Sobre waterworlds
Dos estudios recientes hablan de la abundancia y condiciones para la vida de planetas con océano global profundo.
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Este verano se presentó en un congreso celebrado en Boston un estudio de Li Zeng (Harvard University) y colaboradores que mantiene que la cantidad de exoplanetas que están totalmente cubiertos por un océano profundo podría ser dos a cuatro veces superior a los planetas rocosos como la Tierra.
Como todos sabemos, los avances recientes en la capacidad de detectar exoplanetas por el método del tránsito y de velocidad radial han permitido descubrir ya unos 4000 exoplanetas, aunque no podamos ver ninguno de ellos. La gran sorpresa ha sido darse cuenta de que los planetas de nuestro Sistema Solar no son estadísticamente representativos de lo que hay ahí afuera. A diferencia de aquí, hay muchos exoplanetas que son supertierras, planetas de tipo rocoso, pero más grandes que nuestro mundo.
Distintos estudios indican que algunos de estos planetas podrían estar hechos de hasta un 50% de agua, algo muy superior al 0,02% que el agua respresenta en la Tierra.
Los exoplanetas que no son gaseosos gigantes caen en dos categorías con un hueco entre ellos: unos tienen un radio en torno a un 1,5 veces el radio terrestre en promedio y masa 5 veces superior, que llamaremos aquí de tipo I, y otros con 2,5 veces el radio de nuestro mundo y una masa 10 veces superior, que llamaremos de tipo II.
Este grupo de investigadores ha estudiado los datos de la misión Gaia y han desarrollado un modelo de la estructura interna planetaria. El modelo indica que los planetas de tipo I serían fundamentalmente rocosos como la Tierra, mientras que los de tipo II son probablemente mundos agua o water-worlds.
La temperatura superficial de esta agua cubriría, según este modelo, una gama de 200 a 500 grados centígrados, por lo que la atmósfera estaría dominada por el vapor de agua. A mayores profundidades la presión haría que el agua sufriera un cambio de fase y se transformara en hielo que cubriría las rocas que estarían por debajo.
Según estos investigadores, alrededor de un 35% de los planetas mayores que la Tierra deberían ser ricos en agua y se formarían de un modo similar a los planetas gaseosos gigantes.
Se espera que la misión TESS, recientemente lanzada, descubra este tipo de planetas en el «vecindario» del Sistema Solar y que el James Webb (si alguna vez se lanza, pues sufre nuevos retrasos) pueda caracterizar al atmósfera de algunos de ellos. Esto podría permitir confirmar o refutar este modelo.
Sobre si estos planetas puedan albergar o no vida hay un intenso debate dentro de la comunidad. Por un lado asumimos que el agua es necesario para la vida, pero, por otro lado, su posible no contacto con las rocas limitaría los elementos esenciales para la vida tal y como la conocemos. Tampoco habría ciclos de ciertos gases, como el dióxido de carbono que estabilizan el clima, ni meteorización de rocas. Todo ello asumiendo que estén en la zona de habitabilidad de su estrella.
Según un artículo reciente publicando por investigadores de las Universidades de Chicago y Pensilvania, la condiciones para que surja la vida en este tipo de planetas no son tan malas como se había imaginado.
El problema es que las estrellas van cambiando su brillo, por lo que la cantidad de radiación que reciben los planetas que la orbitan cambian en el tiempo. Para que la vida evolucione se necesitan miles de millones de años y no es fácil mantener una condiciones estables sin algún tipo de sistema termostático. En la Tierra ese papel lo juega la tectónica, la meteorización y el dióxido de carbono con su efecto invernadero. Si la temperatura sube se meteorizan más rocas y este gas se fija a las mismas. Si la temperatura baja se reduce la meteorización y siempre pueden los volcanes expulsar dióxido de carbono. Pero este mecanismo no funciona para el tipo de mundo acuático del que hablamos, en donde la columna de agua hasta suprime los posibles volcanes. Así que estos investigadores buscaron otros tipos de mecanismos que estabilizaran el clima a largo plazo.
Según las miles de simulaciones que hicieron, el océano de este tipo de planetas permitiría de todos modos en algunos casos largos periodos de tiempo en los que la habitabilidad fuera posible. «Esto aleja la idea de que se necesita un clon de la Tierra. Esto es, un planeta rocosos con océanos someros y algo de tierra», dice Edwin Kite (UChicago).
Asumiendo una estrella como nuestro Sol, encontraron que en un 10% de sus simulaciones el clima del planeta se mantiene estable durante más de mil millones de años. Estos planetas con suerte simplemente se encuentran a la distancia adecuada de su estrella cuando se forman y tienen la cantidad necesaria de dióxido de carbono. Otras distancia o cantidades de ese gas y ya no presentan esa estabilidad. Así que es posible mantener una estabilidad climática incluso con total carencia de ciclos geoquímicos.
Los investigadores creen que los resultados serán también optimistas para enanas rojas, pues el ritmo de aumento de brillo de este tipo de estrellas es más lento que para estrellas de tipo G como el Sol.
El problema es que sigue habiendo una escasez de minerales y elementos que normalmente proporciona la corteza rocosa que, en la Tierra, son disueltos en el agua.
Otro problema es la surgimiento de una civilización inteligente y técnica. El descubrimiento de la metalurgia para unos seres acuáticos sería muy complicado por muy inteligentes que sean.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Ilustración: NASA.
17 Comentarios
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domingo 2 septiembre, 2018 @ 10:08 am
Asombrosa posibilidad, en los mundos water-worlds, la de mantener en estado sólido el agua a tan altas temperaturas merced a la presión. han de ser un ejemplo completo de un diagrame de fases. Supongo que eso sucederá en el fondo de su océano, junto a la roca. Lástima que nadie lo pueda vivir. Pero ha de haber una zona donde se den las condiciones de 1 atmósfera y -pienso- que temperaturas entre -40 y +40 ºC, como en la Tierra. ¿?
domingo 2 septiembre, 2018 @ 10:38 am
Por desgracia no hay aún artículo, sólo una nota de prensa. Así que algunos aspectos son un tanto confusos, como la temperatura mínima de 200 grados. Es de suponer que eso dependerá de la distancia a la estrella. Quizás simplemente han querido restringir el espacio de parámetros y ha fijado una distancia de 1 UA y una estrella como el Sol. Sobre la presión atmosférica no se dice nada en la nota, pero es de suponer que sea alta.
domingo 2 septiembre, 2018 @ 8:16 pm
La ciencia ficción siempre ha fantaseado con vida en los gigantes gaseosos, Júpiter, Saturno, etc. No es un escenario diferente, sólo más denso. El problema al simular es que los detalles los carga el diablo, y pasarse detalles por alto es completamente inevitable. De hecho, tenemos una clara asimetría: es más fácil simular algo conocido eliminando factores, ahora prueben con algo desconocido.
No conocemos bien el interior de casi ningún planeta, así que supongo que tendrán buenas bases para anular la actividad volcánica (en base a la presión, evidentemente). Vamos sabiendo por la JUNO que el modelo más probable de Júpiter es aquel donde ese famoso núcleo rocoso (por llamarle algo, porque si en el ático de eso el océano de hidrógeno es una molécula de una pieza con un orbital metálico planetario, cualquier otro elemento del sistema periódico difícilmente podrá constituir minerales de estos que tenemos por aquí bajo los pies) se ha disuelto (la palabra borroso, fuzzy, es otro hallazgo), tal cual, por lo que voy leyendo, formando una especie de plasta más propia de las artes culinarias que de la físico-química planetaria.
Si dicen que Venus se ha frenado por el cojinete de su atmósfera, ni te cuento un planeta con un océano global pero en plan Señor. Por otro lado, dada la conductividad térmica del agua, bastante notable, y dando por hecho que los estratos más superficiales de la capa hídrica serán de agua líquida, además a presión (mínino 200ºC), pues estoy pensando en la superrotación de la atmósfera de Venus o los vientos demenciales de Neptuno.
Me encantaría ver las simulaciones.
martes 4 septiembre, 2018 @ 6:49 am
La metalurgia subacuática, si es para después construir motores de combustión, no parece buena idea. A pesar de que supongo que se puede forjar una espada en la lava de una dorsal oceánica, a no ser que nos sorprendas, querido Dr. Thriller…
Abrazos cetáceos.
martes 4 septiembre, 2018 @ 6:43 pm
Estoy probando porque me han cambiado el disco duro del ordenador y ya me ha rechazado el comentario dos veces.
martes 4 septiembre, 2018 @ 6:47 pm
Vale. Ya funciona. Decía que no me parece tan alta la conductividad térmica del agua. De hecho es cientos de veces menor que la de cualquier metal y solo un orden mayor que los aislantes clásicos. Puede compararse, siendo menor, con los materiales de construcción, como una pared de ladrillo o de cemento, por ejemplo.
domingo 9 septiembre, 2018 @ 1:58 am
Imagino, que antes de llegar a un water world, con un radio de 1. 5 terrestre, habrá un mundo con islas grandes, como el archipielago de Indonesia, Madagascar, Groenlandia, e islas grandes del norte de Canadá. Y puede que incluso continentes enanos como el de Australia o ¿la Antártida?
¿Y no podrían tener océanos poco profundos, o de «profundidad media?
Cuando habláis de mundos waterworld, me viene a la cabeza lunas como Encelado, Titan e Io.
¿Como seria un mundo a medio camino entre un mini Neptuno y una super Tierra? La vida seria como la de los peces abisales, muy planita y achaparradita, para soportar la presión superficial.
domingo 9 septiembre, 2018 @ 5:14 pm
Pero me refiero al clima. El agua es mejor conductor térmico (y con más inercia) que el aire y desde luego la roca. Es un tema de electrones juguetones, los no metales del segundo período (N, O, F) se traen una palangana con los enlaces de hidrógeno (N-H, O-H, F-H), se crea un cuasienlace que voxpopuler es el puente de hidrógeno y eso es p.ej. la causa de todas las anomalías del agua desde sus temperaturas de cambio de estado, viscosidad y calores específicos etc. Y sólo ellos, porque sus colegas del tercer período (P, S, Cl) ya tienen orbitales de de dedo (no deja poner la letra) accesibles en energía y se fornició la chancha.
La diferencia de temperaturas en Marte del día a la noche es la que es, con una rotación similar, tal cual un desierto terrestre. Un mundo de agua con tal profundidad seguramente tendría la misma temperatura superficial, salvo excentricidades tipo Urano. El régimen de corrientes ni te cuento.
domingo 9 septiembre, 2018 @ 5:23 pm
Respecto a la metalurgia, pues lo obvio. Nosotros usamos la metalurgia previo paso por las tecnologías líticas porque no tenemos otras opciones hasta llegar a polímeros, composites, plásticos y demás. ¿Unos hipotéticos cefalópodos podrían llegar a los metamateriales sin pasar por la metalurgia? El que esté libre de imaginación calenturienta que los guise con patatas y pimentón (yo no soy capaz de cazarlos, no porque no pueda, porque no quiero, son demasiado inteligentes como para no dejarlos vivir).
En cualquier caso, sin metales no hay metaloproteínas, así que no hay vida como la conocemos (es complicado si no están presentes en concentraciones importantes), por otro lado es difícil elucubrar todo lo que un océano así puede tener disuelto, cuando ni sabemos bien porqué nuestros océanos tienen relativamente tan poca sal y vamos sospechando que los intraocéanos globales de las lunas exteriores deben ser salmueras de aquí te espero. Con amoníaco para su mejor higiene.
lunes 10 septiembre, 2018 @ 10:00 am
A ver, Dr., alta conductividad e inercia son incompatibles; contradictorios si queremos llamarlos así.
lunes 10 septiembre, 2018 @ 10:22 am
Con «inercia térmica» me refería a su capacidad calorífica, a su capacidad de retener calor más tiempo. No son incompatibles, la atmósfera de Venus absorbe calor mejor que bien e irradia mucho menos. Esto se debe a que la temperatura depende de la cinética de las moléculas, no tanto de sus enlaces que es lo principal para conducir el calor (en realidad, absorber y emitir EM). Con otras palabras, absorber y emitir radiación depende fundamentalmente de los enlaces y la geometría molecular, pero la cinética (energía) misma de la molécula como un todo depende de más factores, básicamente cómo se relaciona todo el agregado molecular.
Los metales no sirven mentalmente como referente, ni los minerales, porque son macromoléculas de una pieza, están bastante retenidas en posiciones fijas en el espacio que son sus nodos de la red cristalina (un vidrio o un metal no tienen por qué ser cristales de una pieza, son pedazos de cristales apelmazados de forma amorfa -o no, pueden serlo de una pieza también). Esta menor libertad no permite almacenar tanta energía cinética, como siempre si se le da más de la que puede absorber pues se desmorona el chiringuito (solemos llamarlo licuefacción). Unos tienen un comportamiento refractario y otros como dices tú, altamente reflectante (aparte que en general los minerales suelen conducir mal).
lunes 10 septiembre, 2018 @ 10:29 am
Por ejemplo una forma de almacenar energía cinética es por los modos de vibración y rotación de los enlaces. Los enlaces se estiran y encogen, y rotan, como palitos (fundamental para todo el metabolismo), el agua es como un gigantesco somier, donde las moléculas topetean unas con otras de forma muy eficiente gracias al puente de hidrógeno. Un metal típico no tiene «palitos», tiene una argamasa llamada orbital metálico que es como un Schengen de electrones y que mantiene firme toda la red, esto le da la maleabilidad típica (que no tiene un sólido iónico, de aniones y cationes, mucho más pesados que un electrón), entonces poco momento mecánico puede almacenar.
martes 11 septiembre, 2018 @ 1:25 pm
Conozco cuanto dices a nivel molecular y de enlaces intramoleculares, pero no es esa la cuestión. Vamos al resultado. Tienes razón y así lo consideré en identificar capacidad calorífica con inercia térmica en una masa, pongamos, de agua líquida. Pero precisamente esa inercia térmica es lo contrario de ganar o perder temperatura con rapidez. Por eso las masas de agua dan estabilidad al clima; hacen que las temperaturas varíen menos.
Ahora bien, si añadimos otra fuente de energía de manera que movamos el agua, entonces, la cantidad de calor que esa masa puede transportar y transferir, es enorme porque variando poco su cantidad de calor, elevará la temperatura del receptor rápidamente.
martes 11 septiembre, 2018 @ 9:03 pm
Cabe la posibilidad (es frecuente en chez Dr.) de que no te haya entendido desde el principio. Es problema mío de serie, no te alarmes. Veo que estamos hablando de lo mismo y que tampoco estamos discrepando, entonces tengo que añadir que tampoco he debido explicarme yo bien (más sello chez Dr. todavía).
Vamos a centrarnos que es lo que no hacen los cuerpos electorales últimamente. La cantidad de calor (por abreviar) que recibe la superficie de un planeta depende exclusivamente del enfriamiento interno que escape por esta (que puede ser calor almacenado de su formación y/o mecánicas de marea) y obviamente la radiación que reciba de su estrella. No hay más. Ahora, la temperatura es otra historia. La rotación de ese cuerpo p.ej. puede hacer que la temperatura de un hemisferio sea muy diferente de la de otro, y el tipo de material que haya en la superficie puede redistribuir más o menos uniformemente el flujo térmico, así como hacer que la temperatura sea más alta o más baja de lo que cabría esperar por varios efectos (incremento de albedo, efectos invernaderos varios, etc).
Mi hipótesis es que mundos océano tienen temperatura prácticamente homogénea en la superficie aunque tengan rotación sincronizada. Prácticamente homogénea ha de tomarse en términos relativos a su máximo y mínimo, aunque tampoco me sorprendería que fuese como Venus (en homogeneidad, no en valor). A fin de cuentas, *toda* la superficie está hecha del mismo material, y tiene esas propiedades que conocemos bien. ¿Puedo estar diciendo una majadería tamaño enana marrón? Perfectamente. Júpiter es hidrógeno y helio en un 99% y sabemos por Juno que la estructura en bandas sólo alcanza 3.000 km de profundidad, de ahí para abajo es un tocho de una pieza. Trazas (en proporción) de otros materiales dan el espectáculo que se puede ver y de homogéneo no tiene nada. ¿Puede ser así un mundo océano? Ni pastelera idea, pero no veo impedimento o no se me ocurre.
miércoles 12 septiembre, 2018 @ 8:34 am
¡Oh, no! No puedo aceptarlo. Soy yo quien no te había comprendido a pesar de que te explicas con admirable y erudita abundancia (marca de la casa, parece que dices, y me parece cierto). Ahora ya está claro. Tienes toda la razón.
viernes 14 septiembre, 2018 @ 11:37 am
Tomás, en este país tan simpático que tenemos, «La Razón» (el nombre ya lo dice todo, seguro que se rieron a mandíbula batiente cuando se les ocurrió) se puede comprar en un quiosco y la gente la manipula sin guantes ni la menor aprensión. Por otro lado, la razón no cotiza en bolsa, ni la expide un cajero automático, que podría. Por otro lado, yo me explico como los glúteos (de un corredor olímpico de marcha, por ejemplo como esos que tienen 200 kg de EPO en su casa, y dicen que ellos no toman nada. Nada malo), sólo faltaría que algo tan idiosincrático de mi individua persona dejara de formar parte de mi acervo existencial.
Cuando yo era pequeño, la frase de tu genial paisano, el que pintó a la familia real hispanistana en palabras increíblemente concisas y brutalmente precisas de un historiador de arte, «como una familia de patanes a quienes les acaba de tocar la lotería», la frase digo, «el sueño de la razón crea monstruos», yo lo confundí no como el sueño biológico, el de dormir (que era al que se refería el autor), sino como el onírico, el de la imaginación. Idea demasiado avanzada para la época.
De todo ello se colige mi escepticismo hacia la razón.
sábado 15 septiembre, 2018 @ 9:18 am
Esta vez te apearé del trono de la discrepancia y afirmo que nuestro Goya quiso referirse al sueño despierto de la razón y no al dormido biológico. Él ya era muy avanzado para su época. Pero eso no impide tu razonado escepticismo.