La habitabilidad planetaria y el IST (y II)

En la primera parte de este artículo, que publiqué ayer (puedes leerlo aquí), echamos un vistazo a los criterios que debería reunir un sistema estelar para que lo pudiésemos considerar apto para el desarrollo de la vida (ya sea unicelular o pluricelular). Hoy profundizamos un poquito más en el tema en esta segunda parte, en la que repasamos los requisitos que debería reunir un planeta o un satélite natural para que pueda aparecer la vida en su superficie…

Características planetarias

Es posible que, hace 3.800 millones de años, Marte tuviese un aspecto similar a éste. Crédito: Usuario "Ittiz" de Wikipedia

Es posible que, hace 3.800 millones de años, Marte tuviese un aspecto similar a éste.
Crédito: Usuario “Ittiz” de Wikipedia

Decíamos ayer, que la primera condición indispensable en cualquier planeta (o satélite natural) es que sea rocoso. Podemos elucubrar sobre la posibilidad de que haya algún tipo de forma de vida en las capas altas de Júpiter o en otros gigantes gaseosos, pero recordarás que dijimos que nuestro punto de partida es la vida tal y como la conocemos en la Tierra, así que este requisito es imperativo, al menos por ahora.

Aun así, no nos sirve cualquier planeta rocoso. Debe tener una cantidad de masa determinada. Si tiene una masa demasiado baja, tiene una gravedad demasiado débil como para poder retener su atmósfera (porque las partículas serían arrancadas por el viento solar de la estrella), y sin una atmósfera lo suficientemente densa no podemos tener ningún tipo de bioquímica. Además a menor densidad atmosférica, mayor dificultad para transportar calor. El ejemplo más cercano lo tenemos en Marte. Tiene una atmósfera muy fina, y es más frío de lo que sería nuestro planeta si estuviese en su órbita.

Para hacerlo aun más complicado, los planetas más pequeños suelen estar geológicamente muertos (es decir, no hay ni actividad tectónica, ni volcanes, ni terremotos…) porque pierden la energía procedente de su formación con bastante rapidez. A pesar de que los terremotos y los volcanes son fenómenos catastróficos, lo cierto es que proporcionan nuevo material para sostener la vida en la superficie, y liberan dióxido de carbono en la atmósfera (que es un moderador de la temperatura). La tectónica de placas es especialmente importante, al menos en nuestro planeta (y parece razonable suponer que también en otros): recicla los minerales y compuestos químicos, y alimenta la bio-diversidad del planeta al crear nueva superficie continental. Además, crea la convección necesaria para que la Tierra pueda generar su propio campo magnético.

La masa del planeta

Imagen, en color casi real, de Plutón. Crédito: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute

Imagen, en color casi real, de Plutón.
Crédito: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute

Definir si un planeta tiene mucha o poca masa es una cuestión de perspectiva. En comparación a los gigantes gaseosos, la Tierra es un planeta de poca masa. Sin embargo, comparado con todos los planetas rocosos, es el más denso y el más grande (tanto en diámetro como en masa). Ese tamaño es el que permite que nuestro planeta pueda mantener la atmósfera simplemente por su propia gravedad, y también hace que el núcleo esté fundido. Partiendo de esa base, podríamos decir que el límite de habitabilidad está en algún lugar entre la masa de Marte (que no tiene suficiente, y por consecuencia ha perdido gran parte de su atmósfera) y la masa de la Tierra o Venus… aunque no es tan simple.

Mientras algunos astrónomos han propuesto que el límite inferior puede ser unas 0,3 veces la masa de la Tierra, un estudio del Centro de Astrofísica de Harvard-Smithsonian, realizado en 2.008, sugiere que el límite puede ser mucho mayor y que, en realidad, nuestro planeta estaría cerca del límite inferior. Por ejemplo, Venus tiene un 85% de la masa de la Tierra y no muestra signos de actividad tectónica. Del mismo modo, los exoplanetas a los que llamamos “supertierras” (planetas rocosos con masas superiores a las de nuestro planeta) deberían tener una actividad tectónica mucho más alta y por tanto ser mucho más aptos para el desarrollo de la vida.

No es un planteamiento ni mucho menos descabellado. Los planetas más grandes deberían tener atmósferas más densas, y una mayor facilidad para retener los átomos más ligeros. Su tamaño debería funcionar a su favor, ya que estas supertierras, al menos en teoría, deberían tener un núcleo enorme y, por tanto, un campo magnético más que suficiente para proteger al planeta del viento estelar y la radiación cósmica.

Órbita, rotación y biomasa

Los "traps" del Decán, vistos desde Matheran (India). Crédito: Usuario "Baajhan" de Wikipedia

Los Traps del Decán, vistos desde Matheran (India). Es una de las mayores formaciones volcánicas de la Tierra.
Crédito: Usuario “Baajhan” de Wikipedia

La órbita del objeto es también muy importante (a menos que se trate de un satélite, en cuyo caso lo importante sería la órbita de su planeta más que la del satélite en sí). Si es muy excéntrica (es decir, no es lo suficientemente circular) la diferencia de temperaturas entre el punto más lejano y el más cercano a su estrella será demasiado elevado como para que pueda aparecer la vida en la superficie del planeta. La Tierra tiene una excentricidad muy baja (0,02) y el resto de planetas del Sistema Solar (excepto Mercurio) tienen órbitas muy similares.

Quizá este sea el talón de Aquiles de la búsqueda de vida en otros planetas (o quizá sea mera coincidencia). Los datos sobre la excentricidad orbital de los planetas extrasolares es sorprendente. El 90% de ellos tienen una excentricidad orbital superior a la del Sistema Solar. La media es de 0,25. Es decir, la mayor parte de exoplanetas que hemos descubierto tienen órbitas muy excéntricas, y eso tiene implicaciones catastróficas en muchos casos.

Me explico. Incluso si la distancia media de uno de estos planetas lo colocase en medio de la zona habitable de su estrella, su excentricidad haría que sólo permaneciese en el interior durante una pequeña parte del recorrido de su órbita.

Sea como fuere, también tenemos que tener en cuenta la rotación del planeta. Es necesario que el eje esté ligeramente inclinado (de otro modo no habría estaciones, y partimos de la base de que son importantes para el desarrollo de la vida) y que además rote sobre sí mismo con suficiente rapidez por dos motivos. Por un lado, si el día y la noche son demasiado largos, la diferencia de temperatura entre ambos hemisferios será demasiada elevada, dificultando la aparición de la vida. Por otro lado, si el giro no es lo suficientemente rápido, el núcleo no será capaz de generar un campo magnético que pueda proteger la atmósfera ni la superficie del planeta.

La geoquímica del planeta

Recreación artística de la Nube de Oort.

Recreación artística de la Nube de Oort. Muchos de sus objetos están formados por compuestos orgánicos (o al menos, eso creemos).

Sólo nos falta un aspecto más a considerar. Como ya hemos comentado anteriormente, partimos de la base de que la vida extraterrestre estaría basada en la misma bioquímica que la de la Tierra. En ella, los cuatro elementos más importantes para la vida son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno. Componen el 96% de la biomasa de nuestro planeta. De ellos, el carbono tiene una capacidad poco común para enlazarse consigo mismo, y para crear estructuras increíblemente complejas, así que es el material ideal para soportar los complejos mecanismos que dan lugar a la aparición de células vivas.

Estos cuatro elementos juntos son los responsables de la formación de amino ácidos (que, a su vez, son los bloques principales de las proteínas). Además, ni el azufre necesario para la construcción de proteínas) ni el fósforo (necesario para la formación de ARN y ADN) son raros en el espacio. Y sin embargo, por incongruente que pueda parecer, esa abundancia relativa en el espacio no es significativa. Por ejemplo, el oxígeno es abundante en el espacio, pero de todos los planetas que conocemos, sólo es abundante en la corteza de la Tierra.

En parte, esa incongruencia se puede explicar porque muchos de esos elementos (como el hidrógeno y el nitrógeno) y sus formas más sencillas (dióxido y monóxido de carbono, metano, amoníaco, agua…) son gases a temperaturas altas. En la región cálida más cercana al Sol, estos compuestos volátiles no hubieran desempeñado un papel significativo en la formación geológica. En su lugar, quedaron atrapados bajo las cortezas, formadas principalmente por compuestos no volátiles como el sílice (que es un compuesto del silicio y el oxígeno), y fueron liberados paulatinamente a través de los primeros volcanes, que contribuyeron a la formación de las atmósferas de los planetas.

1347282861_IMG_0001Aun así, no sería suficiente material para poder explicar la cantidad de agua que hay en los océanos de la Tierra, así que la mayor parte del agua (y seguramente del carbono) debe proceder de las afueras del Sistema Solar, lejos del calor del Sol, donde puede permanecer en estado sólido. O dicho de otro modo, una cantidad más que considerable del agua de nuestro planeta procede de colisiones de cometas en los primeros años de la formación del Sistema Solar (los mismos asteroides y cometas en los que hemos visto aminoácidos como la glicina), así como otros compuestos volátiles necesarios para el desarrollo de la vida en la Tierra primigenia.

De esto se desprende una pregunta que no tiene una respuesta sencilla. ¿Qué importancia tuvieron esos cometas? No lo sabemos con certeza, pero es posible que la vida, tal y como la conocemos, jamás hubiera llegado a desarrollarse sin el material extra aportado por las colisiones de esos objetos. Además, hay muchos otros factores que podríamos discutir (como los organismos extremófilos, como los tardígrados, que pueden sobrevivir en condiciones que se antojarían completamente antagonistas para la aparición de la vida) y circunstancias que podrían propiciar el desarrollo de la vida, pero que harían que el enfoque de este artículo fuese más extenso de lo que ya es. Llegados a este punto, sólo nos queda hablar del IST…

El Índice de Similitud con la Tierra

Comparación entre el tamaño de la Tierra y el exoplaneta Kepler-186f. Crédito: Aldaron

Comparación entre el tamaño de la Tierra y el exoplaneta Kepler-186f.
Crédito: Aldaron

Aunque puedan parecer similares, no hay que confundir la habitabilidad de planetas con el Índice de Similitud con la Tierra. Son cosas diferentes. El IST es una medida de la similitud física de un objeto celeste con la Tierra, en una escala de cero a uno (en el que, por supuesto, la Tierra tiene un uno), mientras que la habitabilidad de planetas mide el potencial de un objeto celeste para desarrollar y soportar la presencia de vida.

En principio, el IST fue diseñado para medir planetas, pero también se puede aplicar a satélites naturales, tanto del Sistema Solar como de otros planetas extrasolares. En este índice se tienen en cuenta el radio, la densidad, la velocidad de escape y la temperatura en superficie, pero no tenemos en cuenta otros factores de los que hemos hablado en estos dos artículos.

Las mediciones son algo complicadas (especialmente para objetos celestes fuera del Sistema Solar) porque en gran medida dependen del método de observación utilizado, así que siempre hay un margen de error que puede ser muy significativo (es posible que una medición inicial nos indique que un exoplaneta está en la zona habitable de su estrella, y otra observación posterior, mucho más refinada, nos diga que no se acerca a la zona habitable por una distancia gigantesca).

Recreación artística de Matusalén, el nombre del planeta que (creemos) orbita alrededor del pulsar de M4.

Recreación artística de Matusalén, uno de los planetas extrasolares más antiguos conocidos (tiene una edad estimada de 12.700 millones de años).

Lo importante que hay que tener en cuenta, es que un exoplaneta o satélite natural, que tenga un índice de entre 0,8 y 1, probablemente sea rocoso y presentará unas condiciones similares (en tamaño, temperatura, etc) a las de la Tierra.

Según este índice, no hay ningún otro planeta (o luna) en el Sistema Solar que se parezca a nuestro mundo (Marte sería el segundo con un índice de 0,697). Kepler-438b es el exoplaneta confirmado (es decir, sabemos que realmente se trata de un exoplaneta) con mayor similitud con la Tierra, con un índice de 0,88. Está a 470 años-luz de distancia, tiene un radio de 1,12 veces el de la Tierra, y está en la zona habitable alrededor de su estrella. Sin embargo, orbita alrededor de una enana roja, y tarda 35,2 días en completar una vuelta a su alrededor.

A Kepler-438b le siguen Gliese 667 Cc  y KOI-3010.01, ambos con un 0,84. También hemos encontrado multitud de supuestos exoplanetas con un IST muy elevado. Es el caso de KOI-4878.01. Todavía no sabemos si es un exoplaneta. Pero de ser así, será el que mayor IST tenga: un 0,98. Y sin embargo, por deprimente que pueda parecer, no querrá decir que estemos más cerca de encontrar vida en otros lugares del universo. Al menos, por ahora…

Referencias: Wikipedia

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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2 Respuestas

  1. Arnoldo José De la Hoz dice:

    Genial.

  1. 20 octubre, 2015

    […] lectura sigue en: La habitabilidad planetaria y el IST (y […]

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