NeoFronteras

Tierras oscilantes y tierras lentas

Área: Espacio — Domingo, 27 de Abril de 2014

Nuevos estudios teóricos amplían la zona habitable a uno y otro lado si se dan ciertas características.

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Nuestro planeta es espacial porque tiene vida. Para nosotros, los humanos que hemos evolucionado en él, es el mejor de los mundos posibles.
Es el único lugar en el Cosmos en el que sabemos que hay vida, el único ejemplo de vida conocido. Quizás la vida sea ubicua o puede que sea muy escasa, no lo sabemos. Tampoco sabemos si hay otras formas de vida con las que el universo puede contemplarse y estudiarse a sí mismo. No hemos contactado con otras civilizaciones, así que, posiblemente, la inteligencia es muy escasa.
Por todo esto, cuando buscamos vida en otros planetas fuera de nuestro Sistema Solar intentamos encontrar gemelos de la Tierra, porque creemos que son los lugares más propicios para la vida. Posiblemente estamos en lo cierto cuando buscamos vida basada en la química del carbono y en el agua como disolvente. Pero quizás erramos cuando tratamos de imponer las demás condiciones terrestres. Esto crea una serie de prejuicios de los que no es fácil desprenderse.
Así por ejemplo, hemos asumido que un planeta con el eje de rotación estabilizado es mejor que otro sin esta característica o que es mejor un planeta con días cortos que con días largos. Dos trabajos recientes nos señalan que esto no es así.

En el primer trabajo unos astrofísicos de la NASA y de las universidades de Washington y Weber State han estudiado cómo se verían afectadas las condiciones para la vida en los planetas en donde la oblicuidad no es muy estable y cambia la inclinación del eje de rotación.
La combinación del tirón gravitatorio de la estrella y de planetas gigantes hace variar ese ángulo del giro respecto al plano orbital, a veces frecuente y fuertemente. El eje puede apuntar a la misma estrella fija, pero el plano orbital puede cambiar su orientación respecto a las estrellas. La estabilidad de ese ángulo puede beneficiarse de la presencia de una luna masiva.
La Tierra cambia la inclinación de su eje de giro lentamente con el tiempo, siendo la amplitud del movimiento de 2,4 grados en un ciclo de 41.000 años aproximadamente. Cuando la inclinación llega a los 24,5 grados los inviernos son más fríos y los veranos son más calurosos y cuando la inclinación es de 22,1 grados los inviernos son menos fríos y los veranos más frescos. En la actualidad se mantiene con un ángulo de 23,5 grados respecto a la órbita. Como se puede ver la variación es muy pequeña. Además está la precesión de los equinoccios, que no cambia ese ángulo, sino que va corriendo las fechas en las que entran las estaciones, mientras que el eje terrestre va apuntando a una estrella distinta del cielo en un ciclo de 26.000 años.
Es la Luna la que nos proporciona esta estabilización en la inclinación del eje de rotación, pero el caso de la Luna es único. Es un objeto extremadamente grande respecto a la Tierra, casi se podría considerar al sistema Tierra-Luna como un planeta doble. Si imponemos una condición así a los exoplanetas se reducen drásticamente las posibilidades de vida en ellos. Se suponía que si la inclinación del eje cambia mucho entonces la climatología sería negativa para mantener estables las condiciones para la vida. Pero esto no es así según este estudio. Al parecer, un planeta con el eje no estabilizado es más propicio para la vida y esta condición evita que el planeta entre en una era glacial global gracias a que la luz de la estrella se distribuye más uniformemente.
La Tierra entró en el pasado en varias fases de “bola de nieve” que cubrieron de hielo casi todo el planeta. Afortunadamente, el dióxido de carbono expulsado por los volcanes permitió la fusión de ese hielo al cabo de millones de años.
Esta situación de riesgo de congelación es especialmente crítica para exoplanetas que estén en el borde exterior de su zona de habitabilidad, como el recientemente confirmado Kepler-186f. La zona de habitabilidad es la región alrededor de la estrella en la que el agua puede mantenerse en estado líquido, pero esto depende fuertemente de las condiciones del planeta en sí, una posición favorable no garantiza nada. La cantidad de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono, determinan si el agua puede estar en estado líquido. Si es demasiado pequeño la gravedad no puede retener el agua o una atmósfera densa y si es demasiado grande la atmósfera es tan densa que obtenemos un minineptuno.
El nuevo trabajo expande la zona de habitabilidad hacia el exterior entre un 10 y un 20 por ciento. Más allá sólo habrá bolas de hielo y la vida no será posible. El resultado aumenta considerablemente las posibilidades de que haya vida en el Universo y el número de posibles planetas habitables en nuestra galaxia se doblaría.
Al parecer, la ventaja de este tipo de mundos es que, debido al cambio de inclinación en el eje de rotación, el planeta termina apuntando sus polos ocasionalmente hacia su sol, lo que permite la fusión rápida de sus hielos polares. Esto permite salir del ciclo de retroalimentación provocado por el incremento de albedo debido al color blanco del hielo y la nieve. Sin esta posibilidad un exoplaneta relativamente alejado de su estrella posiblemente entre en una era glacial global, sobre todo porque la nieve y el hielo blancos reflejan muy bien la luz. La presencia de una luna masiva alrededor de un planeta cercano al borde exterior de la zona de habitabilidad reduciría sus posibilidades de que haya vida.
Según este estudio, si se colocara a la Tierra sin la Luna más allá de la órbita de Marte seguiría siendo habitable.
Para llegar a estos resultadoslos investigadores usaron simulaciones computacionales basadas en la física conocida y corrieron 17 posibilidades en las que un planeta como la Tierra y sin luna se situaba a distintas distancias de la estrella en un sistema planetario en el que además había dos planetas gigantes gaseosos.
Según este resultado, no se necesita una luna para estabilizar el eje y que así se favorezca la vida. Por tanto, las condiciones para vida en la Tierra no están tan bien ajustadas como suponíamos para favorecer la vida, sino que la vida ha permanecido pese a la estabilidad de nuestro eje de rotación. No hay ajuste fino en este caso.
La pega es que inclinaciones muy grandes puede que supongan un riesgo para vida compleja al alcanzarse altas temperaturas a ciertas latitudes cuando el planeta no se encuentra cerca del borde exterior de la zona habitable de su estrella.
Estos investigadores quieren aplicar su modelo a casos reales de exoplanetas para así identificar los mejores blandos a los que apuntar los futuros telescopios que obtengan espectros de ellos y así buscar bioindicadores.

En el segundo trabajo varios astrofísicos de la Universidad de Chicago liderados por Jun Yang han estudiado cómo afecta la duración del día a las condiciones de habitabilidad de un exoplaneta. El día terrestre dura 24 horas, aunque en el pasado era más corto y en el futuro será más largo debido a las fuerzas de marea inducidas por la Luna. Al igual que en el caso anterior, se ha asumido que una duración corta del día favorece la habitabilidad de un planeta de tipo rocoso como la Tierra, pues las diferencias entre el día y la noche no son tan acusadas en ese caso. Pero esto es así si se ignora el efecto de la atmósfera sobre el clima. Al parecer, un día largo favorece las condiciones de habitabilidad de un planeta cercano al borde interior de la zona habitable. La circulación atmosférica y la formación de nubes se ve afectada fuertemente por esta situación de día largo.

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La fuerza de Coriolis es una fuerza ficticia que aparece en sistemas que no están en reposo o en movimiento uniforme. Nosotros, como observadores sobre la superficie terrestre, vemos que hay una fuerza que hace girar los anticiclones y las borrascas con un sentido determinado según en el hemisferio en el que se encuentren. Pero, en realidad, es un efecto debido a que la Tierra gira sobre sí misma e induce esa “fuerza” en observadores que están en un sistema de referencia que no está ni en reposo ni a velocidad constante (sistema de referencia incercial), sino en un sistema que gira sobre sí mismo.
La fuerza de Coriolis es muy importante para la dinámica atmosférica y para la formación de nubes. En un planeta con día muy largo (meses terrestres) la fuerza de Coriolis es casi nula. La iluminación diurna y esta fuerza de Coriolis casi nula favorecen la formación nubosa en el las zonas tropicales en este tipo de exotierras de día largo. Y esta gruesa capa nubosa refleja más la luz solar y, por tanto, aumenta el albedo del planeta, lo que reduce la radiación solar que llega al planeta, reduciéndose así la temperatura del mismo. Esta situación favorece la habitabilidad de planetas que se encuentren en la parte interna de la zona habitable del sistema, por lo que la zona habitable es extensible hacia el interior.
Planetas que hasta ahora se creía que eran demasiado calientes para albergar vida tendrán que ser reevaluados en función de su periodo de rotación. Por otro lado, el periodo de rotación no parece afectar a la habitabilidad del planeta en la parte exterior de la zona habitable.
Según este trabajo, un planeta como la Tierra situado en la órbita de Venus con un periodo de rotación venusino de 243 días sería habitable. La pregunta del millón es por qué entonces Venus es el infierno que es en la actualidad. La explicación más sencilla es que el efecto invernadero descontrolado tuvo que aparecer cuando el planeta (de casi el mismo tamaño que la Tierra) tenía un día mucho más rápido y que un choque posterior con otro objeto hizo que girara más lentamente. Aunque posiblemente quizás no lo sabemos todo acerca de los sistemas climáticos extremos, sobre todo si no hay casos reales con los que contrastar.
Los modelos de formación planetarios sugieren que los planetas se forman con una amplia gama de periodos de rotación que van de las diez horas a cientos de días. En el caso de planetas alrededor de enanas rojas el periodo de rotación puede además hacerse lento debido a las fuerzas de marea y, como ya sabemos, llegar a sincronizarse con el periodo orbital de tal modo que el planeta siempre presente la misma cara a su estrella.

El caso es que estos resultados hacer volar nuestra imaginación y nos presentan un panorama con una Vía Láctea llena de planetas habitables, algunos con estaciones extrañas y otros con días muy lentos.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Copia artículo general.
Artículo en ArXiv.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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4 Comentarios

  1. Miguel Ángel:

    Querido Neo:

    A propósito de zonas de habitabilidad, tengo conocimiento de que existe una zona en el “frente de choque de terminación” donde el choque del viento solar con la radiación cósmica provoca un fuerte calentamiento del plasma. Esa región se situaría más o menos al doble de distancia que Plutón.
    He estado buscando por la red, pero no encuentro referencias a la temperatura que se llega alcanzar, no obstante, recuerdo un documental donde creo que hablaban de cifras de más de 100.000 grados.
    ¿Es correcta esa cifra? ¿Podría ser habtable un planeta próximo a esa zona?

    Abrazos.

  2. NeoFronteras:

    NO es lo mismo calor que temperatura. La corona solar tiene una temperatura tan alta que emite rayos X, sin embargo allí uno se tostaría por la luz recibida de la fotosfera no por la corona.
    Puede que haya unas cuantas partículas que se muevan tan rápido como para tener alta temperatura, pero con una densidad tan baja que en el laboratorio lo llamamos vacío que la capacidad de transmitir calor que tienen es casi nula.

  3. tomás:

    Querido amigo Miguel Ángel:
    Me atrevo a cuantificar lo que te explica Neo. Creo que en el vacío de laboratorio se llegan a conseguir tan solo 3 x 10^12 moléculas por m^3. Compara eso con los 25 x 10^24 moléculas que tenemos a 15 ºC y 1 atm al nivel del mar en cada metro cúbico. Hay que dividir por más 8 billones; es decir que por cada partícula en ese vacío hay más de 8 billones al nivel del mar.
    Si suponemos que allí, en la zona a que te refieres hay esa cantidad, que puede ser bastante menor, por cada choque contra el termómetro hacen falta todos esos más para medir la temperatura, así que hasta poder medirla se tardaría una barbaridad de tiempo. Por tanto no tengas temor en meter la mano en ese ambiente, que no pasa na.
    Un abrazo en la esperanza de que Neo no me corrija o lo haga poquito.

  4. Miguel Ángel:

    Queridos Neo y “tomás”:

    Era lo que sospechaba, muy pocas partículas en un entorno cercano al cero absoluto. Aunque poco justificada, la duda me vino precisamente después de ver el documental ya que recuerdo con claridad que decían: “Curiosamente, las mayores temperaturas del Sistema Solar, las encontramos en esta región tan alejada del Sol”.
    He comentado que más de 100.000 grados porque la cifra no la recuerdo con exactitud, pero creo que hablaban concretamente de 150.000.
    Muchas gracias por vuestra aclaración y abrazos a repartir.

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