un motor, encima de la esfera, que nos permite hacer transitar dos esferas de corcho de distinto tamaño (pueden cambiarse).
Utilizamos la aplicación LightGrapher para obtener la gráfica de luminosidad en función del tiempo.
Este método del tránsito es particularmente útil para calcular el radio de un exoplaneta por el porcentaje de oscurecimiento en el brillo de la estrella causado por el planeta. La luz que recibimos de la estrella es directamente proporcional al área del disco de la estrella. El cambio relativo en el brillo es igual a la relación del área de los discos de la estrella y el planeta.
Demostración del funcionamiento del módulo y del cálculo del radio
Nuestra Maqueta
Nuestra maqueta del Telescopio espacial Kepler, el cazador de planetas de la NASA, está realizada a escala 1 : 4, lo que supone unas dimensiones de 1,2 m x 0,7 m. Se trata de una base con forma de prisma hexagonal que incorpora los principales instrumentos, que hemos tratado de recrear, un cuerpo cilíndrico, donde se encuentra el fotómetro, y los paneles solares.
Misiones presentes y futuras. Contribución española
En Calar Alto (Almería), el Observatorio Astronómico más importante de la Europa continental trabajan en el Programa CARMENES, referente a nivel mundial en la búsqueda de planetas tipo Tierra en zona de habitabilidad de enanas rojas.
La Agencia Espacial Europea (ESA) se lanza a la caracterización de exoplanetas con una ambiciosa serie de misiones: CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite – 2019), refinará las mediciones del tamaño de cientos de mundos para estimar su composición; PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars – 2016), con el objetivo de buscar y estudiar sistemas planetarios extrasolares, especialmente planetas rocosos y estrellas de tipo solar y sus zonas habitables; y ARIEL ((Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey – <2030), analizará las atmósferas de exoplanetas a nivel químico.
Grupo Philae – Aula de Astronomía «Rosetta»
Para llevar a cabo este proyecto, hemos trabajado durante todo el curso, los lunes por la tarde, en el Aula de Astronomía «Rosetta» del I.E.S. José Manuel Caballero Bonald de Jerez de la Frontera. Forma parte del Grupo para la Divulgación y Enseñanza de Astronomía «Philae», creado en el centro en 2014.
Con este proyecto, hemos participado en la VII Feria de la Ciencia en la Calle de Jerez, en la 22ª Feria de la Ciencia de Andalucía, en el Parque de las Ciencias de Granada», y hemos ganado el Primer Premio en la modalidad de Secundaria, en el XIX Concurso de Módulos Interactivos del Centro de Ciencia «Principia» de Málaga.
Imagen de Jonny Lindner en Pixabay
Sobre el colaborador
Francisco Javier Pérez Barbero De Cádiz. Licenciado en Matemáticas. Profesor de matemáticas en Secundaria y Bachillerato. Actualmente en el I.E.S. José M. Caballero Bonald de Jerez de la Frontera.
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