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¿Podrían las zonas habitables ser mucho más estrechas de lo que pensábamos?

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El término "zona habitable circunestelar", también llamada "zona habitable (HZ)" o "zona Ricitos de oro" se ha utilizado mucho últimamente en la comunidad astronómica. Esto no es sorprendente, ya que siempre surge en el contexto de los descubrimientos de planetas extrasolares.

Y en los últimos años, se han descubierto miles de exoplanetas, muchos de los cuales simplemente orbitan dentro de la zona habitable respectiva de su estrella.

Este término tiende a provocar entusiasmo, ya que implica que los científicos podrían estar un paso más cerca de encontrar evidencia de vida más allá de la Tierra. Sin embargo, el término es algo problemático por esta misma razón.

RELACIONADO: ¿QUÉ SE SIGNIFICA POR "ZONA HABITABLE" Y CÓMO LO DEFINIMOS?

Así como el término "similar a la Tierra", la frase "zona habitable" está cargada de significado y conlleva una cierta cantidad de suposiciones y conjeturas. Entonces, si queremos entender lo que significa este término, lo que implica y las implicaciones de su aplicación, debemos hacer algunas cosas.

Para empezar, necesitamos un pequeño repaso sobre cuál es la definición real de este término. En segundo lugar, debemos analizar toda la investigación (especialmente el material actual) para ver qué implica decidir dónde se aplica.

Definición tradicional

Básicamente, HZ se refiere a la región alrededor de una estrella donde un planeta recibiría suficiente luz y calor para asegurar temperaturas superficiales que podrían mantener el agua en forma líquida. Como punto de referencia, considere Venus, la Tierra y Marte, todos los cuales residen en (o se encuentran a horcajadas) en el HZ de nuestro Sol.

Nuestro Sol es una enana amarilla tipo G de secuencia principal, que tiene un tamaño y masa relativamente moderados y experimenta temperaturas superficiales de aproximadamente 5.800 K (5.500 ° C; 10.000 ° F). Este tipo de estrella representa aproximadamente el 7% de las estrellas de nuestra galaxia.

La Tierra orbita al Sol a una distancia promedio de 1 Unidad Astronómica (UA), lo que equivale a 150 millones de km (93 millones de millas), o bien dentro del HZ de nuestro Sol. Sin embargo, el eje de la Tierra está inclinado 23,4 ° hacia el Sol, lo que significa que las temperaturas varían de una temporada a otra.

De hecho, se han registrado temperaturas tan bajas como -89 ° C (-128.5 ° F) durante una noche fría en Vostok, Antártida, y tan altas como 71 ° C (159 ° F) en el desierto de Lut de Irán durante el verano. .

Sin embargo, esto resulta en una temperatura superficial promedio de aproximadamente 15 ° C (58 ° F), lo que significa que la superficie de la Tierra (la mayoría de la cual está cubierta de océanos) es capaz de mantener el agua en forma líquida, que es esencial para la vida tal como la conocemos.

Por el contrario, Venus se extiende a ambos lados del borde interior del HZ, orbitando el Sol a una distancia media de 0,72 UA (108,2 millones de km; 67,2 millones de millas). Este cambio en la distancia significa que Venus recibe aproximadamente el doble de radiación solar que la Tierra.

Combinado con la composición de su atmósfera (que conduce a un efecto invernadero desbocado), esto da como resultado que Venus sea el planeta más caliente del Sistema Solar: 737 K (462 ° C; 864 ° F). Con temperaturas superficiales lo suficientemente altas como para derretir el plomo, y mucho más allá de las temperaturas utilizadas para la esterilización, Venus es inhabitable.

En el otro extremo de las cosas, está Marte, que orbita nuestro Sol a una distancia promedio de aproximadamente 1,5 AU (227,9 millones de km; 141,6 millones de millas). Esto lo coloca en el borde exterior del HZ de nuestro Sol y tiene una temperatura superficial promedio de 210 K (-63 ° C; -82 ° F).

Dado que el eje de Marte está inclinado como el de la Tierra (25,19 ° hacia el Sol), Marte también experimenta variaciones estacionales de temperatura. En total, las temperaturas de la superficie varían desde un mínimo de -143 ° C (-226 ° F) en los polos durante el invierno hasta un máximo de 35 ° C (95 ° F) en el ecuador durante el verano al mediodía.

Por esta razón, Marte es un lugar muy seco y desecado. Todas las fuentes de agua conocidas están congeladas en los casquetes polares o en el suelo alrededor de las regiones polares como permafrost. Cualquier otra cosa tendría que estar ubicada debajo de la superficie, probablemente en forma de salmueras.

Usando solo nuestro Sistema Solar como ejemplo, uno puede ver el significado detrás del término "Zona Ricitos de Oro".

Mientras que un planeta como Venus está demasiado cerca del Sol (y por lo tanto demasiado caliente) y un planeta como Marte está demasiado lejos (demasiado frío), la Tierra se encuentra aproximadamente en el centro y es la correcta.

No es solo una cuestión de órbita

Desafortunadamente, determinar si un planeta es habitable no es solo una cuestión de trazar su órbita. Y hay mucha evolución para hacer que un planeta sea hospitalario para "la vida tal como la conocemos". Este fue ciertamente el caso de la Tierra.

Se necesitó un proceso muy largo que implicó miles de millones de años de evolución geológica, cambios en nuestro Sol y formas de vida primitivas para hacer de la Tierra el tipo de planeta que conocemos y amamos hoy.

Al mismo tiempo, Venus y Marte no siempre fueron como son hoy. De hecho, los científicos creen que ambos planetas alguna vez tuvieron agua líquida en sus superficies y atmósferas que eran mucho más propicias para la vida. Pero debido a una serie de eventos (que también tomaron miles de millones de años) se convirtieron en mundos hostiles a la vida tal como la conocemos.

En el caso de Venus, la teoría predominante es que hace millones de años se produjo un efecto de "invernadero húmedo" que provocó un calentamiento global descontrolado.

Como explicó por correo electrónico el Dr. Michael J. Way, especialista en tecnología de la información del Instituto Goddard de Estudios de Vuelos Espaciales de la NASA, se cree que este proceso comenzó hace 750 millones de años como resultado de un evento de resurgimiento casi global:

"En este escenario, la mayor parte del carbono se habría encerrado como está en la tierra, en rocas carbonatadas en la corteza / litosfera. Luego, algo sucedió dentro del planeta que causó una resurgimiento masivo. Como parte de esto, la temperatura de la superficie aumentó, el se liberaron depósitos de carbono en la superficie y se vertió a la atmósfera donde permanece hoy ".

RELACIONADO: PLANETA DEL TAMAÑO DE LA TIERRA ENCONTRADO EN LA ZONA HABITABLE DE LA ESTRELLA MÁS CERCANA

Marte también experimentó cambios severos en su clima como resultado de su evolución geológica. Para decirlo de manera sucinta, hoy en día Marte tiene una atmósfera muy delgada porque (a diferencia de la Tierra) no tiene una magnetosfera protectora que evite que el viento solar destruya su atmósfera.

Sin embargo, hace aproximadamente 4,3 mil millones de años, los científicos teorizan que Marte tenía una magnetosfera que (como la Tierra) estaba impulsada por convección en el núcleo. Dado que Marte es más pequeño y menos masivo que la Tierra, el interior del planeta se enfrió más rápido que el de la Tierra, lo que provocó que la parte exterior del núcleo se solidificara.

Como resultado, Marte perdió su magnetosfera, su atmósfera comenzó a desaparecer lentamente y el planeta comenzó a experimentar algunos cambios drásticos en su clima. Hace unos 3.700 millones de años, la superficie de Marte se había convertido en el lugar muy frío, seco e inhóspito que es hoy.

Usando estos análogos solares, queda claro que la habitabilidad no se reduce solo a la órbita. También hay una serie de factores a considerar, como la composición atmosférica, la historia geológica y una serie de otros factores que no se pueden determinar mediante estudios a distancia.

Una vez más, usando la Tierra como ejemplo, los cazadores de exoplanetas también buscan los signos de elementos químicos, moléculas o isótopos específicos que están asociados con la vida tal como la conocemos (también conocidos como "biofirmas" o "biomarcadores").

Estos incluyen el agua, que es esencial para la vida tal como la conocemos y el único solvente que conocemos que puede albergar vida. El agua gaseosa también es un gas de efecto invernadero, por lo que, como parte del ciclo del agua, también ayuda a mantener estables las temperaturas de un planeta a lo largo del tiempo.

También hay gas oxígeno, que no solo es esencial para la vida tal como la conocemos, sino también un subproducto de los organismos fotosintéticos. El hidrógeno y el carbono también son indicadores clave, ya que son los componentes clave del agua (H²O), dióxido de carbono (CO²) y óxidos como sulfatos, silicatos y otros minerales en la corteza de un planeta.

El dióxido de carbono es un biomarcador importante, junto con los compuestos de carbono y los minerales de carbonato. Para empezar, el gas de dióxido de carbono es alimento para organismos fotosintéticos y un subproducto para formas de vida complejas que respiran oxígeno. Además, es un gas natural de efecto invernadero, lo que lo convierte en un estabilizador climático eficaz.

El nitrógeno es un biomarcador importante ya que es un gas tampón importante en la atmósfera terrestre. Los minerales como el fósforo y el azufre también son una parte clave de la vida en la Tierra, lo que los convierte en posibles indicadores de vida en otros sistemas.

De todo esto, uno podría tener la impresión de que encontrar exoplanetas habitables es simplemente una cuestión de buscar planetas que orbitan dentro de sus estrellas HZ y contienen todos los elementos necesarios. Sin embargo, hay una investigación considerable que arroja una sombra sobre este enfoque sencillo.

Biomarcadores poco fiables

Esta investigación ha indicado que las condiciones que dan lugar a la vida pueden ser mucho más temperamentales de lo que pensamos. Para empezar, está el papel que juegan los gases de efecto invernadero y los biomarcadores como el gas oxígeno, que en realidad podrían ser hostiles a la vida en las condiciones adecuadas.

Por ejemplo, la reciente explosión en el número de descubrimientos de exoplanetas ha demostrado que las estrellas enanas rojas de tipo M son las más propensas a tener planetas terrestres orbitando dentro de sus HZ. Para empezar, estas estrellas tienen HZ muy estrechos en comparación con las estrellas más brillantes y masivas.

Como resultado, cualquier planeta que orbita lo suficientemente cerca como para tener agua líquida en su superficie quedaría bloqueado por la marea con su estrella (es decir, con un lado constantemente mirando hacia la estrella). Esto significa que un lado estaría constantemente expuesto a la radiación solar, lo que podría ser peligroso para cualquier forma de vida allí.

También aumenta la probabilidad de que el lado diurno no pueda mantener agua líquida en su superficie. Debido a toda la radiación ultravioleta que bombardea la superficie, es probable que se produzca una disociación química. En este proceso, el agua se descompone en gas hidrógeno que se pierde en el espacio y gas oxígeno que permanece en la atmósfera.

Si bien este proceso garantizaría una atmósfera que contiene gas oxígeno (un biomarcador clave), no garantizaría la vida. De hecho, investigaciones recientes han demostrado que podría funcionar en su contra. En la Tierra, el oxígeno es el resultado de organismos fotosintéticos que metabolizan el gas CO².

Sin embargo, una atmósfera de oxígeno que es el resultado de la disociación química sería tóxica para tales formas de vida. Lo que es peor, se cree que los planetas que orbitan estrellas más frías tienen concentraciones más altas de monóxido de carbono (CO) en sus atmósferas, lo que sería tóxico para los organismos básicos y complejos por igual.

En el pasado, los científicos también han argumentado que algunos planetas que se encuentran a horcajadas en el borde exterior de sus HZ aún podrían ser habitables si tuvieran concentraciones suficientemente altas de CO² en su atmósfera, asegurando así un efecto invernadero suficiente. Sin embargo, demasiado CO² sería malo para la vida tal como la conocemos.

Un buen ejemplo de esto es Kepler-62f, una supertierra que orbita una estrella ligeramente más pequeña y tenue que nuestro Sol a unos 990 años luz de la Tierra. Cuando fue descubierto en 2013, se pensaba que este planeta era un buen candidato para la vida extraterrestre, asumiendo la presencia de un efecto invernadero suficiente.

Sin embargo, los cálculos posteriores de investigadores del Instituto de Astrobiología de la NASA mostraron que se necesitarían 1.000 veces más dióxido de carbono (300 a 500 kilopascales) de lo que existía en la Tierra cuando las formas de vida complejas estaban evolucionando por primera vez (hace unos 1.850 millones de años), lo que sería tóxico para las formas de vida más complejas aquí en la Tierra.

Una vez que se tienen en cuenta estas limitaciones fisiológicas, se estima que la zona habitable para la vida compleja debe ser significativamente más estrecha de lo que se había estimado anteriormente, aproximadamente una cuarta parte de lo que pensábamos.

¡Agua, agua por todas partes!

Otra gran preocupación tiene que ver con la prevalencia de agua en planetas extrasolares. En pocas palabras, muchos de estos planetas pueden tener demasiada agua, lo que en realidad sería malo para la vida. Como ocurre con la mayoría de las cosas, ¡demasiado de algo bueno puede matarte!

Basado en datos del Telescopio espacial Kepler y Gaia misión, los científicos han logrado medir con precisión los radios de los más de 4000 exoplanetas que se han descubierto hasta ahora, junto con sus períodos orbitales y otros parámetros.

Estos candidatos a exoplanetas se pueden dividir en dos categorías de tamaño: los que tienen 1,5 veces el radio de la Tierra y los que tienen un promedio de alrededor de 2,5 radios terrestres. Mientras que se cree que los planetas que caen en la primera categoría son rocosos, se cree que los últimos generalmente van desde súper-Tierras hasta gigantes gaseosos del tamaño de Neptuno.

Según los modelos de composición de estos planetas, se estima que muchos de los exoplanetas que tienen entre dos y cuatro veces el tamaño de la Tierra son de hecho "mundos acuáticos". Estos son planetas en los que aproximadamente el 50% de la masa consiste en agua (mientras que representa solo el 0,2% de la masa de la Tierra).

En combinación con sus parámetros orbitales, es probable que las temperaturas de la superficie de estos planetas sean bastante altas, lo que dará lugar a una atmósfera dominada por el vapor de agua. Debajo de la superficie, es probable que los océanos tengan una capa de hielo a alta presión alrededor de un núcleo rocoso.

Nada de esto es particularmente bueno para la vida. Más allá del calor extremo y la falta de acceso a suficiente luz solar, también existe el problema de que no hay masas de tierra. Según múltiples líneas de investigación, los planetas necesitan continentes y océanos para que surja la vida compleja.

Una capa gruesa de hielo entre el núcleo y el océano también significaría que la actividad hidrotermal no tendría lugar en el fondo del océano, que también puede ser esencial para la vida. Esto se basa en el hecho de que en la Tierra, la evidencia fosilizada más antigua de vida (aproximadamente 3,77 mil millones de años) se ha encontrado en el fondo marino alrededor de los respiraderos hidrotermales.

Océanos tan profundos también serían un impedimento para el ciclo del carbono. Una de las razones por las que la Tierra ha podido mantener temperaturas estables durante períodos prolongados es gracias a los intercambios regulares de CO² entre la atmósfera y la corteza.

Esto es lo que se conoce como el ciclo del carbono, donde la actividad tectónica convierte el CO² atmosférico en minerales de carbonato (lo que conduce al enfriamiento global) y luego lo libera nuevamente a través de los volcanes (lo que conduce al calentamiento global).

Tal proceso no sería posible en los mundos acuáticos, donde toda la superficie está cubierta por océanos muy profundos. En estos mundos, el agua evitaría la absorción de dióxido de carbono por las rocas y suprimiría la actividad volcánica, aunque es posible que los océanos mismos puedan generar suficiente CO2.

Mundos geológicamente "estancados"

Por último, pero no menos importante, está el problema de la actividad tectónica en sí. En la Tierra, la corteza y el manto (también conocido como litosfera) están formados por una serie de placas que están en constante movimiento. Cuando dos placas chocan, el resultado es la subducción, donde una placa se empuja debajo de la otra y más profundamente en el subsuelo.

Esta subducción hace que el manto denso se derrita y forme un magma flotante que luego se eleva a través de la corteza hacia la superficie de la Tierra para crear volcanes. Como ya se señaló, este proceso es fundamental para el ciclo del carbono, ya que empuja el CO² hacia el manto y regresa a la atmósfera.

A este respecto, la tectónica de placas y la actividad volcánica fueron fundamentales para el surgimiento de la vida aquí en la Tierra al garantizar que las temperaturas de la superficie se mantuvieran estables. Sin embargo, en los planetas de "tapa estancada" donde no existe actividad tectónica, la situación sería bastante diferente.

Estos son planetas donde la corteza consiste en una única placa esférica gigante que flota sobre el manto, en lugar de en piezas separadas. Hasta ahora, no se han confirmado planetas extrasolares que muestren actividad tectónica todavía, lo que puede indicar que los planetas tapados estancados son mucho más comunes.

Básicamente, estos planetas tendrían más dificultades para mantener un ciclo de carbono y mantener temperaturas que favorezcan la habitabilidad. Sin embargo, investigaciones más recientes han indicado que aún sería posible si estos planetas tuvieran suficientes elementos productores de calor cuando se formaron (es decir, su balance de calor inicial).

Misterio persistente de la vida

Otro problema cuando se trata de encontrar mundos que puedan tener vida tiene que ver con la pregunta no resuelta de cómo surge la vida. Si bien los científicos ciertamente saben qué elementos básicos son esenciales para la vida aquí en la Tierra, aún no están seguros de cómo fue exactamente todo.

En algún momento del pasado distante, todos los ingredientes inorgánicos que son esenciales para la vida se unieron para crear vida orgánica (un proceso conocido como "abiogénesis"). En la actualidad, todavía no está claro cómo sucedió eso, aunque los experimentos se acercan cada vez más a una respuesta.

Por otra parte, también es posible que los primeros compuestos prebióticos o incluso formas de vida llegaran a la Tierra a través de asteroides o meteoritos (de acuerdo con la teoría de la "panspermia"). Si esto es cierto, entonces el proceso de convertir elementos inorgánicos en vida ocurrió en otro lugar.

Al final, lo mejor que podemos hacer es seguir buscando. Mientras los científicos en el laboratorio continúan estudiando formas de vida terrestres con la esperanza de descubrir cómo comenzó la vida en la Tierra.

Mientras tanto, las misiones exploratorias continuarán buscando en el Sistema Solar para ver dónde más podría surgir la vida mientras los astrónomos continúan investigando el Universo con la esperanza de encontrar más ejemplos de planetas portadores de vida.

Si bien los investigadores experimentales se benefician de instrumentos mejorados, métodos de investigación e intercambio de datos, los esfuerzos exploratorios se beneficiarán del despliegue de telescopios y exploradores robóticos de próxima generación en los próximos años y décadas.

En el caso de los primeros, estos incluyenTelescopio espacial James Webb (JWST) y el Telescopio espacial infrarrojo de campo amplio (WFIRST), así como observatorios terrestres como el Extremely Large Telescope (ELT), el Thirty Meter Telescope y el Giant Magellan Telescope (GMT).

En el caso de este último, estos incluyen el Marte 2020 rover, el Europa Clipper nave espacial, la JUpiter Icy Moon Explorer (JUGO), el Libélula misión a Titán, y muchos, muchos más.

  • ESA - ¿Qué son los exoplanetas?
  • NASA - Zonas Habitables Galácticas
  • PHL - Catálogo de exoplanetas habitables
  • ESA - Cómo encontrar un planeta extrasolar
  • NASA - JWST - Planetas y orígenes de la vida
  • NASA: un nuevo modelo para zonas habitables
  • Wikipedia - Zona Habitable Circunstelar
  • NASA - Buscando vida en todos los lugares correctos
  • USM - Planetario: "¿Se está calentando el sol?"
  • NASA - Cálida bienvenida: Encontrar planetas habitables
  • NASA - El borde exterior de la zona habitable de una estrella, un lugar difícil para la vida


Ver el vídeo: Vida en otros planetas de Nuestra Galaxia. MINIDOCUMENTAL EN ESPAÑOL Exoplanetas con Vida! (Mayo 2022).