Kepler Discovers First Earth Sized Planets inside Habitable Zone

Keplers 1200 Planet candidates by size and location
on the Photometer array of 42 CCD elements. Credit: NASA/Wendy Stenzel
As the number of Pale Blue Dots increase, so do the chances for finding life on a Second Earth
Updated with more Videos and photos below

With the startling new finding of dozens of Earth-sized extrasolar planets, NASA’s Kepler planet hunting space telescope has just revolutionized our understanding of Earths place in the Universe and the search for Extraterrestrial Life. And the historic science discovery is based on data collected in just the first few months of operation of the powerful telescope as it scans only a tiny portion of the sky.
The discovery of 1235 new extrasolar planet candidates was announced today (Feb.2) by NASA and Kepler scientists at a media briefing. 68 of these planet candidates are Earth-sized. Another 288 are Super-Earth-size, 662 are Neptune-size and 165 are Jupiter-size. Most of these candidates orbit stars like our sun.
Even more significant is that 54 of the planet candidates are located within the ‘habitable zone’ of their host stars and 5 of those are Earth-sized. Before today we knew of exactly ZERO Earth-sized planets within the habitable zone. Now there are 5.
Finding a ‘Pale Blue Dot’ or ‘Second Earth’ inside a habitable zone that harbors water and environmental conditions that can support life is the ‘Holy Grail’ of science.
Are We Alone ?
“We went from zero to 68 Earth-sized planet candidates and zero to 54 candidates in the habitable zone – a region where liquid water could exist on a planet’s surface. Some candidates could even have moons with liquid water,” said William Borucki of NASA’s Ames Research Center, Moffett Field, Calif.. Borucki is the science principal investigator for NASA’s Kepler mission.
“Five of the planetary candidates are both near Earth-size and orbit in the habitable zone of their parent stars.”
Earth-sized water worlds are the most conducive to the formation and evolution of alien life forms. Water is an essential prerequisite for life as we know it.
“Kepler’s blown the lid off everything we know about extrasolar planets,” said Debra Fischer, professor of Astronomy at Yale University, New Haven, Conn

Kepler's over 1200 planet candidates as of Feb. 1, 2011. Credit: NASA/Wendy Stenzel

Kepler is the first NASA mission capable of finding Earth-size planets in or near the habitable zones around their parent stars. The mission uses the transit method to detect the tell tale signatures of planets. The goal is to determine how common are planets the size of Earth orbiting inside the habitable zone of stars like our sun.
Kepler measures the miniscule decreases in the brightness of stars caused by planets crossing in front of them and blocking the starlight. Imagine calculating the difference in light transmission caused by a flea sitting on a cars headlight.

Follow up observations over a period of several years will be required to confirm these results, the scientists explained. Astronomers expect that over 80% of the candidate planets will be positively confirmed as real planets by utilizing ground based observatories and the Spitzer Space Telescope.
For an Earth-sized planet orbiting a sun-like star inside the habitable zone, transits occur about once per year. Since three transits are required to verify a planets status, it will therefore take about three years to reach a definitive conclusion.
These remarkable new planet discoveries are based on observations from only the first four months of Kepler’s telescopic operations – May 12, 2009 to Sept. 17, 2009. The space based observatory continuously monitors more than 156,000 stars using 42 CCD detectors with a field of view that covers only 1/400 of the sky.
“Kepler is making good progress towards its goals,” said Borucki
“We have found over twelve hundred candidate planets – that’s more than all the people have found so far in history.”
“Imagine if we could look wider. Kepler looks at one 400th of the sky. If we had 400 of these fields of view, we’d see 400 times that number of candidates. We would see 400,000 candidate planets.”

Keplers over 1200 Planet candidates sorted by size

“The fact that we’ve found so many planet candidates in such a tiny fraction of the sky suggests there are countless planets orbiting stars like our sun in our galaxy,” Borucki amplified. “Our results indicate there must be millions of planets orbiting the stars that surround our sun.”
“If we find that Earth’s are common in the habitable zones of stars, very likely that means life is common around these stars.”
“Kepler has shown that planetary systems like our own are common,” said Debra Fischer.

Planets in Keplers Field of View.
Before and after the discovery of over 1200 planet candidates by NASA’s Kepler Space Telescope.

“The search for planets is motivated by the search for life,” Fischer added.
“We have allowed the public to participate though the website Planethunters.org,” she added. “And now we have over 16,000 dedicated users. The public is excited to be a part of research and history.”
“Thanks to Kepler for this treasure chest of data!” Fisher concluded.
Kepler is just the first step in finding Earth sized and Earth like planets. “We are building the foundation for future generations of explorers,” said Borucki.
“Future missions will be developed to study the composition of planetary atmospheres to determine if they are compatible with the presence of life. The design for these missions depends on Kepler finding whether Earth-size planets in the habitable zone are common or rare.”
The first planets beyond our solar system were discovered in 1995. Up to today there were just over 500 known extrasolar planets.
Kepler now has 15 confirmed extrasolar planet discoveries and over 1200 possible candidates.
In January 2011, Kepler confirmed the discovery of its first rocky planet, named Kepler-10b. The molten world measures just 1.4 times the size of Earth and is the smallest planet ever discovered outside our solar system.
NASA’s Kepler spacecraft was launched on March 6, 2009 from Launch Complex 17-B atop a Delta II rocket at Cape Canaveral Air Force Station in Florida. See spacecraft and launch photos below
Kepler’s science operations are currently funded for three and one half years of operations until November 2012. The mission’s lifetime – and its goal of discovering multitudes of new planets as small as Earth – can be extended if NASA funding is approved by Congress and the President.
William Borucki – Explains Keplers Discovery of Earth Sized Planets
Science principal investigator for NASA’s Kepler mission, NASA’s Ames Research Center
Video Caption: NASA’s Kepler mission has discovered its first Earth-size planet candidates and its first candidates in the habitable zone, a region where liquid water could exist on a planet’s surface. Five of the potential planets are near Earth-size and orbit in the habitable zone of smaller, cooler stars than our sun.
Kepler also found six confirmed planets orbiting a sun-like star, Kepler-11. This is the largest group of transiting planets orbiting a single star yet discovered outside our solar system. Located approximately 2,000 light years from Earth, Kepler-11 is the most tightly packed planetary system yet discovered. All six of its confirmed planets have orbits smaller than Venus, and five of the six have orbits smaller than Mercury’s.

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Carnaval de la Física: La verdadera historia de la gravedad

Fue Aristarco de Samos (310 a.C – 230 a.C), que irónicamente vivió después de Aristóteles (384 a.C – 322 a.C), la primera persona en los registros de la historia en llegar a la idea de un sistema heliocéntrico, siglos antes de que el astrónomo, médico y canónico polaco Nicolás Copérnico (1473-1543) escribiera y publicara de forma póstuma su tratado original, De Revolutionibus Orbium Coelestium (Sobre las revoluciones de las esferas celestes). La idea de Aristarco de un modelo heliocéntrico del cosmos, desafortunadamente, no fue tomada en cuenta por los antiguos griegos.

La razón por la que la visión Ptolemaica (geocéntrica) del cosmos, con sus epiciclos, duró tanto tiempo es debido a ¡que funcionaba y aún funciona! Sólo que es incorrecta. Pero hoy, una esfera armillar o un astrolabio (una versión bidimensional de una esfera armillar) ambos basados en el sistema Ptolemaico, funcionan tan bien como lo hacían entonces.

Modelos del cosmos aún más extraños

Si piensas que el modelo de Claudio Ptolomeo era extraño, entonces es que no has visto nada. Incluso aunque los datos de Tycho Brahe hicieron posible que Kepler formulase sus tres leyes y por tanto ayudó a establecer el modelo Copernicaco (heliocéntrico), el propio Tycho, no creía en el sistema Copernicano. En lugar de esto diseñó su propio y peculiar sistema geo-heliocéntrico (izquierda), en el cual el Sol orbita a la Tierra y las estrellas y otros planetas orbitan al Sol.

Pero, en su lecho de muerte, Tycho entregó a Kepler los datos observacionales, que había retenido durante tanto tiempo, y le dijo que hiciera un buen uso de ellos, como sabemos, Kepler lo hizo. Se cuenta que Tycho, mientras agonizaba, dijo a Kepler: “No permitas que parezca que viví en vano”. Fue con esta unión de trabajos como los dos hombres fueron capaces de revolucionar nuestra visión del cosmos.

Johannes Kepler

Kepler hizo mucho más que simplemente derivar matemáticamente la órbita elíptica de los planetas a partir de los datos observacionales de Marte de Tycho Brahe – esta primera ley se conoce como la Ley de las Elipses. También derivó la Ley de las Áreas Iguales y la Ley de la Armonía.

La Ley de las Áreas Iguales simplemente afirma lo siguiente: Imagina que se dibuja una línea desde el centro del Sol al centro de un planeta que orbita el Sol. Si tal línea existiera, barrería áreas iguales en intervalos de tiempo iguales conforme el planeta viaja alrededor del Sol. Esta es la segunda ley de Kepler, y lo que supone esta ley es que cuanto más cerca está un planeta del Sol en su órbita, más rápido viaja. Y cuanto más alejado del Sol está, viaja más lento. La ilustración de la derecha te dará una mejor idea de lo que Kepler te cuenta.

La Ley de la Armonía o Ley Armónica, se enuncia así: El cuadrado del periodo orbital de un planeta es directamente proporcionar al cubo de su distancia media al Sol. Lo que supone la tercera ley es que cuanto mayor es la órbita de un planeta, más lento se moverá el planeta a lo largo de esa órbita, e inversamente, a una órbita menor, más rápido viajará. Se representa matemáticamente de la siguiente forma:

Kepler realmente se jugó el cuello con esta ley, dado que estaba haciendo una predicción para todos los cuerpos con órbitas elípticas de varios tamaños basándose únicamente en las observaciones de Marte realizadas por Tycho Brahe hacía más de una década. Era, como mucho, una extrapolación.

Galileo Galilei

Aunque a menudo se le atribuye su invención, Galileo no inventó el telescopio – en realidad había sido inventado por Hans Lippershey (1570-1619) en 1608. Pero, aunque no lo inventó, Galileo hizo un gran uso del telescopio y construyó un sólido conjunto de pruebas para apoyar el modelo Copernicano con sus observaciones. Cuando observó la Luna con su occiale (es decir, su telescopio) vio que, en contra de la visión aristotélica de que todos los objetos celestes eran lisos y perfectos, estaba cubierta con cráteres y montañas. Observó que el Sol tenía manchas, y que tampoco era perfecto. Pero tal vez el golpe más duro al sistema Aristotélico-Ptolemaico (geocéntrico) fueron las observaciones de Galileo de las fases de Venus y el descubrimiento de cuatro de las lunas de Júpiter. Galileo publicó sus observaciones en su libro Sidereus Nuncius (El mensajero de las estrellas) el 12 de marzo de 1610. En 1611, Johannes Kepler, con quien Galileo había tenido correspondencia durante algún tiempo, dio apoyo a las observaciones de Galileo.

La contribución de Galileo a nuestro conocimiento del universo no está confinada a sus observaciones astronómicas. Sus experimentos con objetos en caída aumentaron nuestra comprensión de la gravedad. Fue, de hecho, Galileo el primero en darse cuenta de que había una fuerza externa que causaba que los objetos cayeran hacia la Tierra y de que todos los objetos, en caída libre, aceleraban al mismo ritmo. Estas ideas fueron desarrolladas más tarde por Sir Isaac Newton en su Ley de la Gravitación Universal. Galileo también fue el primero en lograr una visión de la inercia, un visión que más tarde llevaría a Newton a formular su primera ley del movimiento.

Sir Isaac Newton (1642-1727)

En 1669, a la edad de 27 años, Sir Isaac Newton se convirtió en Profesor Lucasian de Matemáticas en la Universidad de Cambridge – un puesto ostentado por otros dieciséis hombres – uno de los cuales es el físico teórico británico, Stephen Hawking. En 1672, Newton fue seleccionado por la Royal Society y se convirtió en su presidente en 1703. Incluidos entre los muchos logros de Newton, están sus trabajos pioneros en el campo de la óptica (su libro Opticks se publicó en 1704), la invención del telescopio reflector Newtoniano y el co-descubrimiento del cálculo. Pero, por lo que Newton es, tal vez, más famoso es por sus tres leyes del movimiento y la Ley de la Gravitación Universal, que están contenidas en su trabajo original Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, publicado en 1687.

Las tres leyes del movimiento de Newton

• Primera Ley: La primera ley del movimiento de Newton afirma que un cuerpo en reposo permanecerá en reposo, o un cuerpo en movimiento seguirá en movimiento, en linea recta, a menos que una fuerza actúe sobre él. La primera ley también se conoce como inercia, o en otras palabras, la resistencia de un cuerpo a cambiar de velocidad o dirección de movimiento. Fue Galileo el primero en darse cuenta de que no era necesaria una fuerza para mantener a un cuerpo moviéndose a velocidad constante, y que un cuerpo en movimiento seguiría moviéndose en línea recta a una velocidad constante, a menos que actúe sobre él una fuerza, por ejemplo, la fricción o la resistencia del aire.
• Segunda Ley: La segunda ley de Newton trata sobre la aceleración de un cuerpo. La Segunda Ley puede enunciarse como sigue: El ritmo de cambio en el momento lineal de un cuerpo es proporcionarl a la fuerza aplicada sobre el cuerpo, y la aceleración será en la misma dirección que la fuerza aplicada, es decir F = d(mv)/dt = m(dv/dt) = ma.
• Tercera Ley: La tercera ley de Newton se enuncia normalmente como sigue: Por cada acción existe una reacción igual y opuesta. Es la tercera ley la que hace posible que los cohetes puedan lanzarse al espacio.

Aplicando estas tres leyes del movimiento a las leyes del movimiento planetario de Kepler, Newton fue capaz de derivar su Ley de la Gravitación Universal.

La Ley de la Gravitación Universal de Newton

Las tres leyes de Kepler sobre el movimiento de los planetas hicieron un buen trabajo al describir el movimiento de los mismos en nuestro Sistema Solar, pero no ofrecían una explicación a por qué los planetas se comportaban de la forma en que lo hacían. La Ley de la Gravitación Universal de Newton, por otra parte, sí lo hace. Aplicando sus propias leyes del movimiento a las leyes de Kepler sobre el movimiento planetario, Newton fue capaz de formular su ley de la gravitación, que puede enunciarse como sigue: La fuerza de atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa, o:

donde G es la constante gravitatoria (G = 6,670 × 10^-11 newton-M² /kg²). Lo que todo esto significa en castellano es que el poder de la fuerza gravitatoria entre dos objetos depende tanto de la masa de los objetos como de la distancia entre ellos. Cuanto más masivo es un objeto, más fuerte será su campo gravitatorio. Y cuanto más cerca están entre sí los objetos, más fuerte será el tirón gravitatorio entre ellos. Inversamente, la fuerza gravitatoria entre objetos decrece con el cuadrado del incremento de distancia entre ellos, por ejemplo, si se duplica la distancia entre dos objetos, entonces la fuerza de la gravedad decrecerá en 1/4; si la distancia se triplica, la fuerza de la gravedad se hará 1/9 y así sucesivamente. La ley de la gravitación de Newton es, tal vez, una de las expresiones más elocuentes de la ley del cuadrado inverso. Newton mantuvo que la fuerza gravitatoria que ejercía un cuerpo actuaba como si la masa del cuerpo se concentrase en el centro del mismo.

La ley de la gravitación de Newton fue capaz de explicar cosas que habían sido un misterio, tales como por qué las cosas no salen volando de una Tierra que ésta girando. La Ley de la Gravitación Universal de Newton aún se mantiene bastante bien para la mayor parte de circunstancias, y permaneció sin cambios hasta que Albert Einstein publicó su Teoría de la Relatividad General en 1915, en la cual la gravedad se define como la curvatura del espacio-tiempo.

El problema de la órbita de Mercurio

Ni las leyes del movimiento planetario de Kepler ni la Ley de la Gravitación Universal de Newton pudieron tener en cuenta la precesión de la órbita de Mercurio. De acuerdo con Newton, debido a la influencia gravitatoria del resto de planetas de nuestro Sistema Solar, el perihelio de Mercurio – siendo el perihelio el punto de la órbita de un planeta en la que está más cerca del Sol – tendría una precesión de 531 segundos de arco por siglo. Pero, en realidad, la precesión del perihelio de Mercurio es de 574 segundos de arco por siglo, una discrepancia de 43 segundos de arco.

No fue hasta la Teoría de la Relatividad General de Einstein cuando se explicó finalmente la discrepancia. De acuerdo con la teoría de Einstein, un objeto masivo, como el Sol, curva el espacio a su alrededor y por tanto crea una bolsa o pozo gravitatorio en el espacio que lo rodea. Debido a que el espacio está curvado alrededor del Sol, la distancia que los planetas tienen que viajar es mayor que si el espacio fuese plano – como sucedería en el modelo Newtoniano, y por tanto, los planetas necesitan un poco más de tiempo para viajar de un punto de su órbita a otro. Y, dado que Mercurio está tan cerca del Sol, donde la curvatura del espacio es mucho mayor, la diferencia entre la predicción de Newton y el índice real de precesión es bastante aparente.

Permíteme terminar diciendo que, incluso aunque nosotros, al menos un 1% de nosotros, podamos tener una mejor comprensión del funcionamiento de la gravedad que nuestros ancestros “cromagnones” que arrojaban lanzas, aún no tenemos un verdadero conocimiento de la misma. Y tal y como van las cosas, no estoy seguro de que alguna vez la tengamos.

Cuando Sir Isaac Newton formuló su Ley de la Gravitación Universal, ni siquiera intentó ofrecer una explicación a qué podría ser la gravedad, lo que aún sorprende a muchos físicos actualmente. Newton ni siquiera se preocupó por la estabilidad dinámica de nuestro Sistema Solar, plenamente consciente de los problemas de perturbaciones de marea inherentes al mismo. Simplemente atribuyó la estabilidad de nuestro Sistema Solar al dominio de lo divino.

No fue hasta que se publicó el quinto volumen de Pierre-Simon, marqués de Laplace del tratado de mecánica celeste, Méchanique céleste, cuando se abordó la resolución de los problemas de perturbaciones de marea en nuestro Sistema Solar de un modo completo.

Hay una divertida anécdota sobre una discusión entre Napoleón Bonaparte y Laplace. De acuerdo al registro de Rouse Ball, Napoleón había escuchado que no había ninguna mención a Dios en el trabajo de Laplace. Cuando Napoleón hizo notar a Laplace: “M. Laplace, me dicen que ha escrito este gran libro sobre el sistema del universo, y no ha mencionado a nuestro Creador”. A lo cual Laplace respondió: “No tuve necesidad de tal hipótesis”. A Napoleón le hizo realmente mucha gracia la respuesta de Laplace.

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Fuente: cienciakanija.com

Escrito por Kanijo en Fí­sica, Historia

Autor: Eric Diaz
Fecha Original: 7 de febrero de 2010
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