21/Nov/08

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Por qué puede estar el universo lleno de alienígenas

BUSCADO: planeta rocoso fuera de nuestro Sistema Solar. No debe ser demasiado caliente ni demasiado frío, sino con la temperatura correcta para sustentar vida

Hasta un planeta desierto podría
retener el agua líquida suficiente para sustentar vida.

Suena como una simple lista de deseos, pero encontrar un planeta que cumpla con todos estos criterios ha mantenido a los astrónomos ocupados durante décadas. Hasta hace poco, significaba encontrar un planeta en la "zona de Ricitos", girando alrededor de su estrella a la distancia justa para mantener el agua de la superficie en estado líquido, más que escapando como vapor o congelada a sólido.

Ahora, sin embargo, se está volviendo cada vez más claro que la cuestión de lo que hace a un planeta habitable no es tan simple como encontrarlo en el sitio correcto. Muchos otros factores, incluso la masa del planeta, su atmósfera, su composición y la manera en que gira alrededor de su estrella más cercana, pueden influir en el hecho de poder mantener el agua líquida, un ingrediente esencial para la vida como la conocemos. Mientras los astrónomos exploran planetas recién descubiertos y crean simulaciones de computadora de mundos virtuales, están descubriendo que el agua, y la vida, podrían existir en todas formas de mundos raros donde las condiciones son muy diferentes a las de la Tierra. Y eso significa que podría haber infinitamente más planetas habitables ahí afuera de los que pensábamos posibles. "Es como la ciencia ficción, pero mejor", dice Raymond Pierrehumbert, científico de clima en la University of Chicago, que estudia planetas dentro y fuera de nuestro Sistema Solar.

La distancia a la estrella más cercana es, por supuesto, importante. En nuestro propio Sistema Solar, desde hace tiempo Venus ha servido como ejemplo de lo que puede ocurrir si un planeta se acerca demasiado a su estrella. Venus está a sólo un 28% más cerca del Sol que la Tierra, pero su superficie está a unos sofocantes 460°C, suficiente calor para derretir plomo, y se ahoga bajo una espesa atmósfera de dióxido de carbono 90 veces la densidad de la de la Tierra.

Ponga a la Tierra donde está Venus, y probablemente terminaría viéndose bastante parecida. La radiación solar adicional aumentaría la evaporación de los océanos, y la cantidad de vapor de agua en la atmósfera. Como el vapor de agua es un gas de invernadero, este aumento establecería un ciclo vicioso, con temperaturas más altas que provocan más evaporación, hasta que la superficie del planeta esté lo bastante caliente para evaporar los océanos. En el otro extremo, en un planeta que está demasiado lejos de su estrella el agua simplemente se congelará, como en Marte.

Sin embargo, en 1993 un estudio firmado por James Kasting de la Pennsylvania State University, University Park, demostró que incluso en nuestro propio Sistema Solar, la zona habitable no sólo se basa en la distancia. En un cálculo basado en la luminosidad actual del Sol, Kasting averiguó que si movía a la Tierra sólo un 5% más cerca del Sol la condenaría al mismo destino que Venus, y que podía alejarse del Sol casi 1,7 veces antes de quedar congelada (Icarus, vol 101, p 108). Este límite exterior es interesante porque está más allá de la órbita de Marte, cuyo radio orbital es aproximadamente 1,5 veces el de la Tierra.

De modo que si Marte está en la zona de Ricitos de nuestro Sistema Solar, ¿por qué no está llena de vida? La respuesta está en cómo afecta la masa de un planeta su capacidad de retener una atmósfera habitable. En la Tierra, el ciclo del carbono funciona como una especie de termostato que mantiene al clima soportable. La actividad volcánica libera CO2, que calienta la superficie terrestre por efecto invernadero, aumentando la evaporación y la lluvia. La lluvia erosiona las rocas que contienen minerales de carbono, y los lleva al mar. Al final, estos minerales son empujados hacia la profundidad de la Tierra en las zonas de subducción.

Este balance entre la emisión y la recuperación de CO2 ha ayudado a mantener estable el clima de la Tierra durante los pasados 4.000 millones de años. Marte, sin embargo, tiene apenas la mitad del tamaño de la Tierra de modo que su interior se enfría rápidamente y cancela la actividad volcánica necesaria para proveer de CO2 a la atmósfera. Su gravedad más débil también permite que su atmósfera drene al espacio. Por consiguiente, hay demasiado poco CO2 en la atmósfera marciana para calentar su superficie, lo suficiente para mantener el agua líquida. Éste ha sido probablemente el caso durante gran parte de los últimos mil millones de años.

Ricitos: no necesarios

La masa, sin embargo, no es el único factor. En una serie de simulaciones de computadora publicada este año, David Spiegel de la Princeton University exploró si los factores como el eje de giro o la velocidad de rotación de un planeta podrían permitir que un planeta fuera de la zona habitable retenga agua líquida el tiempo suficiente para sostener vida (The Astrophysical Journal, vol 681, p 1609). "Estuve tocando los botones de modo que son diferentes de la Tierra, pero todos tienen la misma masa", dice Spiegel, que estaba en la Columbia University en Nueva York cuando realizó el trabajo.

En algunas simulaciones, el equipo cambió la inclinación del eje de giro del planeta. El eje de tierra está inclinado 23,5 grados en relación con el plano de su órbita; por eso los hemisferios tienen períodos más largos de luz solar durante el verano y más breves durante el invierno. Cuando le dieron a los planetas una inclinación de 90 grados, similar a la del gigante gaseoso Urano en nuestro propio Sistema Solar, las mayores diferencias en iluminación condujeron a estaciones más extremas.

Cuando esta gran inclinación axial fue combinada con una velocidad de rotación tres veces la de la Tierra, los veranos fueron bastante cálidos y derritieron el hielo temporalmente alrededor del polo que miraba hacia la estrella. Esta agua era solamente sostenible cuando el planeta giraba más rápido que la Tierra, ya que la fuerza centrífuga provocada hacía más difícil que el aire se fuera de los polos al ecuador. Esto atrapaba el calor en el polo iluminado.

Spiegel argumenta que esta clase de simulación muestra a los astrónomos que no deben pensar en la habitabilidad como una cosa de todo o nada. Tiene más sentido pensar en términos de "habitabilidad fraccionada", dice, o sea en qué fracción la superficie de un planeta es habitable, durante qué fracción del año, o en qué fracción de su historia. "Ni siquiera la Tierra es un 100% habitable, por lo menos según los estándares de la definición de agua líquida", señala Spiegel. "Partes del planeta están congeladas parte del tiempo. Partes del planeta están congeladas todo el tiempo".

Spiegel también creó un mundo desierto que era parcialmente habitable. El planeta era un 90% suelo, con apenas un 10% de su superficie cubierta por agua líquida. Según los anteriores estándares, la única parte de este planeta que sería considerada habitable es una zona angosta alrededor del ecuador donde el agua líquida puede existir todo el tiempo. En cualquier otro lugar, los extremos estacionales harían el agua hervir y congelarse, alternativamente, en diferentes épocas del año, con agua líquida presente sólo en primavera y otoño. Pero el equipo de Spiegel sugiere que incluso estas zonas no deberían ser descartadas como inhabitables. Señalan que hay microbios en la Tierra que puede reproducirse por debajo de 0°C y otros que pueden hacerlo por encima de 100°C. No se conoce ninguno que sea capaz de ambas cosas, hasta donde sabe el equipo, pero no significa que es imposible.

Y además, el calor que da vida no necesariamente debe provenir de la estrella más cercana. Este año, un equipo liderado por Brian Jackson de la University of Arizona en Tucson analizó hasta qué distancia algunos planetas tenían fuentes internas de calor. Los planetas que orbitan cerca de una estrella, o con órbitas no-circulares y excéntricas, se mueven hacia adelante y afuera de su estrella en el transcurso de una órbita. Por consiguiente, son estirados y comprimidos por variaciones de la atracción gravitatoria de su estrella, y esto causa suficiente rozamiento en el interior para generar calor.

El equipo de Jackson calculó la cantidad de calor generado mediante este proceso de "calentamiento de marea" para planetas rocosos virtuales en una variedad de órbitas, concentrándose en planetas en órbitas cercanas a las estrellas enanas rojas. Es el tipo de estrella más abundante en el universo, pero no dan mucho calor.

Mientras que la cantidad de calor de marea varía según la masa de la estrella y del planeta, el equipo calculó que, dada una diferencia lo bastante grande en atracción gravitatoria alrededor de la órbita, este calor adicional desde abajo podría ser suficiente para derretir planetas congelados que giran alrededor de una enana roja, a pesar de la débil radiación que reciben de la estrella anfitriona. El calor adicional también podría estimular la actividad volcánica, incluso en planetas con una masa baja, dándoles potencialmente atmósferas más espesas y un efecto invernadero más fuerte necesario para mantener el agua líquida más allá de la zona de Ricitos.

Misterios planetarios

Sin embargo, hay algo demasiado bueno. El calentamiento de marea es más fuerte para los planetas en órbitas más cercanas y más excéntricas. Algunos de éstos recibirían calor de marea en una cantidad aun mayor que Io, la luna de Júpiter, que, debido al calor de marea por las variaciones en la atracción gravitatoria de Júpiter, hace erupción vigorosamente, lo suficiente para rehacer su superficie totalmente cada 150 años. Las enormes cantidades de actividad volcánica que resultan de un calentamiento intenso como ése podría hacer imposible sustentar vida en estos planetas, dice el equipo en un trabajo que aparecerá en las Noticias Mensuales de la Royal Astronomical Society.

Con más de 300 planetas ya descubiertos fuera de nuestro Sistema Solar, y muchos más que con seguridad serán encontrados, esta clase de conocimiento ayudará a los investigadores a reconsiderar planetas una vez descartados como inhospitalarios, y a concentrarse en los objetivos de mayor prioridad para las observaciones subsiguientes.

Todavía hay mucho por descubrir, por supuesto. Por ejemplo, las nubes pueden complicar la imagen ya que cortan la cantidad de radiación estelar que llega a la superficie de un planeta, mientras que también atrapan la radiación infrarroja emitida por el planeta. Un factor en estos efectos diferentes será "absolutamente principal" comprender mejor los climas de los planetas fuera de nuestro Sistema Solar, dice Pierrehumbert.

A pesar de esta ampliación de criterios para potenciales planetas habitables, no todos están convencidos de que estas nuevas ideas son particularmente útiles en la búsqueda de mundos que pueden sustentar vida. Queda mucho por calcular, incluso para la Tierra, dice Jonathan Lunine de la University of Arizona. "Creo que no comprendemos cómo o por qué la Tierra ha sido habitable en su historia y qué eran realmente las excursiones desde la habitabilidad", dice, "y hasta que lo hagamos, es difícil ser otra cosa que escépticos de que algunos de estos modelos van a influenciar la búsqueda".

Además, dice Lunine, todavía estamos luchando con rompecabezas sobre el clima en nuestro propio Sistema Solar, sin considerar la relativa riqueza de datos que tenemos sobre ellos. "Todavía realmente no comprendemos si Marte tenía un ambiente globalmente habitable para ninguna cantidad importante de tiempo geológico, y si lo tenía, qué tan temprano en su historia ese clima terminó y por qué", añade.

Siempre existe la posibilidad de que la búsqueda de agua líquida sobre la superficie podría estar errando al punto. ¿Qué tal si formas exóticas de vida pudieran prosperar donde no hay agua líquida en absoluto, nadando en lagos de metano líquido sobre una luna gélida, Titán de Saturno, por ejemplo? "Uno no debería descartar la idea de que una clase de vida o química organizada puedan existir en esa clase de líquido", dice Lunine. "Lancemos la red lo más ancha posible".

¿Correcto?

El año pasado, un equipo de astrónomos liderados por Stéphane Udry del Observatorio de Ginebra, Suiza, descubrió Gliese 581c, el primer probable planeta rocoso que gira alrededor de una estrella similar al Sol en otro sistema solar. Teniendo en cuenta el tamaño de su órbita alrededor de su estrella, los cálculos iniciales sugerían que debía estar en la zona de Ricitos; aproximadamente la temperatura correcta para el agua líquida. Pero otros científicos pronto señalaron que si tenía una atmósfera con gases de invernadero, probablemente sería demasiado caliente para el agua líquida. Sin embargo, el mismo efecto podía hacer de un planeta llamado Gliese 581d, en una órbita más lejana alrededor de la misma estrella, apropiado para la vida. Entonces otra vez, Gliese 581d puede ser demasiado grande para ser un planeta rocoso. El equipo que descubrió los planetas señala que Gliese 581c todavía podría ser habitable si es muy nublado, y es el mejor candidato hasta ahora para un planeta habitable en otro sistema solar. Con nuevos planetas descubiertos todo el tiempo, sin embargo, con seguridad habrá otros.

Los juicios de la vida

Incluso si la vida fuera a comenzar en otros planetas, hay toda una gama de peligros que podrían barrerla. Las estrellas enanas rojas, por ejemplo, son propensas a liberar con frecuencia destellos estelares poderosos, que bañarían a cualquier planeta en órbita con radiación mortal. Los planetas en sistemas solares con más asteroides que el nuestro podrían ser despiadadamente aporreados por impactos gigantescos, como el que puede haber matado los dinosaurios sobre la Tierra. Los sistemas solares más cerca del agujero negro súper masivo en el centro de nuestra galaxia también podrían ser víctimas de los poderosos estallidos de rayos-X que parece liberar de vez en cuando traga la materia circundante. Por fin, los encuentros cercanos entre estrellas pueden arrancar planetas de sus órbitas y lanzarlos al espacio interestelar, enviándolos, y cualquier vida, a la oscuridad y lejos de casa.

Fuente: New Scientist. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard