NeoFronteras

Según un estudio las supertierras por encima de 2,2 radios terrestres no serían habitables.

Tengo un libro que compré en los años ochenta titulado “Planetas habitables” de Stephen H. Dole. Se trata de una traducción de un libro cuya primer edición (Habitable planets for man) es de 1968 y que milagrosamente se editó en castellano pese a la abundancia de fórmulas en su texto.
En esa época (sea los sesenta u ochenta) se creía que había planetas en otros sistemas, pero todavía no se había detectado ninguno. El autor se dedica a explicar cómo deben ser los hipotéticos planetas para que puedan albergar vida humana. Así por ejemplo, introduce el concepto de zona habitable como la región alrededor de la estrella en la que agua permanece líquida. Pero también habla de la forma de las órbitas, inclinación del eje de rotación del planeta, tamaño del mismo, rotación, gravedad, composición atmosférica, etc. Incluso postula dónde puede haber planetas habitables en sistemas estelares dobles. Así por ejemplo, Dole consideraba que el planeta habitable más grande tendría un radio de 1,25 el terrestre.
No deja de ser curioso que se pueda escribir un libro entero sobre unos objetos que eran hipotéticos en aquel entonces, pero que parecían inevitables. Lo malo es que en ciencia hasta que no se comprueba algo experimentalmente no se tiene realmente nada.
Los modelos han avanzado un poco desde entonces, pero tampoco mucho por falta de datos. Es más importante tener datos que delimiten los modelos que datos que los permitan, pues la proliferación de modelos no suele ser buena cosa. Se necesiten datos reales que eliminen los modelos que no son válidos.
Es justo ahora cuando se empiezan a tener buenos datos de tamaños y parámetros orbitales de muchos exoplanetas. Esto ha supuesto muchas sorpresas, pues hace 20 años se asumía que cualquier otro sistema solar tenia que ser como el nuestro y la realidad ha demostrado que estos pueden ser increíblemente variados. En este caso, como en otros, se tiende a tomar lo que conocemos (la vida terrestre, la Tierra o el Sistema Solar) como modelo para poder decir algo sobre objetos que en realidad desconocemos.
La realidad es que no hemos visto directamente todavía ningún planeta en su zona habitable. No tenemos ningún espectro al respecto ni ningún bioindicador. Así que sólo queda, de nuevo, elaborar modelos.
Un artículo publicado recientemente por Yann Alibert habla del tamaño máximo que pueden tener los planetas rocosos para mantener la vida. Sabemos que si son demasiado pequeños no pueden retener una atmósfera, por lo que la vida no puede aparecer y mantenerse. Esto es lo que parece que le pasó a Marte, un planeta con una atmósfera muy tenue, sin agua líquida sobre su superficie y sin vida, como parecen confirmar las sondas que periódicamente se mandan allí.
Además de que el tamaño del planeta tiene que ser lo suficientemente grande como para mantener una atmósfera, también lo debe ser para mantener una tectónica. Para que haya vida se necesitan mantener ciclos de los elementos y el ciclo del carbono depende de la tectónica.
En la Tierra el dióxido de carbono atmosférico reacciona para producir rocas carbonatadas que terminan en las zonas de subducción de las placas tectónicas. Posteriormente la actividad volcánica devuelve este dióxido de carbono a la atmósfera. La clave está en que esto permite un aporte de este gas para que se pueda realizar la fotosíntesis y además es forma un sistema regulador del clima. Si la temperatura baja demasiado, y esto ha pasado muchas veces en la Tierra e incluso se cree que ha estado totalmente cubierta de hielo y nieve, la actividad volcánica inyecta este gas de efecto invernadero en la atmósfera, en donde se va acumulando. Esto permite que la temperatura pueda volver a subir, pese a que el albedo sea muy alto por la presencia de hielo y nieve. Pero si la temperatura sube demasiado se producen más carbonatos rocosos que retiran dióxido de carbono de la atmósfera y entonces la temperatura baja. Naturalmente la escala de tiempos en este proceso es de millones de años.
Pero no sabemos muy bien cómo de grande puede ser una planeta para mantener la vida. Este tema es interesante porque entre los exoplanetas detectados hay bastante supertierras. Se sabe, eso sí, que si la masa es muy grande se retienen gases ligeros y se forma un planeta similar a Neptuno, para el que se asume que no puede haber vida.
Pero puede haber otros límites inferiores para que una supertierra no pueda mantener la vida. Según este trabajo no puede tener más de 1,7-2,2 radios terrestres, lo que restringe bastante las posibilidades.
En principio parecería que cuanto mayor sea un planeta rocoso mayor tectónica tendrá y, por tanto, mejor autorregulada tendrá su temperatura, pues el ciclo de carbono funcionará mejor. Siempre que no tengamos un minineptuno tendremos posibilidades para la vida.
Pero además de la tectónica hay otros factores. Se cree que algunas de estas supertierras puedan estar cubiertas totalmente de agua y esto puede condicionar todo el asunto.
El agua es un compuesto curioso. Es de las pocas sustancias que al congelarse tienen menos densidad y esto hace que el hielo flote. La capa de hielo que cubre los mares polares terrestres protege al agua que hay debajo de más congelación.
En física se pueden dibujar diagramas de estados para las sustancias, como el agua, pero también para otros compuestos. Estos nos dicen el estado que adquiere la sustancia para determinada presión y temperatura. El agua permanece líquida por debajo de los 100 grados para la presión normal, pero si bajamos la presión el agua se evapora mucho antes de alcanzar esa temperatura, como pasa cuando se sube una montaña alta. Este es el diagrama de fases del agua:

Además de los estados sólido, líquido y gaseoso, el agua, al igual que otras sustancias, pueden adoptar estados exóticos, sobre todo a altas presiones. Así por ejemplo a partir de una presión de 2,4 gigapascales (el pascal es una unidad muy pequeña, pero ese número equivale a 24.000 atmósferas) el agua se transforma en hielo VII. Esto ocurriría en el fondo de los océanos de un planeta de tipo supertierra lo suficientemente grande y este hielo bloquearía la formación de carbonatos y, por tanto, se interrumpiría el ciclo del carbono.
Si el planeta es muy grande su gravedad también lo es y el peso de la atmósfera haría que la presión en superficie fuese tan grande que el agua no podría permanecer en estado líquido aunque la temperatura sea alta.
Como conclusión se podría decir que la supertierras acuáticas demasiado grandes carecería por tanto de vida.
Yann Alibert ha tenido en cuenta estos factores y calculado que el radio máximo de una supertierra está entre 1,7 a 2,2 veces el de la Tierra si se asume una composición similar a la Tierra. Planetas con radios entre 10000 y 14000 kilómetros no tendrían ya vida. Si tuvieran mayor cantidad de elementos pesados como el hierro y similares este límite sería aún más pequeño.
Unos cálculos sencillos indican que para una densidad igual a la terrestre la aceleración de la gravedad (que aquí es 9,8 m/s₂) en la superficie de una supertierra sería de 16,7 y 22,6 m/s₂ (1,7 g y 2,2 g respectivamente) para esos límites.
Exoplanetas como Gliese 581 g y Kepler-62e estarían justo por debajo de estos límites, por lo que tendrían posibilidad de albergar vida. Pero muchos otras supertierras tienen tamaños superiores y se quedarían fuera.
Obviamente se trata de un modelo que es mejorable. Pero, en todo caso, este tipo de cosas nos permiten repasar otros aspectos científicos.
Puede ser que haya supertierras de ese tamaño con poca agua. O puede que alguna gire tan rápido que en su ecuador la gravedad sea menor y sí que puedan darse las condiciones para la vida. Quizás incluso se pueda desarrollar lo que nos contó Hal Clement en “Misión de Gravedad”: una historia que se desarrolla en un planeta cuya aceleración de gravedad va de 700 g en los polos a 3 g en el ecuador. Posiblemente nunca lo sabremos.
La imaginación es lo que nos queda cuando no hay datos. Nada más, y nada menos.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4271

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Ilustración de cabecera: Wikipedia.