Planeta superhabitable

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Posible aspecto de un planeta superhabitable. El tono rojizo de las masas continentales se debe al color de la vegetación.[1]​

Un planeta superhabitable es un tipo de exoplaneta hipotético, similar a la Tierra, que presenta condiciones más adecuadas para la aparición y evolución de la vida que nuestro propio planeta.[2]​[3]​ En los últimos años, un gran número de expertos han criticado el criterio antropocenstrista en la búsqueda de vida extraterrestre,[4]​ considerando que existen varios apartados en los que la Tierra no representa el óptimo en habitabilidad planetaria, como el tipo de estrella a la que orbita, superficie total, proporción cubierta por océanos (y profundidad media de los mismos), campo magnético, tectónica de placas, temperatura superficial, etc.[5]​[6]​ De este modo, es posible que haya exoplanetas en el universo que ofrezcan mejores escenarios para la vida, permitiendo que surja con más facilidad y que perdure por más tiempo.[7]​

En un extenso reportaje publicado en enero de 2014 para la revista Astrobiology titulado Superhabitable Worlds, los astrofísicos René Heller y John Armstrong recogen y analizan gran parte de los estudios realizados en los últimos años al respecto.[8]​

Características

Superficie y tamaño

Un exoplaneta con 1,6 R⊕ tendrá un radio similar al de Kepler-62e (segundo empezando por la izquierda). En el extremo de la derecha figura la Tierra, a escala.

Un exoplaneta con una superficie más irregular, mayor o simplemente con una zona más amplia en la que el agua se encuentre en estado líquido; podría ser más adecuado para la vida.[9]​ Sin embargo, el volumen de un planeta guarda una relación directa con su masa y cuanto más masivo sea, mayor será su atracción gravitatoria, lo que podría traducirse en una atmósfera excesivamente densa.[10]​

Investigaciones realizadas por el equipo HARPS-N indican que existe un límite natural, fijado en 1,6 R⊕, por debajo del cual casi todos los planetas se componen principalmente de roca-hierro como Venus y la Tierra.[11]​ Genéricamente, los objetos con una masa inferior a 6 M⊕ tienen altas probabilidades de presentar una composición similar a la terrestre.[12]​ Por encima de este límite, la densidad de los planetas disminuye a medida que aumenta su tamaño, a imagen de los gigantes gaseosos.[13]​ Además, las supertierras demasiado masivas pueden carecer de una tectónica de placas.[14]​

Así pues, cabría esperar que cualquier exoplaneta con una densidad similar a la de la Tierra y un radio superior (próximo a los 1,6 R⊕) fuese más apto para la vida.[6]​ No obstante, otros estudios indican que los mundos oceánicos representan un estado de transición entre los cuerpos de tipo minineptuno y los planetas telúricos, especialmente si pertenecen a estrellas poco masivas (cuyos planetas situados en la zona habitable tienden a acumular mucha más agua).[15]​[16]​ Por tanto, aunque los cuerpos planetarios ligeramente más masivos que la Tierra sean en principio más adecuados para la vida, un tamaño excesivo conseguiría justo el efecto contrario.[17]​ Como veremos en el próximo punto, desde una perspectiva geológica el óptimo para la masa de un planeta se encuentra en torno a las 2 M⊕, así que debería contar con un radio que mantuviese la densidad de la Tierra (entre 1,2 y 1,3 R⊕).[18]​

Otro factor superficial que podría mejorar la habitabilidad terrestre es la distribución de las masas continentales. En el pasado, supercontinentes como Pangea podían tener vastos desiertos en su interior como consecuencia de la lejanía respecto al mar.[19]​ Por el contrario, los continentes más separados y los archipiélagos presentan una cantidad mayor de vegetación y de diversidad biológica.[20]​[6]​

La profundidad media de los océanos también influye en la habitabilidad de un planeta. Las áreas poco profundas del mar, dada la cantidad de luz que reciben, suelen ser más acogedoras para las especies acuáticas, por lo que exoplanetas con una profundidad media menor deberían ser más adecuados para la vida.[21]​ Los exoplanetas más masivos que la Tierra tienden a tener una superficie más regular por efecto de su gravedad, lo que podría suponer unas cuencas oceánicas menos profundas.[22]​ Por otro lado, los planetas más secos situados en el confín interno de la zona habitable tienen una probabilidad menor de presentar un efecto invernadero descontrolado, mientras que los localizados en el confín externo es menos probable que padezcan una glaciación global.[23]​

Geología

La tectónica de placas, en combinación con la presencia de grandes masas de agua sobre un planeta, es capaz de mantener unos niveles de CO2 constantes.[24]​[25]​ Este proceso parece ser habitual en los planetas telúricos geológicamente activos con una velocidad de rotación significativa.[26]​ Cuanto más masivo sea un cuerpo planetario, más tiempo perdurará su calentamiento radiogénico y, por tanto, su tectónica de placas, lo que beneficiaría a los planetas con mayor masa que la Tierra.[14]​ No obstante, aquellos con masas excesivamente altas tienden a desarrollar mayores presiones en su manto y a registrar mejores viscosidades en su interior, que harían menos probable este fenómeno.[14]​ Las investigaciones sugieren que la tectónica de placas alcanza su máximo en cuerpos con entre 1 y 5 M⊕, siendo el óptimo una masa aproximada de 2 M⊕.[18]​

En exoplanetas más iluminados o que reciban fuentes adicionales de calor interno (como el calentamiento de marea), podría evitarse el colapso consecuente a una carencia de gases de efecto invernadero que lo condenase a una glaciación global.[27]​

Otro punto a favor de los planetas más masivos que la Tierra reside en su potencial para desarrollar una magnetosfera mayor, que proteja al planeta frente a la radiación cósmica y, especialmente, frente a los vientos estelares.[28]​ Los cuerpos poco masivos y los anclados por marea a su estrella tienen un campo magnético débil, que en el transcurso del tiempo supondrá la pérdida de una porción relevante de su atmósfera por escape hidrodinámico (sobre todo del hidrógeno).[14]​

El clima de un exoplaneta más cálido y húmedo que el terrestre podría ser similar al de las zonas tropicales de la Tierra. En la imagen, manglar en Camboya.

Temperatura

La idoneidad térmica de un planeta para la vida está determinada por su temperatura de equilibrio (es decir, la que correspondería a la Tierra en su lugar) y por la fluctuabilidad de la misma.[29]​ A lo largo de su historia, la Tierra ha sufrido importantes variaciones de temperatura durante largos períodos (Tierra bola de nieve, extinción masiva del Pérmico-Triásico, etc.),[30]​[31]​ e incluso en nuestros días registra oscilaciones térmicas significativas en función de la latitud y de las estaciones del año. Planetas con una atmósfera más densa, una mejor distribución de sus tierras emergidas y/o una menor inclinación de su eje, podrían ser menos estacionales y tener una amplitud térmica menor.[29]​ En tal caso, las especies autóctonas no tendrían que adaptarse a cambios de temperatura tan radicales y podrían ser más diversas.[29]​ El efecto termorregulador del mar quizás suponga unas temperaturas moderadas en planetas oceánicos situados en la ZH de su estrella.[32]​

La temperatura de equilibrio óptima para la vida es desconocida, si bien parece que en la Tierra la diversidad animal ha sido mayor en épocas más cálidas.[29]​ Es posible, por tanto, que exoplanetas con temperaturas medias ligeramente mayores que las de la Tierra sean más aptos para la vida.[33]​ Sin embargo, estudios recientes indican que la Tierra se encuentra en el límite interno de la zona habitable del Sistema Solar,[34]​ lo que podría perjudicar a su habitabilidad a largo plazo, ya que las estrellas aumentan su luminosidad con el paso del tiempo.[35]​[36]​ Paradójicamente, un planeta superhabitable debería ser algo más cálido que la Tierra y, a su vez, orbitar más próximo al centro de la ZH de su sistema.[37]​[38]​ Esto sería posible siempre que su atmósfera fuese más densa y/o tuviese una mayor concentración de gases de efecto invernadero.[39]​[40]​

Estrella

Véanse también: Habitabilidad en sistemas de enanas naranjas y Habitabilidad en sistemas de enanas rojas.
Posición en la ZH de algunos de los planetas confirmados con mayor IST y temperatura media superficial.[41]​[n. 1]​

El tipo estelar determina en gran medida las condiciones presentes en un sistema.[43]​[44]​ Las estrellas más masivas (O, B y A) tienen un ciclo vital muy corto, abandonando rápidamente la secuencia principal.[45]​[46]​ Además, las de tipo O y B producen un efecto fotoevaporación que impide la formación de planetas en torno a la estrella.[47]​[48]​

En el lado opuesto, las menos masivas (tipos M y K-tardío, es decir, enanas rojas), son por mucho las más comunes y longevas del universo, pero su potencial para albergar vida aún es objeto de estudio.[43]​[48]​ Su escasa luminosidad hace que cualquier exoplaneta que orbite en su pequeña zona habitable se encuentre muy próximo a ella, quedando expuesto a la variabilidad extrema de este tipo de estrellas (especialmente durante sus primeros 1 000 millones de años).[49]​ La cercanía entre ambos cuerpos probablemente se traduzca en un acoplamiento de marea (es decir, el planeta tendría un hemisferio diurno y otro nocturno).[50]​[48]​ Aún si fuese posible la existencia de vida en un sistema de este tipo, es poco probable que cualquier exoplaneta perteneciente a una enana roja pueda ser considerado como superhabitable.[43]​

Descartando ambos extremos, quedarían los sistemas de estrellas de tipo K y G como mejores hogares para la vida (enanas naranjas y amarillas, respectivamente).[49]​[48]​ Ambas permiten la formación de planetas a su alrededor, tienen una esperanza de vida significativa y ofrecen una zona habitable segura, estable y libre de los efectos derivados de una proximidad excesiva respecto a su estrella.[48]​ Las de tipo G, como el Sol, tienen una zona de habitabilidad mayor, pero su vida es considerablemente más corta que las de tipo K.[49]​ Además, su radiación es muy elevada como para permitir la vida compleja sin la existencia de una capa de ozono.[49]​ Por el contrario, las de tipo K o enanas naranjas permanecen en la secuencia principal por mucho más tiempo (hasta el triple), lo que supondría un escenario perfecto para la evolución.[51]​ Son también las más estables y su zona habitable varía muy poco durante su vida, así que un análogo terrestre situado en una estrella tipo K debería ser habitable durante la práctica totalidad de la secuencia principal.[49]​ Además, su baja radiación podría permitir la presencia de vida compleja sin la existencia de una ozonosfera, lo que podría acelerar la migración a tierra firme si la evolución ha seguido un patrón similar al de la Tierra.[49]​[52]​[53]​

Órbita y rotación

Impresión artística de un análogo a la Tierra. Algunos planetas superhabitables podrían presentar un aspecto similar si no guardan diferencias importantes con la Tierra.

La rotación de un planeta puede no ser imprescindible para la vida si un cuerpo anclado por marea a su estrella cuenta con una atmósfera lo bastante densa como para repartir el calor entre los hemisferios diurno y nocturno, para una combinación de gases de efecto invernadero similar a la terrestre.[54]​ Sin embargo, la probabilidad de que se desarrollen formas de vida complejas en este tipo de planetas ha sido cuestionada y, en cualquier caso, es difícil que puedan ser catalogados como superhabitables.[43]​

Los expertos no han alcanzado un consenso sobre cuál es la velocidad de rotación óptima para un planeta, pero sí que no debe ser muy elevada ni demasiado lenta (en última instancia, este último supuesto podría acarrear unos problemas similares a los de Venus).[55]​ La hipótesis de la Tierra especial añade la necesidad de un satélite natural de considerables proporciones para equilibrar el eje planetario, pero esta teoría ha sufrido importantes críticas en la mayor parte de sus argumentos y las investigaciones recientes sugieren que podría ser preferible la ausencia de un satélite.[56]​[57]​

La órbita de un planeta superhabitable debe situarse en la zona habitable de su sistema.[58]​ Más allá de esta consideración, no hay consenso sobre el efecto que podría tener una mayor excentricidad orbital en los análogos terrestres.[39]​[59]​ Es posible que las fluctuaciones térmicas derivadas de una posición notoriamente más próxima o alejada a la estrella, sean perjudiciales para la vida.[39]​ De igual modo, sería viable que excentricidades moderadas pero mayores que las de la Tierra sirviesen como protección ante eventos de glaciación global o de efecto invernadero descontrolado.[2]​[60]​[61]​

Atmósfera

No hay argumentos sólidos para asegurar que la atmósfera terrestre haya alcanzado el óptimo para la vida.[39]​ El porcentaje de oxígeno respecto al total atmosférico parece servir de barrera al tamaño de las formas de vida presentes y es posible que una concentración mayor sea más propicia para ciertas formas de vida.[62]​ En la Tierra, durante el período Carbonífero, se llegaron a alcanzar concentraciones de oxígeno de hasta un 35%, lo que coincidió con una de las épocas de mayor biodiversidad en nuestro planeta.[63]​

Mientras que atmósferas menos densas que la de la Tierra ofrecen una protección menor frente a la radiación cósmica de alta energía, más diferencias térmicas entre el día y la noche (y entre las zonas ecuatoriales y polares), y una mala distribución de las precipitaciones; una atmósfera más densa podría conseguir el efecto contrario.[40]​[39]​ La densidad atmosférica debería ser mayor en planetas más masivos, lo que reforzaría el argumento de las supertierras como posibles planetas superhabitables.[39]​

Edad

Desde un punto de vista biológico, los planetas con más edad que la Tierra podrían ser mejores para la vida, ya que las especies autóctonas habrían contado con más tiempo para evolucionar, adaptando y estabilizando las condiciones del entorno para sostener un ambiente idóneo para la vida que puedan aprovechar sus descendientes.[64]​

La zona de habitabilidad de un sistema planetario se aleja de la estrella con el transcurso del tiempo, a medida que aumenta su luminosidad.[49]​ Como vimos anteriormente, las estrellas menos masivas que el Sol tardan más en abandonar la secuencia principal y su evolución es mucho más lenta, por lo que un planeta habitable perteneciente a una estrella tipo K podría mantener su condición durante miles de millones de años antes de traspasar el confín interno de la zona de habitabilidad.[49]​ Sin embargo, las estrellas más antiguas suelen contar con una baja metalicidad que puede perjudicar el desarrollo de las civilizaciones que pudieran surgir e incluso, en última instancia, comprometer a la propia formación planetaria.[65]​[66]​ Se estima que cualquier sistema con una metalicidad adecuada para mantener planetas habitables no puede tener más de unos 7 000 millones de años.[65]​ No obstante, teniendo en cuenta la mayor estabilidad de las enanas naranjas (tipo K) respecto al Sol (tipo G) y sus características generales, es posible que la vida pueda aparecer mucho antes en estos sistemas, extendiendo en gran medida el margen evolutivo concedido a las especies locales.[49]​

Perfil

Comparación entre el tamaño de Kepler-442b (1,34 R⊕) y la Tierra (derecha).

A pesar de la escasez de información exoplanetológica disponible, las teorías vistas en los apartados anteriores invitan a elaborar un perfil del prototipo de planeta superhabitable.[67]​ Aún cuando parte de los puntos vistos siguen siendo objeto de debate, en otros sí parece haber cierto consenso. Así pues, algunos de los rasgos típicos de un planeta superhabitable podrían ser:[67]​

  • Masa próxima a 2 M⊕.
  • Para conservar una densidad similar a la terrestre, su radio debería estar entre 1,2 y 1,3 R⊕.
  • Porcentaje de superficie cubierta por océanos similar, pero más repartida y sin grandes masas continentales continuas.
  • Menor distancia respecto al centro de la zona habitable del sistema.
  • Temperatura media superficial ligeramente superior a la de la Tierra (15 ºC).
  • Perteneciente a una estrella tipo K intermedia, con una edad mayor que la del Sol (4.568 millones de años).
  • Sin satélites naturales de gran tamaño.
  • Atmósfera algo más densa que la de la Tierra y con una concentración mayor de oxígeno.

Hasta la fecha, no hay ningún exoplaneta cuya existencia haya podido ser confirmada que reúna todos los requisitos. El que más se aproxima por el momento es Kepler-442b, perteneciente a una enana naranja, con un radio de 1,34 R⊕ y una masa de 2,34 M⊕; pero con una temperatura superficial estimada en -2,65 ºC que lo convierte en un psicroplaneta (considerando una atmósfera similar a la de la Tierra).[68]​ Es posible que su mayor tamaño le haya conferido una densidad atmosférica superior y que esto, unido a una mayor presencia de gases de efecto invernadero, suponga una temperatura real igual o mayor que la terrestre.[n. 2]​ En tal caso, podría ser un planeta superhabitable. Por el momento, aunque es el cuarto exoplaneta confirmado con mayor índice de similitud con la Tierra (84%), es el que más probabilidades tiene de albergar algún tipo de vida.[70]​

Aspecto

La apariencia de un planeta superhabitable sería, en líneas generales, muy similar a la de la Tierra.[5]​ Las principales diferencias, cumpliendo con el perfil visto anteriormente, serían las derivadas de su masa. Su atmósfera más densa probablemente evitaría la presencia de casquetes polares, como consecuencia de la menor diferencia térmica entre las distintas regiones del planeta.[39]​ También tendría una mayor concentración de nubes y de precipitaciones.[n. 3]​

La vegetación sería muy distinta, debido a la mayor densidad atmosférica, precipitaciones y temperatura; y a la luz estelar. Por el tipo de luz emitida por las estrellas tipo K, posiblemente las plantas adoptarían tonos como el amarillo, el naranja o el rojo en función de la masa estelar (amarillo-verdoso para las enanas naranjas más masivas, rojo-marrón para las más pequeñas), frente al verde predominante en la Tierra.[72]​[1]​ La vegetación cubriría regiones más amplias que en la Tierra, haciendo claramente visible su tonalidad desde el espacio.[5]​

En general, el clima de un planeta superhabitable sería más cálido, húmedo, homogéneo y estable que el terrestre, permitiendo que la vida se extendiese por toda su superficie sin presentar grandes diferencias poblacionales (características de las zonas más inhóspitas de la Tierra en comparación con las regiones tropicales).[29]​ Las condiciones de estos planetas podrían ser soportables para el ser humano incluso sin protección (traje espacial) siempre que la composición atmosférica sea tolerable para el hombre (con ausencia de gases tóxicos), aunque requeriría de una cierta adaptación a la mayor atracción gravitatoria que podría desarrollarse de forma natural (aumento de la masa muscular, incremento de la densidad ósea, etc.).[n. 4]​[73]​

Véase también

Notas

  1. ↑ Las siglas «HZD» o «Habitable Zone Distance» marcan la posición de un planeta respecto al centro de la zona de habitabilidad del sistema (valor 0). Un HZD negativo significa que la órbita de un planeta es más pequeña (y próxima a su estrella) que el centro de la zona habitable, mientras que uno positivo supone una mayor lejanía respecto a la estrella. Los valores 1 y -1 marcan el límite de la zona de habitabilidad.[42]​ Un planeta superhabitable debería tener un HZD más próximo a 0 (centro de la zona verde intenso) que la Tierra.[38]​
  2. ↑ Los expertos han propuesto la posibilidad de que un proceso similar tenga lugar en Kepler-186f, uno de los exoplanetas más similares a la Tierra encontrados hasta la fecha, pero con una temperatura media superficial considerablemente menor, que lo sitúa en el límite de los hipopsicroplanetas.[69]​
  3. ↑ Kepler-62e, descubierto en 2013, es una supertierra con posibilidades de albergar vida que orbita a una estrella tipo K2V. Los modelos informáticos sugieren que los planetas telúricos más masivos que la Tierra y con cantidades significativas de agua en su superficie, tienden a registrar una mayor concentración nubosa que la terrestre.[71]​
  4. ↑ En la conferencia que anunció el descubrimiento de Kepler-62e y Kepler-62f, los expertos debatieron sobre esta posibilidad, si bien ambos cuerpos planetarios son demasiado masivos como para entrar en la categoría de «superhabitables» y su mayor densidad atmosférica probablemente conllevaría la dependencia de un equipo que permitiese respirar con normalidad.[5]​[16]​

Referencias

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Bibliografía

Enlaces externos

Plantilla:Exoplaneta

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