Primera detección de oxígeno pesado en la atmósfera superior terrestre
El ya retirado Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA) consiguió realizar la primera medición de oxígeno atómico pesado en la atmósfera superior de la Tierra.
El oxígeno pesado se denomina así porque tiene 10 neutrones, en lugar de los ocho normales del oxígeno "principal", la forma que respiramos. El oxígeno pesado se considera una señal de actividad biológica, común en la baja atmósfera. Ambas formas son subproductos de la fotosíntesis, pero el oxígeno principal se consume más por la respiración de los seres vivos que su homólogo pesado, dejando una mayor concentración de oxígeno pesado.
Sin embargo, poco se sabe sobre cómo esta abundancia de oxígeno pesado penetra desde el lugar de su creación, cerca del suelo, hasta las regiones más altas de la atmósfera. Gracias a su alta resolución espectral, el instrumento GREAT de SOFIA midió la proporción entre oxígeno principal y pesado en la mesosfera y la baja termosfera, lo que supuso la primera detección espectroscópica de oxígeno pesado fuera de un laboratorio.
"El rastreo de la actividad biológica está demostrado", afirma en un comunicado Helmut Wiesemeyer, científico del Instituto Max Planck de Radioastronomía. "Hasta ahora, se pensaba que la altitud a la que se extendía esta firma era de 60 kilómetros -por tanto, apenas la parte inferior de la mesosfera- y la pregunta era, ¿alcanza altitudes mayores? Y si lo hace, como no hay organismos vivos allí arriba, la única forma de alcanzar mayores altitudes sería una mezcla vertical eficiente".
En otras palabras, la única explicación para las grandes concentraciones de oxígeno pesado en estas regiones es el movimiento ascendente y descendente del aire, lo que puede tener importantes implicaciones para el cambio climático.
Medir el oxígeno pesado es complejo porque se parece mucho al oxígeno principal. Desde lo alto de la estratosfera, SOFIA pudo separar ambos elementos con un telón de fondo lunar: el brillo de la Luna permitió obtener la máxima sensibilidad a estas características difíciles de distinguir.
Esto permitió a los investigadores medir la relación entre el oxígeno principal y el pesado hasta 200 kilómetros en la atmósfera. Los resultados -publicados en Physical Review Research- oscilaron entre una diferencia de 382 y 468 factores en los dos tipos de oxígeno, similar a la proporción en tierra.
"Hay procesos que alteran estas proporciones. En el caso de la Tierra, este proceso es la vida oxigénica", afirma Wiesemeyer, aunque también hay que considerar otras posibles explicaciones químicas.
Wiesemeyer y sus colaboradores fueron muy conservadores en sus estimaciones de incertidumbre, por lo que no pueden atribuir completamente sus mediciones de oxígeno pesado a la biología. El viento solar, por ejemplo, también puede traer oxígeno pesado a la Tierra, pero es poco probable que su contribución sea tan importante.
Este estudio piloto que mide el equilibrio entre las dos formas de oxígeno prueba una técnica que los científicos atmosféricos podrían utilizar para estudiar la mezcla vertical. Los resultados del estudio también pueden ayudar a definir mejor un límite biológicamente relevante de la atmósfera terrestre.
De forma más ambiciosa, los futuros instrumentos sensibles a diversas señales de oxígeno podrían utilizar técnicas similares para medir las proporciones de oxígeno en los exoplanetas. Una combinación de abundancias elevadas de oxígeno con una comprensión de la mezcla vertical en estos exoplanetas podría indicar actividad biológica - aunque el grupo advierte que un estudio de este tipo requeriría enormes sensibilidades que las tecnologías actuales no tienen.
"La idea es entender primero lo que ocurre delante de tu propia puerta antes de adentrarte en estudios más profundos en otros lugares", dijo Wiesemeyer.
Estas observaciones son demasiado bajas incluso para los satélites de órbita baja, pero demasiado sensibles para hacerse desde tierra. Las observaciones desde globos estratosféricos podrían ofrecer posibles estudios de seguimiento en el futuro.
El observatorio aerotransportado SOFIA fue un proyecto conjunto de la NASA y la Agencia Espacial Alemana (DLR). El avión fue mantenido y operado por la NASA, en Palmdale, California. SOFIA alcanzó su plena capacidad operativa en 2014 y concluyó su último vuelo científico el 29 de septiembre de 2022.
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