Carl Sagan describió la Tierra vista desde el espacio como “un punto azul pálido”, y así de minúsculas serán las primeras imágenes directas que obtengamos de planetas a años luz de distancia. Cuando los nuevos mega-telescopios capten las primeras fotografías de exoplanetas, como mucho los veremos como píxeles diminutos, borrosos y grisáceos. Aún así, los investigadores ansiosos de saber si alguno de estos exoplanetas alberga vida, podrían ser capaces de encontrar algunas pistas en dichas imágenes difusas. Antes, sin embargo, deberán saber qué biomarcadores se podrán observar provenientes de mundos tan diferentes al nuestro.

Muchos equipos están empezando a investigar en esta dirección. El último en incorporarse es el Cornell’s Institute for Pale Blue Dots, inaugurado oficialmente el 9 de mayo. El instituto está trabajando para crear una base de datos de "huellas digitales de la vida”, que puedan distinguirse en la luz que llegue a los telescopios procedente de exoplanetas.

Mucha de la información que obtendremos de planetas distantes será en forma de espectro electromagnético (las longitudes de onda que emite un planeta, ya sea directamente o por medio de la luz de su estrella pasando a través de su atmósfera). Este espectro puede revelar los componentes químicos en la atmósfera del exoplaneta, e incluso a veces en su superficie. La Tierra, por ejemplo, se vería azul por el agua y verde debido a todas las plantas fotosintéticas, y además mostraría otros signos de vida. Nuestro espectro revelaría la presencia de vapor de agua –un fuerte indicio de que el planeta es habitable- así como abundante oxígeno y metano. 

Si esta última combinación de gases se observa estable con el tiempo, indicaría que el oxígeno se va renovando de alguna manera, ya que el metano degrada el oxígeno y sin embargo el oxígeno no desaparece. Tal proceso sería un indicador de la existencia de vida, pues la actividad biológica es una de las fuentes más grandes de oxígeno. La presencia de marcadores similares –oxígeno, metano, agua y tal vez incluso el verde de las plantas fotosintéticas– sugeriría que se trata de vida basada en el carbono, como la que se encuentra en la Tierra.

Por supuesto, el espectro de un exoplaneta podría ser muy diferente del nuestro, y las señales de vida mucho más difíciles de analizar. Si la atmósfera está llena de hidrocarburos, como en la superficie de Titán (la mayor luna de Saturno), la neblina haría difícil distinguir nada cercano a la superficie. Del mismo modo, nubosidades densas como la de Venus reflejan la luz e impiden ver los gases debajo de las nubes. O una vigorosa actividad geológica puede generar mucho gas y esconder pequeñas cantidades de gases creándose por otros procesos. Es por eso que los investigadores están simulando cómo se vería el espectro de un planeta en estos casos, y en muchos otros escenarios como un mundo cubierto de polvo, otro cubierto de agua, u otro orbitando alrededor de una estrella muy tenue. "En cierto modo, es un CSI para los exoplanetas," explica Lisa Kaltenegger –astrónoma y directora del nuevo instituto– refiriéndose a la gran base de datos que están generando con esas simulaciones. 

Al igual que los investigadores forenses identifican quien cometió un delito por signos como las huellas dactilares y el ADN, los investigadores de exoplanetas podrán comparar esta base de datos de espectros con las mediciones reales de los planetas, y ver así qué tipo de cuerpo genera ese espectro. Kaltenegger señala que ella no quiere perderse signos de vida solo porque se produzcan en un planeta más grande, más pequeño, más caliente, más frío, más joven o más viejo que la Tierra y los otros planetas de nuestro sistema solar.

Las simulaciones atmosféricas más sofisticadas que existen en estos momentos se construyeron para estudiar la Tierra, e incorporan detalles específicos de su atmósfera y geografía. Aunque son buenas para predicciones meteorológicas y análisis precisos, los investigadores no tienen suficientes datos de otros planetas para construir algo tan complejo con que estudiar exoplanetas. 

El grupo de Kaltenegger se centra en una simulación más simple y “unidimensional”, que modele todo el clima y la atmósfera de manera uniforme, como si sólo tuvieran un destello de todo el conjunto. Un modelo unidimensional puede incorporar y explorar el efecto de todos los diferentes tipos de gases, estructuras planetarias, tipos de estrellas y de vida que imaginable. Pero considera la atmósfera de un planeta como una mezcla uniforme; no rastrea el movimiento de las nubes sobre la superficie, sino más bien un promedio de todo el vapor de agua en el aire a la vez. Este enfoque es muy adecuado para ayudar a los astrónomos a comprender las primeras imágenes planetarias que verán, que de todas maneras serán un punto único.

A medida que los telescopios se vuelvan más sofisticados, los astrónomos obtendrán información más detallada sobre las propiedades de los exoplanetas. Habrá telescopios con instrumentos que permitirán observar el planeta directamente, gracias a la luz reflejada de su estrella, y nos darán detalles sobre su rotación, la geografía y las estaciones. Esta información puede ayudar a revelar qué características requiere la vida para sobrevivir en un mundo determinado. Por ejemplo, un mundo sin rotación (con un lado siempre hacia su sol) tendría condiciones muy diferentes –amargamente frío en un lado y ferozmente caliente en el otro– y sería habitable por organismos diferentes a los que se podrían encontrar en un planeta de temperatura más uniformemente.

Las simulaciones, a medida que sean más detalladas, podrían también revelar cosas inesperadas: cuando Dimitar Sasselov, un astrónomo del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, ayudó a modelar un planeta cubierto por completo de agua, descubrió una forma totalmente desconocida de "hielo templado”, en el fondo de un vasto océano donde la presión era tan elevada que lograba solidificar el agua. Además de eso, las olas se podían mover de forma continua a través de la superficie, sin romperse. Este escenario permite a los científicos considerar qué características necesita la vida para aparecer y persistir en determinadas condiciones, considerando tanto la biología que conocemos como otras opciones alienígenas.

Las simulaciones también permitirán desenmascarar marcadores que parecieran indicar presencia de vida, pero que podrían ser creados por procesos no biológicos. Victoria Meadows, investigadora principal del Virtual Planet Laboratory de la Universidad de Washington, dice que predecir marcadores engañosos ha llevado a muchos de los descubrimientos de su grupo. Por ejemplo, el laboratorio publicó recientemente un documento describiendo cuatro maneras distintas de generar oxígeno sin que la vida esté involucrada. Conociéndolos, pueden diseñar otras mediciones que los telescopios deberán tomar para descartar esas causas alternativas. También pueden señalar qué huellas espectrales serían las más claramente reveladoras de la existencia de vida.

Estas herramientas de simulación son solo un primer paso: para identificar qué formas podría tomar la vida, y qué biomarcadores podrían generar dichas seres vivos, los astrónomos se están asociando con otras disciplinas y empiezan a visitar los laboratorios de biología. Por ejemplo, el grupo de Kaltenegger ha estudiado los espectros de 137 microorganismos, incluidos los extremófilos que prosperan en los ambientes más inhóspitos de la Tierra. Este catálogo de color proporciona datos que los próximos telescopios verían si los organismos dominantes del planeta estuvieran adaptados a ambientes muy diferentes, de manera que los podríamos reconocer desde lejos. 

La Iniciativa Orígenes de la Vida de Sasselov agrupa gente de todas las disciplinas para ejecutar experimentos que exploran los ingredientes y pasos necesarios para crear vida. En esencia, se preguntan: Si observáramos la Tierra primitiva a través de un telescopio, ¿cómo podríamos reconocer la vida en ella? También están pensando en qué formas de vida completamente diferentes podrían surgir, y cómo. "Nos encontraremos con un montón de cosas que no hayamos considerado, pero estamos tratando de imaginar un mundo tan diverso y fascinante como podamos", dice Kaltenegger, "para no perder marcadores si podemos evitarlo".

El telescopio espacial Kepler nos mostró cuán comunes son los exoplanetas, con solo analizar el ligero oscurecimiento que causan en la luz de las estrellas cuando transitan, o cuando pasan por delante de sus estrellas. TESS, una misión similar para buscar planetas más cercanos a la Tierra, identificará opciones lo suficientemente brillantes que permitan ser examinadas con más detalle. Cuando las herramientas futuras, como el Telescopio Espacial James Webb (que estará operativo en 2018) dirijan su mirada a los exoplanetas, van a tener una muy corta oportunidad de analizar los detalles de sus atmósferas, cuando la luz de las estrellas pase a través de ellas. 

Los telescopios del futuro ya serán capaces de ver un punto de color de la superficie real. Para entonces, los investigadores de exoplanetas quieren estar preparados; están construyendo un vasto panorama de lo que puede ser la vida, cómo podría manifestarse, y cómo verificar que es real, para saber exactamente lo que deben buscar en esa pequeña mancha de color.

"Estamos en un mundo en que lo familiar no es necesariamente lo que vemos ahí fuera", dice Sasselov. "Este es el gran problema, pero también la gran oportunidad".