Cuando los astrónomos buscan planetas que puedan contener agua líquida en su superficie, comienzan por observar la zona habitable de la estrella. El agua es un ingrediente clave para la vida, y en un planeta demasiado cerca de su estrella, el agua de su superficie puede "hervir"; demasiado lejos y podría congelarse. Esta zona marca la región intermedia.
Pero estar en este punto óptimo no significa automáticamente que el planeta sea hospitalario para la vida. Otros factores influyen, como si el planeta es geológicamente activo o tiene procesos que regulan los gases en su atmósfera.
La zona habitable proporciona una guía útil para buscar signos de vida en exoplanetas: planetas fuera de nuestro sistema solar que orbitan alrededor de otras estrellas. Pero lo que hay en las atmósferas de estos planetas contiene la siguiente pista sobre si existe agua líquida (y tal vez vida) más allá de la Tierra.
En la Tierra, el efecto invernadero, causado por gases como el dióxido de carbono y el vapor de agua, mantiene el planeta lo suficientemente caliente como para que haya agua líquida y vida tal como la conocemos. Sin atmósfera, la temperatura de la superficie de la Tierra promediaría alrededor de cero grados Fahrenheit (menos 18 grados Celsius), muy por debajo del punto de congelación del agua.
Los límites de la zona habitable se definen por la cantidad de "efecto invernadero" que es necesaria para mantener temperaturas superficiales que permitan que el agua líquida persista. Es el equilibrio entre la luz solar y el calentamiento atmosférico.
Muchos científicos planetarios, incluido yo mismo, estamos tratando de comprender si los procesos responsables de regular el clima de la Tierra operan en otros mundos de zonas habitables. Usamos lo que sabemos sobre la geología y el clima de la Tierra para predecir cómo estos procesos podrían ocurrir en otros lugares, y ahí es donde entra en juego mi experiencia en geociencias.
Imaginando una zona habitable análoga al Sistema Solar, con planetas similares a Venus y Marte fuera de la zona de temperatura "perfecta". NASA ¿Por qué zona habitable?
La zona habitable es una idea simple y poderosa, y con razón. Proporciona un punto de partida, dirigiendo a los astrónomos hacia dónde podrían esperar encontrar planetas con agua líquida, sin necesidad de conocer todos los detalles sobre la atmósfera o la historia del planeta.
Su definición se basa en parte en lo que los científicos saben sobre los vecinos rocosos de la Tierra. Marte, ubicado justo fuera del borde exterior de la zona habitable, muestra evidencia clara de antiguos ríos y lagos donde alguna vez fluyó agua líquida.
De manera similar, Venus está actualmente demasiado cerca del Sol para estar en la zona habitable. Aún así, algunas pruebas geoquímicas y estudios de modelización sugieren que Venus pudo haber tenido agua en su pasado, aunque sigue siendo incierto cuánta y durante cuánto tiempo.
Estos ejemplos muestran que si bien la zona habitable no es un predictor perfecto de la habitabilidad, proporciona un punto de partida útil.
Los procesos planetarios pueden afectar la habitabilidad
Lo que la zona habitable no hace es determinar si un planeta puede mantener condiciones habitables durante largos períodos de tiempo. En la Tierra, un clima estable permitió que la vida surgiera y sobreviviera. El agua líquida podría permanecer en la superficie, dando tiempo suficiente a las reacciones químicas lentas para construir las moléculas de la vida y permitiendo que los primeros ecosistemas desarrollaran resistencia al cambio, lo que mejoró la habitabilidad.
La vida apareció en la Tierra, pero continuó remodelando el entorno en el que evolucionó, haciéndolo más habitable.
Esta estabilidad probablemente tuvo lugar durante cientos de millones de años, cuando la superficie, los océanos y la atmósfera del planeta trabajaron juntos como parte de un sistema lento pero poderoso para regular la temperatura de la Tierra.
Una parte clave de este sistema es la forma en que la Tierra recicla el carbono inorgánico entre la atmósfera, la superficie y los océanos durante millones de años. El carbono inorgánico se refiere al carbono unido a gases atmosféricos, disuelto en agua de mar o encerrado en minerales, no en material biológico. Esta parte del ciclo del carbono actúa como un termostato natural. Cuando los volcanes liberan dióxido de carbono a la atmósfera, las moléculas de dióxido de carbono atrapan el calor y calientan el planeta. A medida que aumentan las temperaturas, la lluvia y el clima extraen carbono del aire y lo almacenan en rocas y océanos.
Si el planeta se enfría, este proceso se ralentiza, permitiendo que el dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, se vuelva a acumular en la atmósfera. Esta parte del ciclo del carbono ayudó a la Tierra a recuperarse de glaciaciones pasadas y evitar un calentamiento rápido.
Incluso cuando el Sol se fue iluminando gradualmente, este ciclo contribuyó a mantener las temperaturas de la Tierra dentro de límites donde el agua líquida y la vida podrían sobrevivir durante largos períodos de tiempo.
Ahora los científicos se preguntan si procesos geológicos similares podrían estar funcionando en otros planetas y, de ser así, cómo podrían detectarlos. Por ejemplo, si los investigadores pudieran observar suficientes planetas rocosos en las zonas habitables de sus estrellas, podrían buscar un patrón que vincule la cantidad de luz solar que recibe un planeta y la cantidad de dióxido de carbono que hay en su atmósfera. Encontrar tal patrón puede sugerir que el mismo proceso del ciclo del carbono puede estar funcionando en otros lugares.
La mezcla de gases en la atmósfera de un planeta está determinada por lo que sucede en su superficie o debajo de ella. Un estudio muestra que medir el dióxido de carbono atmosférico en varios planetas rocosos podría revelar si sus superficies están divididas en numerosas placas móviles, como la de la Tierra, o si sus cortezas son más rígidas. En la Tierra, estas placas en movimiento impulsan el vulcanismo y la erosión de las rocas, que son clave para el ciclo del carbono.
Una simulación de lo que registrarán los telescopios espaciales, como el Observatorio de Mundos Habitables, al observar sistemas solares distantes. STScI, NASA GSFC Monitoreo de atmósfera distante
El siguiente paso será obtener una perspectiva a nivel de población de los planetas en las zonas habitables de sus estrellas. Al analizar datos atmosféricos de muchos planetas rocosos, los investigadores pueden buscar tendencias que revelen la influencia de procesos planetarios fundamentales, como el ciclo del carbono.
Luego, los científicos podrían comparar estos patrones con la posición del planeta en la zona habitable. Esto les permitiría probar si la zona predice con precisión dónde son posibles condiciones habitables, o si algunos planetas mantienen condiciones adecuadas para agua líquida más allá de los bordes de la zona.
Este enfoque es particularmente importante dada la diversidad de exoplanetas. Muchos exoplanetas entran en categorías que no existen en nuestro sistema solar, como las súper Tierras y los miniNeptunos. Otros orbitan estrellas que son más pequeñas y más frías que el Sol.
Los conjuntos de datos necesarios para explorar y comprender esta diversidad están a la vuelta de la esquina. El próximo Observatorio para Mundos Habitables de la NASA será el primer telescopio espacial diseñado específicamente para buscar signos de habitabilidad y vida en planetas que orbitan otras estrellas. Tomará imágenes directas de planetas del tamaño de la Tierra alrededor de estrellas similares al Sol para estudiar sus atmósferas en detalle.
El Observatorio para Mundos Habitables planeado por la NASA buscará exoplanetas que potencialmente podrían albergar vida.
Los instrumentos del observatorio analizarán la luz de las estrellas que atraviesa estas atmósferas para detectar gases como dióxido de carbono, metano, vapor de agua y oxígeno. A medida que la luz de las estrellas se filtra a través de la atmósfera del planeta, diferentes moléculas absorben ciertas longitudes de onda de luz, dejando una huella química que revela qué gases están presentes. Estos compuestos proporcionan información sobre los procesos que dan forma a estos mundos.
El Observatorio de Mundos Habitados se encuentra en desarrollo científico y de ingeniería activo, con un lanzamiento potencial en la década de 2040. Combinados con los telescopios actuales, que son cada vez más capaces de observar las atmósferas de mundos del tamaño de la Tierra, los científicos pronto podrán determinar si los mismos procesos planetarios que regulan el clima de la Tierra son comunes en toda la galaxia o exclusivos de la nuestra.
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