Una civilización tecnológica que habite en una supertierra lo tendría muy difícil a la hora de tener satélites de comunicaciones o misiones científicas espaciales.
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En las últimas dos décadas los humanos hemos descubierto miles de exoplanetas.
La gran variedad de planetas encontrados nos dice que otros sistemas planetarios son muy distintos al nuestro y que los planetas que los componen también pueden ser muy distintos a los de nuestro Sistema Solar.
Hay un tipo de planeta en especial que ha llamado la atención a los astrofísicos: las supertierras. Estos planetas son planetas rocosos un poco más grandes que nuestra Tierra, pero más pequeños que gigantes gaseosos como Urano o Neptuno. No tenemos ningún ejemplo de supertierra en nuestro Sistema Solar.
Los métodos de observación que nos permiten detectar o inferir los exoplanetas tiene sesgos que nos impiden detectar todos los planetas existentes. Estos métodos priman planetas grandes y pesados que orbiten cerca de su estrella. El telescopio Kepler, que pretendía descubrir Tierra II en unos cuantos años, no pudo hacerlo por falta de datos al fallar demasiados volantes de inercia, algo que le obligó abandonar su misión inicial antes de tiempo.
Muchos de los planetas en la zona de habitablidad, en donde el agua puede estar en estado líquido, han sido descubiertos orbitando enanas rojas. Simplemente, a la distancia a la que se encuentran producen muchos tránsitos en poco tiempo que permiten inferir su órbita y tamaño planetario. El método de velocidad radial proporciona, además, su masa. Todo junto ayuda a la hora de saber su densidad y, por tanto, si es rocoso o no.
Posiblemente haya planetas como la Tierra orbitando estrellas de tipo G como el Sol, pero, de momento, no tenemos tecnología para detectarlos. Puede que incluso también haya supertierras en la zona de habitabilidad de ese tipo de estrellas.
Por tanto, nuestro muestrario de planetas interesantes para la vida se circunscribe a planetas rocosos como la Tierra o mayores que orbitan alrededor de una estrella enana roja o estrella de tipo M.
En un alarde de optimismo se llegó a proponer en su día la existencia de planetas superhabitables. Serían supertierras en la zona de habitabilidad de una enana roja. Bajo esas premisas, el planeta podría mantener esas condiciones propicias para la vida durante mucho más tiempo, por su tectónica prolongadas y porque su densa atmósfera les protegería de las radiaciones de su estrella y la misma atmósfera tampoco se perdería. Además, las enanas rojas duran mucho tiempo, de hecho a ninguna que se haya formando le ha dado tiempo a extinguirse desde que comenzó el Universo. Algunas pueden brillar durante billones de años. Bajo estas condiciones tarde o temprano aparecería la vida y una civilización avanzada. Podemos imaginar entonces una civilización avanzada y longeva viviendo en uno de estos planetas semieternos.
El precio a pagar es que estos planetas tienen masas bastante mayores que la Tierra, lo que quiere decir campos gravitatorios más intensos y velocidades de escape mayores. Así, por ejemplo, una supertierra un 70% más ancha que nuestro mundo es 10 veces más masiva, es lo que tiene la ley matemática del volumen. Es el caso de Kepler-20b, que está a 950 años luz de nosotros.
Según un estudio reciente, un civilización de este tipo lo tendría mal a la hora de tener satélites artificiales o cualquier otro tipo de viaje a la órbita y más allá con cohetes químicos. La gravedad y su ubicación no lo ponen fácil.
Nosotros, en este aspecto, somo afortunados. Bastan unos 7 km/s de velocidad para poner un satélite en órbita y 11 km/s para abandonar la Tierra, al ser esa su velocidad de escape. La velocidad de escape del Sol, a la distancia de la Tierra del mismo, es además de sólo 42 km/s. Todas estas velocidades se pueden conseguir con propulsión cohete química más técnicas de asistencia gravitatoria gracias a otros planetas. Esto nos ha permitido tener satélites de comunicación y explorar el Sistema Solar con sondas automáticas, incluso nos ha permito abandonar el mismo. Es técnicamente posible realizar una misión tripulada a Marte con este tipo de tecnología.
La propulsión química se basa en combinar un combustible y un oxidante que generen una reacción química potente que caliente mucho el resultado de la misma. Cuanto más caliente mejor, pues eso ayuda a tener un chorro de gas a gran velocidad. Por la tercera ley de Newton, esta acción produce una reacción de sentido contrario que hace avanzar al cohete, que va ganado velocidad hasta que se agotan los propergoles. Pero la energía liberada químicamente tiene un límite y la velocidad de expulsión de gases, por tanto, también.
La conservación del momento nos dice que la velocidad terminal para un cohete será proporcional a la velocidad de los gases expulsados multiplicado por el logaritmo natural de la razón entre la masa inicial y final del cohete. Como la velocidad de los gases está limitada a unos pocos km por segundo, la velocidad de final del cohete también lo estará. Naturalmente, se puede conseguir una ventaja extra fabricando cohetes por etapas, que es una manera de deshacerse del peso muerto.
Estas restricciones nos dicen que no es rentable conseguir una velocidad final que sea mayor de un orden de magnitud de la velocidad de expulsión de los gases. Por lo que los cohetes químicos sólo pueden proporcionar unos pocos km/s. Pero son suficientes para abandonar la Tierra si vamos por encima de 11 km/s.
La masa de la Tierra, su tamaño y densidad terminan la velocidad de escape dada antes. Es suficiente para retener la atmósfera, pero no tanto que nos impida viajar al espacio. Marte, por el contrario, tiene un tamaño menor y, por consiguiente, una velocidad de escape menor, por eso se ha quedado prácticamente sin atmósfera. Básicamente, la velocidad de las moléculas de aire puede ser superior a la de escape y estas terminan en el espacio.
El nuevo estudio analiza lo que pasaría en esas supertierras de las que hemos hablado. Para un equivalente a las misiones Apolo un civilización que viviera allí requerían de un cohete con un peso de 400.000 toneladas, que es el peso, más o menos de una de las pirámides de Giza en Egipto. El viaje al espacio sería increíblemente caro, por no decir imposible con combustibles químicos. Podrían usar propulsión nuclear, pero a costa de contaminar con radiactividad su planeta o tener un accidente fatal. Este tipo de civilización no tendría televisión por satélite, ni GPS ni nada por el estilo. Tampoco tendrían un telescopio espacial como el Hubble que les permitiera ver el Universo sin su densa atmósfera, ni tampoco misiones robóticas a sus planetas vecinos. Esos habitantes estarían encarcelados por siempre en su planeta.
Así, por ejemplo, en el caso de Kepler-20b mencionado al principio, la velocidad de escape es 2,4 veces la de la Tierra, es decir, 26,9 km/s. Visto así, nosotros hemos tenido suerte, pues no solo podemos ir allá fuera, sobre todo, podemos hacer mejor ciencia.
Para poder lanzar el telescopio James Webb a nosotros sólo nos basta con el cohete europeo Arian, una hipotética civilización de una supertierra requeriría un cohete que consumiera 55.000 toneladas de combustible.
Pero, además, se las tendrían que ver con la velocidad de escape de su estrella que depende de la distancia a la misma y, si se trata de una supertierra habitada, estará en la zona habitable, que, en el caso de una enana roja está muy cerca de la estrella según nuestro estándar. La velocidad de escape va con la raíz cuadrada de la masa sobre la distancia. Así que, paradójicamente, es más fácil para nosotros huir del influjo gravitatorio del Sol que para los habitantes de una exoplaneta alrededor de una enana roja, pues estos están muy dentro del pozo gravitatorio de su estrella, aunque su campo gravitatorio sea menor.
Así, Proxima Centauri, tiene una masa de un 12% de la del Sol, pero el planena Proxima b está veinte veces más cerca de su estrella que nosotros de la nuestra. Para sus hipotéticos e imposibles habitantes, pues la actividad de Proxima Centauri es tan intensa que esteriliza a Proxima b, la velocidad de escape de su estrella es de 65 km/s. La relación entre la masa de los propergoles de un cohete químico y la masa de la carga de pago de una misión automática de exploración por o fuera de su sistema sería de miles de millones a uno. En este caso se requeriría un cohete con la potencia de la lanzadera espacial para enviar 1 kilogramo de carga.
Obviamente, una vez ahí fuera se podrían usar otros tipos de propulsiones, desde la nuclear a las velas láser, además de aprovechar las maniobras de asistencia gravitatoria si hay otros planetas en el sistema, algo, esto último, que sí se podría hacer bien en el sistema TRAPPIST-1.
La peor combinación sería una supertierra en la zona habitable en una estrella enana roja de poca masa o, pero aún, una enana roja ultrafría como la de TRAPPIST-1, con una masa de sólo un 9% la del Sol. En este caso les costaría salir de su planeta y del pozo de gravedad de su estrella.
Así que ese supuesto paraíso casi eterno de un planeta superhabitable sería, en realidad, una cárcel que impediría salir a sus habitantes e incluso hacer ciertos tipos de ciencia. Nosotros, en este caso, somos más afortunados… O no.
La realidad es que, pese a las ventajas de la ciencia y los satélites de observación, que nos dicen que estamos destruyendo el clima y la biosfera terrestres, los humanos nos comportamos estúpidamente y, en lugar de resolver los problemas que estamos creando, soñamos con colonias en un planeta horrible como Marte o, peor aún, en salir en un viaje imposible hacia otros sistemas planetarios de biología seguro que incompatible y sometidos a tal cantidad de radiación que ni el tardígrado más fuerte lograría sobrevivir. Los habitantes de una supertierra, por el contrario, aceptarían su sino y trataría de cuidar su única casa en el cosmos. No les quedaría más remedio.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Artículo de broma del mismo autor. [3]
Ilustración: NASA Ames/SETI Institute/JPL-CalTech.