Sabemos que Júpiter tiene una atmósfera compuesta principalmente de hidrógeno y helio. Europa, una luna de Júpiter, tiene una tenue atmósfera de oxígeno, y HD 209458, un exoplaneta del tamaño de Júpiter que orbita la estrella HD 209458 a 154 años luz de distancia, tiene una atmósfera que contiene hidrógeno, carbón, oxígeno, sodio, dióxido de carbono, metano e incluso vapor de agua.
Todo esto lo sabemos sin siquiera haber visitado ninguno de estos lugares para tomar una muestra directa de su aire; pero la verdad es que no lo necesitamos. Podemos estudiar el aire de otros planetas, lunas y exoplanetas simplemente mirándolos. En particular, viendo la luz que rebota o pasa a través de sus atmósferas, porque cuando la luz incide sobre un gas, las moléculas absorben y dispersan diferentes frecuencias que iluminan en diferentes cantidades.
Si separamos esa luz transmitida o dispersada en sus colores constituyentes usando un prisma o una red de difracción, podemos ver la huella de absorción lumínica de una molécula, o su huella de emisión lumínica. Así, cuando vemos a la luz que rebota en la atmósfera de planetas y se distinguen picos de cierta altura en ciertas frecuencias, podemos asociarlas cuidadosamente a aquellas huellas de gas de las moléculas que conocemos, y saber no sólo qué gases componen el aire, sino también sus abundancias relativas.
De hecho, no necesitamos ni siquiera ver al planeta para aprender de su atmósfera. Muchos exoplanetas se han descubierto porque han pasado enfrente de su estrella madre, lo que podemos ver como una caída en la intensidad de la luz de la estrella. Pero si un exoplaneta tiene una atmósfera, las moléculas de gas bloquearán una cierta cantidad de algunas frecuencias, de acuerdo a sus huellas moleculares, y podemos hacer el mismo proceso anterior de asociación de gases.
Por supuesto, en la práctica es terriblemente desafiante usar huellas moleculares para estudiar la atmósfera de exoplanetas por diferentes razones: porque el aire es delgado y las huellas son súper tenues y necesitamos telescopios y espectrómetros muy sensibles; porque las atmósferas son complicadas y sus huellas pueden ser ambiguas o difíciles de asociar; y porque distintas partes de una misma estrella emiten distintas cantidades de luz de diferentes colores, por lo que el efecto de un planeta en el espectro de una estrella dependerá de qué parte del planeta pasa enfrente de ella.
Afortunadamente, todas estas dificultades pueden ser manejadas por astrónomos muy astutos y así es como hemos sido capaces de averiguar cómo es el aire en planetas a cientos de años luz de distancia que no podemos siquiera ver.
Referencias: Sara Seager, Universe Today, MSNucleus