Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. La publicación contribuyó con el artículo a Expert Voices: Op-Ed & Insights de Space.com.
Cuando los astrónomos buscan planetas que puedan albergar agua líquida en su superficie, comienzan por observar la zona habitable de una estrella. El agua es un ingrediente clave para la vida, y en un planeta demasiado cerca de su estrella, el agua en su superficie puede “hervir”; demasiado lejos y podría congelarse. Esta zona marca la región intermedia.
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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 posiblemente 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 necesario para mantener las temperaturas de la superficie que permiten que persista el agua líquida. Es un equilibrio entre la luz solar y el calentamiento atmosférico.
Muchos científicos planetarios, incluido yo, estamos tratando de comprender si los procesos responsables de regular el clima de la Tierra están operando en otros mundos de zonas habitables. Usamos lo que sabemos sobre la geología y el clima de la Tierra para predecir cómo podrían aparecer estos procesos en otros lugares, que es donde entra en juego mi experiencia en geociencias.
¿Por qué la 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, que se encuentra 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 dentro de la zona habitable. Sin embargo, algunas pruebas geoquímicas y estudios de modelización sugieren que Venus pudo haber tenido agua en el pasado, aunque sigue siendo incierto cuánta y durante cuánto tiempo.
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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 informar 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 persistiera. El agua líquida podría permanecer en la superficie, dando tiempo suficiente a las reacciones químicas lentas para construir las moléculas de la vida y permitir que los primeros ecosistemas desarrollaran resiliencia al cambio, lo que reforzó la habitabilidad.
La vida surgió en la Tierra, pero continuó remodelando los entornos en los que evolucionó, haciéndolos más propicios para la vida.
Esta estabilidad probablemente se desarrolló a lo largo de cientos de millones de años, a medida que la superficie de los planetas, los océanos y la atmósfera trabajaron juntos como parte de un sistema lento pero poderoso para regular la temperatura de la Tierra.
Una parte clave de este sistema es cómo la Tierra recicla el carbono inorgánico entre la atmósfera, la superficie y los océanos a lo largo de millones de años. El carbono inorgánico se refiere al carbono unido a gases atmosféricos, disuelto en agua de mar o encerrado en minerales, en lugar de 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 la intemperie 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 que calienta, se acumule nuevamente en la atmósfera. Esta parte del ciclo del carbono ha ayudado a la Tierra a recuperarse de glaciaciones pasadas y a evitar un calentamiento galopante.
Incluso cuando el sol se ha ido iluminando gradualmente, este ciclo ha contribuido a mantener las temperaturas en la Tierra dentro de un rango en el que el agua líquida y la vida pueden persistir durante largos períodos de tiempo.
Ahora, los científicos se preguntan si procesos geológicos similares podrían operar 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 conecte 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 indicar que el mismo tipo de proceso de ciclado del carbono podría estar operando 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 varias 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.
Vigilando las atmósferas distantes
El próximo 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 subyacentes, como el ciclo del carbono.
Luego, los científicos podrían comparar estos patrones con la posición de un planeta en la zona habitable. Hacerlo 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 tipo de enfoque es especialmente importante dada la diversidad de exoplanetas. Muchos exoplanetas entran en categorías que no existen en nuestro sistema solar, como las súper Tierras y los mini Neptuno. Otros orbitan alrededor de estrellas más pequeñas y más frías que el sol.
Los conjuntos de datos necesarios para explorar y comprender esta diversidad están apenas en el horizonte. El próximo Observatorio de 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.
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 de un planeta, diferentes moléculas absorben longitudes de onda de luz específicas, dejando una huella química que revela qué gases están presentes. Estos compuestos ofrecen información sobre los procesos que dan forma a estos mundos.
El Observatorio de los Mundos Habitables está bajo desarrollo científico y de ingeniería activo, con un lanzamiento potencial previsto para la década de 2040. Combinados con los telescopios actuales, que son cada vez más capaces de observar 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 exclusivamente en la nuestra.