Cuando los astrónomos buscan planetas que podrían albergar agua líquida en su superficie, comienzan por examinar la zona habitable de una estrella. El agua es un elemento clave para la vida, y en un planeta demasiado cercano a su estrella, el agua en su superficie puede hervir; demasiado lejos, podría congelarse. Esta zona delimita la región intermedia.
Pero estar en esta zona óptima no significa automáticamente que un planeta sea habitable. Otros factores, como la actividad geológica o la existencia de procesos que regulan los gases en su atmósfera, también influyen.
La zona habitable proporciona una guía útil para buscar indicios de vida en exoplanetas: planetas fuera de nuestro sistema solar que orbitan otras estrellas. Pero la composición de las atmósferas de estos planetas ofrece 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 cálido para que exista agua líquida y vida tal como la conocemos. Sin atmósfera, la temperatura de la superficie terrestre rondaría los 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 magnitud del efecto invernadero necesario para mantener las temperaturas superficiales que permiten la persistencia del agua líquida. Se trata de un equilibrio entre la radiación solar y el calentamiento atmosférico.
Muchos científicos planetarios, incluyéndome, buscamos comprender si los procesos responsables de regular el clima terrestre operan en otros mundos de la zona habitable. Utilizamos nuestro conocimiento sobre la geología y el clima de la Tierra para predecir cómo podrían manifestarse estos procesos en otros lugares, y es aquí donde entra en juego mi experiencia en geociencias.
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¿Por qué la zona habitable?
La zona habitable es un concepto sencillo y poderoso, y con razón. Proporciona un punto de partida, orientando a los astrónomos hacia dónde podrían encontrar planetas con agua líquida, sin necesidad de conocer cada detalle sobre la atmósfera o la historia del planeta.
Su definición se basa parcialmente en el conocimiento que los científicos tienen sobre los cuerpos rocosos vecinos de la Tierra. Marte, situado justo fuera del límite exterior de la zona habitable, muestra claras evidencias de antiguos ríos y lagos donde alguna vez fluyó agua líquida.
De manera similar, Venus se encuentra actualmente demasiado cerca del Sol para estar dentro de la zona habitable. Sin embargo, algunas evidencias geoquímicas y estudios de modelado sugieren que Venus pudo haber tenido agua en el pasado, aunque la cantidad y la duración siguen siendo inciertas.
Estos ejemplos demuestran que, si bien la zona habitable no predice a la perfección la habitabilidad, proporciona un punto de partida útil.
Los procesos planetarios pueden aportar información sobre la habitabilidad
Lo que la zona habitable no determina es 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 pudo permanecer en la superficie, dando a las lentas reacciones químicas el tiempo suficiente para formar las moléculas de la vida y permitiendo que los primeros ecosistemas desarrollaran resiliencia al cambio, lo que reforzó la habitabilidad.
La vida surgió en la Tierra, pero continuó transformando 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 del planeta, los océanos y la atmósfera interactuaban como parte de un sistema lento pero poderoso para regular la temperatura de la Tierra.
Una parte fundamental de este sistema es cómo 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 presente en los gases atmosféricos, disuelto en el agua de mar o atrapado en minerales, en lugar de en la materia biológica. 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 erosión extraen el carbono del aire y lo almacenan en las rocas y los océanos.
Si el planeta se enfría, este proceso se ralentiza, lo que permite que el dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global, se acumule nuevamente en la atmósfera. Esta parte del ciclo del carbono ayudó a la Tierra a recuperarse de las glaciaciones pasadas y a evitar un calentamiento descontrolado.
Incluso a medida que el Sol ha aumentado gradualmente su brillo, este ciclo contribuyó 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 relacione la cantidad de luz solar que recibe un planeta con la cantidad de dióxido de carbono en su atmósfera. Encontrar dicho patrón podría indicar que el mismo tipo de proceso de ciclo del carbono podría estar operando en otros lugares.
La composición de gases en la atmósfera de un planeta está determinada por lo que ocurre 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 fragmentadas en múltiples placas tectónicas móviles, como la de la Tierra, o si sus cortezas son más rígidas. En la Tierra, el movimiento de estas placas impulsa el vulcanismo y la erosión de las rocas, procesos clave para el ciclo del carbono.
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Vigilando atmósferas distantes
El siguiente paso será obtener una perspectiva a nivel poblacional de los planetas en las zonas habitables de sus estrellas. Al analizar datos atmosféricos de numerosos planetas rocosos, los investigadores pueden buscar tendencias que revelen la influencia de procesos planetarios subyacentes, como el ciclo del carbono.
Los científicos podrían entonces comparar estos patrones con la posición de un planeta en la zona habitable. Esto les permitiría comprobar si la zona predice con precisión dónde son posibles las condiciones habitables, o si algunos planetas mantienen condiciones adecuadas para la existencia de agua líquida más allá de los límites de la zona.
Este enfoque es especialmente importante dada la diversidad de exoplanetas. Muchos exoplanetas pertenecen a categorías que no existen en nuestro sistema solar, como supertierras y minineptunos. Otros orbitan estrellas más pequeñas y frías que el Sol.
Los conjuntos de datos necesarios para explorar y comprender esta diversidad están a punto de llegar. El próximo Observatorio de Mundos Habitables de la NASA será el primer telescopio espacial diseñado específicamente para buscar indicios de habitabilidad y vida en planetas que orbitan otras estrellas. El observatorio obtendrá imágenes directas de planetas del tamaño de la Tierra que orbitan estrellas similares al Sol para estudiar sus atmósferas en detalle.
Los instrumentos del observatorio analizarán la luz estelar que atraviesa estas atmósferas para detectar gases como dióxido de carbono, metano, vapor de agua y oxígeno. A medida que la luz estelar se filtra a través de la atmósfera de un planeta, diferentes moléculas absorben longitudes de onda específicas de luz, 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 Mundos Habitables se encuentra en fase de desarrollo científico y de ingeniería, con un posible lanzamiento previsto para la década de 2040. En combinación con los telescopios actuales, 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 terrestre son comunes en toda la galaxia o exclusivos de la nuestra.
*Morgan Underwood es andidata a Doctora en Ciencias de la Tierra, Ambientales y Planetarias en la Universidad Rice.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation
