Se denomina exoplaneta o planeta extrasolar a aquel planeta que se encuentra fuera de nuestro Sistema Solar. Si bien durante mucho tiempo se supuso su existencia, no ha sido hasta muy recientemente cuando se ha confirmado su existencia. El descubrimiento en 1992 del primero de ellos alentó el estudio sobre la posibilidad de vida extraterrestre. El objetivo del presente artículo es intentar emular, con carácter educativo, uno de los sistemas de detección de exoplanetas.
1.- Introducción.
Ante la pregunta de si estamos solos en el Universo los científicos se plantean la posibilidad de vida extraterrestre. Una forma de medir dicha probabilidad es mediante la ecuación de Drake, que es un modelo simple de estimar el número posible de civilizaciones extraterrestres en la Vía Láctea. Dicho cálculo requiere el conocer la posibilidad de que una estrella contenga planetas, lo que explica que la identificación de los primeros exoplanetas renovara el interés por la existencia de vida alienígena.
2.- Detección de exoplanetas.
La detección de planetas extrasolares mediante la observación visual directa sería el método que más información proporcionaría, pero este sistema es en la actualidad impracticable salvo en casos excepcionales. La falta de éxito de este sistema obliga al uso de métodos indirectos. El motivo por el que la visualización directa es tan difícil radica en que la luz que vemos reflejada por un planeta es comparativamente mucho menor que la de la estrella, del orden de una millonésima parte inferior. Es decir, la luz directa de la estrella suele deslumbrar respecto de la reflejada por el planeta. Los pocos casos en los que la visualización directa tiene éxito son aquellos en los que los exoplanetas son excepcionalmente grandes o muy alejados de la estrella
3.- Tránsito astronómico.
Se denomina tránsito al fenómeno en el que un astro pasa entre otro astro y el punto de observación. Dada esta situación, el astro que pasa delante del otro astro limita su visibilidad. Desde la Tierra podemos ver tránsitos planetarios, este fenómeno ocurre generalmente con Venus y Mercurio, distinguiéndose su silueta al pasar por delante del Sol. Otro fenómeno más espectacular, el eclipse solar, se considera también como tránsito astronómico. También son visibles los tránsitos de satélites sobre su planeta, como el de Titán sobre Saturno, que además deja ver su sombra sobre la superficie del planeta.
Imagen de Venus en tránsito delante del Sol.
El gráfico anterior es una simulación en el que se representa la variación de la luminosidad motivada por el tránsito. La curva está normalizada verticalmente, y en el eje horizontal tenemos el transcurso temporal en número de horas. El valor importante a destacar de la gráfica es el intervalo existente entre los picos, que viene determinado por el tiempo de tránsito.
4.- Exoplanetas NXT: Experimento con LEGO MINDSTORMS NXT.
Hemos planteado un experimento que utiliza el estudio del tránsito para descubrir si existen planetas orbitando alrededor de una estrella. Queremos comprobar si con el hardware disponible a nuestro alcance somos capaces de realizar una emulación de un pequeño sistema solar artificial, con una estrella y dos planetas orbitando a su alrededor, y de descubrir si, a través de la medida de infrarrojos realizada por nuestro satélite, somos capaces de discriminar los tránsitos de los planetas. Como “estrella” hemos usado la IR Ball, que ya usamos en artículos anteriores. A falta de la misma también se puede emplear una lámpara con bombilla incandescente o halógeno, puesto que necesitamos que se caliente y emita infrarrojos. Como planetas valdría cualquier objeto opaco.
Alrededor de esta estrella orbitan dos planetas con trayectorias diferentes y a diferente velocidad, controlados con un Mindstorms con dos motores. Las velocidades de los motores son diferentes, para que los ciclos de los planetas no coincidan. A continuación podemos ver un detalle de la mecánica que produce los movimientos de los tres astros.
Observando este sistema solar se encuentra un satélite. Como la estrella emite infrarrojos, el satélite está equipado con un Sensor de Búsqueda IR NXT para medir su emisión.
Con este experimento queremos comprobar si es posible descubrir el tránsito de algún planeta por delante de la estrella. En teoría, la estrella emite constantemente al mismo nivel, aunque presuponemos que habrá una ligera oscilación en la intensidad y que la recepción de los infrarrojos no será totalmente constante, debido a las limitaciones del sensor. Si un planeta pasa entre la estrella y el sensor, el nivel de infrarrojos recibido será menor que el de la estrella en cierto momento, que se repetirá a intervalos regulares.
Representación artística del experimento.
Aquí mostramos el programa del satélite, que es bastante sencillo. Básicamente es un bucle de 30 segundos de duración durante el cual se generan dos archivos: uno recoge los datos que recibe el sensor de infrarrojos y el otro recoge los datos del milisegundo en el que se toma la medida.
A continuación podemos ver un vídeo del experimento:
Y estos son los resultados que hemos obtenido. Hemos generado una gráfica que representa en el eje vertical el nivel de intensidad de los infrarrojos recibidos por el sensor, y en el eje horizontal el tiempo, en un intervalo de 30 segundos.
Se puede observar que si la estrella no tuviese ningún planeta la oscilación sería mínima. En el caso de que la estrella tenga un planeta, se pueden observar los picos en los que el planeta eclipsa la vista de la estrella, que se repiten a intervalos regulares. Si hay dos planetas se pueden observar dos intervalos diferentes, uno más corto y uno más largo. El más corto coincide con el intervalo del caso en el que había un planeta. El más largo es prácticamente 1,5 veces el corto, con lo cual coincide una de cada dos vueltas. Podemos ver un poco mejor los ciclos en la siguiente imagen.
Ahora ya sabéis cómo detectar planetas en el espacio exterior con nuestros robots. Aún así no aconsejamos lanzar un NXT al espacio… de momento.
5.- Conclusión.
Con el presente artículo mostramos la posibilidad de realizar tanto un experimento atípico como el darle un uso también atípico, tanto al sensor de infrarrojos como a la bola emisora de infrarrojos. En el futuro tenemos previsto realizar un segundo artículo ampliando las posibilidades del experimento, puesto que la elevada sensibilidad del sensor lo permite. Como opciones futuras para mejorar el experimento puede analizarse cuál es la influencia de los siguientes factores bien en la intensidad relativa de la señal recibida o en el período del tránsito medido modificando:
- Las distancias entre planetas y estrella.
- Las distancias entre estrella y satélite.
- Tamaño de los planetas.
- Tamaño relativo entre los planetas.
- Planeta orbitando en un plano distinto al del satélite, etc.
6.- Información adicional:
- Ecuación de Drake.
- The SAO/NASA Astrophysics Data System.
- Simulador de tránsito de exoplanetas.