Los océanos de nuestro planeta generan firmas luminosas reveladoras cuando la luz del sol se refleja en ellos. Los exoplanetas con una cobertura oceánica significativa pueden hacer lo mismo. ¿Podemos usar las firmas de reflectancia de la Tierra para identificar otros mundos similares a la Tierra con grandes océanos?

Deberíamos poder, eventualmente.

Un nuevo estudio examinó las firmas de luz que se reflejan en los océanos de la Tierra y exploró su flujo y polarización. Los investigadores modelaron dos Tierras:un planeta seco y un planeta húmedo con nubes y atmósfera similares a las de la Tierra. Luego simularon cómo se reflejaría la luz de esos planetas en diferentes condiciones. Descubrieron que solo un océano puede causar que la polarización de la luz disminuya de formas específicas.

El estudio se titula "Firmas oceánicas en el espectro total de flujo y polarización de exoplanetas similares a la Tierra". La revista Astronomía y Astrofísica lo publicará, pero actualmente está disponible en línea en el sitio de preimpresión arxiv.org. Los autores son V. J. H. Trees y D. M. Stam. Trees es del Instituto Meteorológico Real de los Países Bajos y Stam es de la Universidad Tecnológica de Delft.

Los científicos han encontrado vapor de agua en exoplanetas, pero se detecta espectroscópicamente cuando el planeta está frente a su estrella y la luz de la estrella atraviesa la atmósfera. Esas observaciones revelaron la firma molecular del agua, pero actualmente no hay forma de saber si hay un océano. "... las observaciones reales de los océanos de agua líquida solo son posibles mediante la detección directa de la luz de las estrellas reflejada por el planeta", afirma el documento.

Algunas estimaciones científicas muestran que hasta una cuarta parte de los exoplanetas conocidos tienen océanos, aunque gran parte de esa agua puede estar en los océanos subterráneos. En nuestro sistema solar, solo el planeta Tierra tiene océanos superficiales. Múltiples lunas en el sistema solar tienen océanos subterráneos, y algunos de los planetas enanos probablemente también los tengan.

No estamos cerca de detectar océanos bajo la superficie en exolunas, pero a medida que avanza la tecnología de los telescopios, es posible que podamos detectar océanos en planetas similares a la Tierra. Como escriben los autores de este artículo, "las simulaciones numéricas de la luz de las estrellas que se reflejan en los exoplanetas similares a la Tierra predicen las firmas de habitabilidad que se pueden buscar con futuros telescopios".

Los investigadores calcularon tres cosas en sus simulaciones numéricas de exoplanetas:flujo total (F), flujo polarizado (Q) y grado de polarización (Ps). Modelaron los océanos de una manera particular. "Los océanos consisten en superficies reflectantes de Fresnel con olas agitadas por el viento, espuma y sombras de olas, sobre el agua de mar azul natural", explican. La reflexión de Fresnel es cuando la luz reflejada está en el mismo plano que la luz incidente. También se llama polarización paralela, nombrada así por Augustin-Jean Fresnel. Inventó una lente utilizada en los faros que enfoca la luz en un haz más estrecho.

Es importante medir la polarización de la luz de los océanos porque no se espera que la luz de las estrellas esté polarizada. Además, mientras que las señales de luz se degradan con la distancia, el grado de polarización no lo hace. Desafortunadamente, los astrónomos aún no pueden medir la polarización reflejada por el océano. "Los telescopios terrestres y espaciales actuales no son capaces de medir la luz polarizada que reflejan los exoplanetas similares a la Tierra", explican los autores.

Pero eso cambiará.

El próximo European Extremely Large Telescope (E-ELT) y el Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), un concepto de telescopio espacial desarrollado por la NASA, podrán medir la luz polarizada. Se utilizarán modelos numéricos como los de este estudio para diseñar los instrumentos y los procedimientos de observación necesarios para detectar la polarización de la luz reflejada por los exo-océanos.

Una de las conclusiones principales de este trabajo se refiere al grado de polarización o Ps. La siguiente imagen compara las P de los planetas secos sin nubes con las de los planetas oceánicos sin nubes.

La conclusión principal es que Ps solo cae en ciertas circunstancias, que se pueden medir. Como señalan los autores, "las caídas en Ps solo se observan en los planetas oceánicos y solo cuando el brillo está libre de nubes". Ese es un resumen simplificado de sus resultados, pero muestra que están en lo cierto.

Si, o con suerte cuando, descubramos un exoplaneta con un océano, será un evento histórico. La comunidad de la ciencia espacial está bastante segura de que están ahí afuera y tienen una gran posibilidad de sustentar vida. Aparecen indicios de exo-océanos cuando los científicos miden la densidad de un exoplaneta frente a su tamaño. Pero tal como está, no hay forma de saber con certeza si estamos detectando un océano en la superficie.

Estos investigadores han estado trabajando en el problema de detectar exo-océanos durante un tiempo y han publicado otros artículos que abordan el tema. Si sus simulaciones son correctas, es posible que estemos desarrollando una forma confiable de detectar mundos oceánicos a grandes distancias. El E-ELT verá la primera luz alrededor de 2027 y será capaz de detectar la luz estelar polarizada reflejada en los océanos.

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