Darwin fue una propuesta de la ESA Cornerstone mission que habría implicado una constelación de cuatro a nueve [2] naves espaciales diseñadas para detectar directamente planetas similares a la Tierra orbitando estrellas cercanas y buscar evidencia de vida en estos planetas . El diseño más reciente preveía tres telescopios espaciales de vuelo libre , cada uno de tres a cuatro metros de diámetro, volando en formación como un interferómetro astronómico . Estos telescopios debían redirigir la luz de estrellas y planetas distantes a una cuarta nave espacial, que habría contenido el combinador de haz, espectrómetros y cámaras para el conjunto de interferómetros , y que también habría actuado como un centro de comunicaciones. También hubo un diseño anterior, llamado "configuración Robin Laurance", que incluía seis telescopios de 1,5 metros, una nave espacial combinadora de haz y una nave espacial separada de energía y comunicaciones. [3]
El estudio de esta misión propuesta finalizó en 2007 sin que se planearan más actividades. [1] Para producir una imagen, los telescopios tendrían que haber operado en formación con distancias entre los telescopios controladas con una precisión de unos pocos micrómetros, y la distancia entre los telescopios y el receptor controlada con una precisión de aproximadamente un nanómetro. [4] Se habrían necesitado varios estudios más detallados para determinar si la tecnología capaz de tal precisión es realmente factible. [2]
Los telescopios espaciales debían observar en la parte infrarroja del espectro electromagnético . Además de estudiar planetas extrasolares , los telescopios probablemente habrían sido útiles para la obtención de imágenes de uso general, produciendo imágenes infrarrojas de muy alta resolución (es decir, de milisegundos de arco ), lo que permitiría el estudio detallado de una variedad de procesos astrofísicos.
La región infrarroja fue elegida porque en el espectro visible un planeta similar a la Tierra es eclipsado por su estrella en un factor de mil millones . [3] Sin embargo, en el infrarrojo, la diferencia es menor por unos pocos órdenes de magnitud. Según un boletín de la ESA de 2000, todos los componentes de la nave espacial en el camino óptico tendrían que ser enfriados pasivamente a 40 kelvin para permitir que se realicen observaciones infrarrojas. [3]
La búsqueda de planetas habría utilizado una configuración de interferómetro de anulación . En este sistema, se introducirían cambios de fase en los tres haces, de modo que la luz de la estrella central sufriría interferencias destructivas y se cancelaría a sí misma. Sin embargo, la luz de los planetas en órbita no se cancelaría, ya que los planetas están ligeramente desplazados de la posición de la estrella. Esto permitiría detectar planetas, a pesar de la señal mucho más brillante de la estrella.
Para la detección de planetas, los telescopios funcionarían en modo de obtención de imágenes. La detección de un planeta similar a la Tierra requeriría unas 10 horas de observación en total, repartidas a lo largo de varios meses. [ cita requerida ] Se esperaba que un diseño de 2002 que hubiera utilizado espejos de 1,5 metros necesitara unas 100 horas para obtener un espectro de un posible planeta similar a la Tierra. [5]
Si la sonda espacial Darwin hubiera detectado un planeta adecuado, se habría realizado un estudio más detallado de su atmósfera tomando un espectro infrarrojo del planeta. Al analizar este espectro, se podría determinar la química de la atmósfera, y esto podría proporcionar evidencia de vida en el planeta. La presencia de oxígeno y vapor de agua en la atmósfera podría ser una prueba de vida. El oxígeno es muy reactivo, por lo que si existen grandes cantidades de oxígeno en la atmósfera de un planeta, algún proceso como la fotosíntesis debe estar produciéndolo continuamente.
Sin embargo, la presencia de oxígeno por sí sola no es una prueba concluyente de la vida. La luna Europa de Júpiter , por ejemplo, tiene una tenue atmósfera de oxígeno que se cree que se produce por radiólisis de moléculas de agua . Las simulaciones numéricas [ cita requerida ] han demostrado que, en condiciones adecuadas, es posible crear una atmósfera de oxígeno mediante la fotólisis del dióxido de carbono . La fotólisis del vapor de agua y el dióxido de carbono produce iones hidroxilo y oxígeno atómico, respectivamente, y estos a su vez producen oxígeno en pequeñas concentraciones, y el hidrógeno se escapa al espacio. Cuando se produce O 2 por fotólisis de H 2 O a gran altitud, se producen compuestos hidrogenados como H + , OH − y H 2 O que atacan al O 3 de forma muy eficiente y evitan su acumulación. La única forma conocida de tener una cantidad significativa de O 3 en la atmósfera es que el O 2 se produzca a baja altitud, por ejemplo, mediante la fotosíntesis biológica, y que poco H 2 O llegue a grandes altitudes donde hay rayos UV. En el caso de los planetas terrestres, la presencia simultánea de O 3 , H 2 O y CO 2 en la atmósfera parece ser una biofirma confiable, y la nave espacial Darwin habría sido capaz de detectar estos componentes atmosféricos. [5]
El planeta Gliese 581 d , descubierto en 2007, fue considerado un buen candidato para el proyecto Darwin. [6] Orbita dentro de la zona habitable teórica de su estrella, [7] y los científicos suponen que las condiciones en el planeta podrían ser propicias para sustentar la vida.
La versión interferométrica de la misión Terrestrial Planet Finder de la NASA es similar en concepto a Darwin y también tiene objetivos científicos muy similares. Según la documentación presupuestaria de la NASA para 2007, publicada el 6 de febrero de 2006, [8] el proyecto se aplazó indefinidamente, [9] y en junio de 2011 se informó que el proyecto estaba cancelado. Antoine Labeyrie ha propuesto un interferómetro astronómico espacial mucho más grande similar a Darwin, pero con los telescopios individuales colocados en una disposición esférica y con énfasis en la obtención de imágenes interferométricas . Este proyecto de hipertelescopio sería mucho más caro y complejo que las misiones Darwin y TPF, que involucran muchas naves espaciales grandes de vuelo libre.