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Rotación de planetas influye en la habitabilidad

Zona habitable en el Sistema Solar.

Traducido por Mónica Caruana para Seti.cl

En astronomía, una zona habitable es una región de espacio alrededor de una estrella donde las condiciones son favorables para la vida tal como la encontramos en la Tierra. Los planetas y las lunas de estas regiones son los candidatos con mayor probabilidad de ser habitables. Nuestro sol tiene una temperatura de cerca de 58000 K. Para estrellas más frías que la nuestra (las enanas M, también conocidas como enanas rojas, entre 3000 y 4000 K), esta región estaría más cercana a la estrella. Para las estrellas más calientes (enanas A, a 10,000 K), la región estaría mucho más alejada. Crédito: NASA.

 

Aug 08, 2014 por Amanda Doyle, Astrobio.net

Actualmente conocemos casi 2,000 planetas extrasolares, pero la mayoría son gigantes de gas inhóspitos. Gracias a la misión Kepler de la Nasa, se ha descubierto un puñado de otros planetas rocosos y más pequeños en las zonas habitables de sus estrellas, los cuales podrían proporcionar un nicho para la vida extraterrestre.
La zona habitable de una estrella se define típicamente como el área alrededor de una estrella donde las temperaturas permitirían la existencia de agua líquida en la superficie de un planeta. En el borde interno  de esta zona, el calor abrasante de la estrella vaporiza el agua del planeta hacia la atmósfera, creando un efecto invernadero descontrolado. En el borde exterior de la zona habitable, las temperaturas son tan frías que provocan la formación de nubes de dióxido de carbono, y la poca energía solar que alcanza a llegar rebota contra las nubes, convirtiendo el planeta en un páramo congelado.

 

Sin embargo, este concepto es más bien simple. En realidad, existen muchos otros factores en juego que podrían afectar la habitabilidad de un planeta. Nuevas investigaciones han revelado que el índice al que un planeta gira es fundamental en su habilidad para mantener vida. No solo la rotación controla la duración del día y de la noche, también puede arrastrar los vientos que soplan en la atmósfera y finalmente influir en la formación de nubes.

El trabajo de investigación ha sido aceptado en el Astrophysical Journal Letters, y se puede acceder a la versión preliminar del mismo en línea, en Arxiv.

Circulación del aire e índices de rotación

La radiación que la Tierra recibe del Sol es más potente en el ecuador. El aire en esta región se calienta hasta que se eleva a través de la atmósfera, y luego se dirige hacia los polos del planeta, donde subsecuentemente se enfría. El aire frío desciende entonces desde la atmósfera, para luego ser transportado de vuelta hacia el ecuador. Este proceso de circulación atmosférica es conocido como  una célula de Hadley.

Si un planeta rota rápidamente, las células Hadley quedan confinadas a las latitudes bajas, acomodándose en diferentes bandas que circundan el planeta. Las nubes se vuelven prominentes en las regiones tropicales, lo que es de gran importancia para reflejar una porción de la luz de vuelta al espacio. Sin embargo, en un planeta con una órbita más ceñida alrededor de su estrella, la radiación recibida desde la estrella es mucho más extrema.

Esto disminuye la diferencia de temperatura entre el ecuador y los polos, y finalmente debilita las células Hadley. El resultado es una menor disponibilidad de nubes en las regiones tropicales que puedan proteger al planeta del calor intenso, y el planeta se vuelve inhabitable.

 

Zona habitable en el Sistema Solar.
Zona habitable en el Sistema Solar.

 

Si, por otro lado, el planeta rota lentamente, entonces las células Hadley pueden expandirse hasta abarcar al mundo de manera total. Esto ocurre porque la circulación atmosférica se acentúa debido a la diferencia de temperaturas entre el lado del planeta donde es de día y el lado donde es de noche. Los días y las noches son muy largos, por lo que la mitad del planeta que está bañada por la luz de la estrella tiene suficiente tiempo  para absorber el Sol. En cambio, la parte en la que es de noche está mucho más fría, porque ha estado a la sombra por algún tiempo.

 

Esta diferencia de temperatura es lo suficientemente grande para hacer que el aire cálido de la parte donde es de día fluya hacia la parte donde es de noche, de manera similar a abrir una puerta en un día frío, provocando que el aire cálido escape de la habitación. El incremento de la circulación provoca que se formen más nubes sobre el punto subestelar, que es el punto del planeta desde donde la estrella puede ser vista directamente por encima, y donde la radiación es más intensa. Las nubes sobre el punto subestelar crean entonces un escudo para el suelo debajo de ellas, ya que la radiación más dañina es reflejada.

Las nubes que poseen un alto albedo pueden permitirle a un planeta permanecer habitable incluso a niveles de radiación que anteriormente se consideraban demasiado altos, haciendo que el borde interno de la zona habitable se acerque mucho más a la estrella.

“La rotación puede tener un efecto enorme, y muchos planetas que anteriormente creíamos definitivamente no habitables, ahora pueden ser considerados canditatos”, dijo Dorian Abbot, de  University of Chicago, coautor del estudio.

 

La Tierra dentro de la órbita de Venus

El estudio utilizó simulaciones en computadora para mostrar que un planeta que rotara lentamente y con la misma composición, masa y radio de la Tierra, podría ser potencialmente habitable, incluso a la  misma distancia a la que se encuentra Venus del Sol. De acuerdo con los límites típicos de la zona habitable, Venus está situado más cerca del Sol que el borde interno de la zona. En el estudio, el planeta simulado recibió casi el doble de radiación que recibió la Tierra, y aún así la temperatura en la superficie era lo suficientemente fría como para que la vida prosperara, debido a la protección de las nubes.

A pesar de su lenta rotación, Venus en sí es de hecho un planeta abrasadoramente caliente, con una atmósfera tan densa que aplastaría a una persona contra su superficie en segundos. Esto sirve para demostrar que solo porque un planeta tiene una rotación lenta no quiere decir automáticamente que es habitable, sino que tiene el potencial de ser habitable si existen las condiciones adecuadas.

Por ejemplo, es posible que Venus girara mucho más rápido antes, por lo que habría tenido días más cortos que los que tiene ahora. La atmósfera de Venus está enriquecida de deuterio, lo que indica que quizás algún día tuvo un océano. Un índice de rotación tan rápido como este, en un planeta tan cercano al Sol, habría conducido a un efecto invernadero descontrolado y a la pérdida de los océanos. Para cuando la  velocidad de rotación del planeta se redujo a su índice actual, el daño era ya irreversible.

Una célula Hadley se crea cuando aire cálido se eleva en el ecuador, y luego se traslada a los polos. Entonces este aire se enfría, desciende y se dirige de vuelta hacia el ecuador. Crédito: Lyndon State College Atmospheric Sciences.

 

La búsqueda de planetas que giran lentamente

 A pesar de que es difícil medir los índices de rotación planetaria, quizás las futuras observaciones hechas por el Telescopio Espacial James Webb sean capaces de medir la rotación, de existir las condiciones adecuadas. El Telescopio Espacial James Webb es un telescopio infrarrojo cuyo lanzamiento está programado para el 2018, y que es capaz de medir el nivel de calor emitido por expolanetas.

El telescopio sería capaz de medir el calor emitido por cualquier nube de albedo alto que se haya formado por encima del punto subestelar. Cualquier temperatura que sea inusualmente baja en la que se esperaría sea la ubicación más caliente del planeta, podría indicar que el planeta es uno de rotación lenta y, por lo tanto, potencialmente habitable.

“Desde el espacio, la Tierra se ve como si estuviera entre -70 y -50 grados Celsius sobre amplias regiones del Pacífico tropical oeste, ya que existen muchas nubes altas allí, a pesar de que la superficie es más bien de alrededor de 30 grados Celsius”, explica Abbot.

 

Un efecto invernadero descontrolado ocurre cuando la radiación estelar queda atrapada en la atmósfera: el planeta se calienta, y los océanos se evaporan. Crédito: ESA.

 

También se sabe que muchos planetas que orbitan estrellas enanas M frías poseen rotación síncrona, lo que quiere decir que el mismo lado del planeta da la cara a la estrella todo el tiempo; o bien, rotan lentamente.

Este estudio enfatiza la importancia de mirar más allá de la zona habitable tradicional al buscar planetas que puedan albergar vida, ya que algunos planetas que antes se consideraban demasiado calientes quizás puedan ser de hecho perfectos para la vida.

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