ExoPlanetas: La zona de habitabilidad y la búsqueda de vida más allá del Sistema Solar

David Barrado y Navascués

“Yo puedo imaginar un infinito número de mundos parecidos a la Tierra, con un jardín del Edén en cada uno”. Lo afirmaba Giordano Bruno a finales del siglo XVI, antes de ser quemado por orden de la Inquisición Romana. Desde luego, no es en nuestro planeta donde se puede encontrar el Paraíso. Aquí ya no, si es que existió una Edad de Oro. Pero tal vez exista más allá. Los astrónomos y exobiólogos seguimos empeñados en buscar vida en el Universo, y uno de los conceptos que manejamos es el de Zona de Habitabilidad.

Desde los glaciares vientos de la meseta antártica a la sofocante humedad cálida del Trópico o la aridez ardiente del Sahara; desde la negrura de las más profundas simas abisales a las resplandecientes cumbres nevadas de los techos del mundo; en volcanes o en medios tan ácidos como los de Rio Tinto. Sí, la vida, en sus diversas formas, abunda, medra, en ocasiones domina. Cambian las condiciones físicas y químicas, pero aún así siempre hay un nicho cubierto por un conjunto de especies. Pero la Tierra, con toda su variedad, solo cubre un exiguo rango de temperaturas y presiones o de niveles de radiación. La temperatura más baja registrada en la Antártica puede rondar los -90 grados centígrados, y el valor más alto medido en el desierto más caliente rondará los 60 grados (datos aproximados). Esto es, un rango de unos 150 grados. La mayor parte del planeta tiene unas oscilaciones mucho más reducidas. En Madrid, ya de por si extremo al tener clima continental, son unos 50 grados de diferencia entre el día más frío y el más caluroso del año.

El clima terrestre depende, entre otros factores, de uno esencial: el Sol y de la cantidad de energía que de él recibimos. Esto es, depende de la energía que irradia nuestra estrella (unos 3,65 x 1023 kilovatios) y la que llega a la Tierra (la denominada constante solar, 1,366 vatios por metro cuadrado), que depende de la distancia entre la Tierra y el Sol y de la sección eficaz de la Tierra (el área que “ve” el Sol). Esta cantidad de energía es esencial para que el agua se encuentre en estado líquido. Así, Marte, que se encuentra una distancia mayor del Sol (1.52 veces la distancia media entre el Sol y la Tierra o unidades astronómicas), recibe solo un 43% de la energía que llega a  nuestro planeta por metro cuadrado (depende con el inverso del cuadrado de la distancia). Por tanto, de haber agua en Marte, se encontraría preferentemente en estado sólido, ya que la temperatura media de la Tierra es de unos 10 grados centígrados (por encima del punto de fusión del hielo), cuando la de Marte es de unos -63 grados centígrados. Pero, insistimos, la variación en un planeta puede ser muy grande (en el caso de Marte, entre -140 y +20 grados centígrados). Otro ejemplo lo proporciona Venus, más cerca del Sol que la Tierra, y con una temperatura media de +465 grados centígrados. Como contarejemplo está Mercurio, cuya temperatura superficial, unos +167 grados centígrados, es inferior a la de Venus, a pesar de estar mucho más cerca del Sol. Y es que la composición química de la atmósfera de un planeta (Mercurio tiene una muy ténue)  es tremendamente importante.


Gráfico tomado de The Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy and Spaceflight, que muestra la localización de la Zona de Habitabilidad en función de la masa estelar.

La Zona de Habitabilidad

La Zona de Habitabilidad alrededor de una estrella se define como el rango de distancias orbitales en donde un planeta de tipo terrestre podría contener agua líquida. Este fenómeno implica que se asume que el agua es indispensable para la aparición de la vida, lo cual no tiene que ser rigurosamente cierto.

La Zona de Habitabilidad depende de dos factores: la masa de la estrella y su edad, ya que al evolucionar, una estrella cambia su tipo espectral y su luminosidad. El límite inferior de la zona de habitabilidad se estima a partir de la fotodisociación de agua. Esto es, cuando la radiación solar es tan intensa que el agua se descompone en sus elementos básicos, oxígeno e hidrógeno, y éste último escapa del planeta al no poder ser retenido por el campo gravitacional del planeta. En buena medida arbitrariamente, se estima que la radiación requerida es 1.1 veces la constante solar (1,1×1,366 vatios/m2). En el Sistema Solar, ello equivale a 0.95 unidades astronómicas). El límite superior de la Zona de Habitabilidad lo impone la condensación de dióxido de carbono (CO2). Una estimación conservadora indica que ello ocurre a un valor de 0.53 veces la constante solar. Nuevamente, en el Sistema Solar, esto equivale a 1.37 unidades astronómicas.

Como hemos dicho en el párrafo anterior, las estrellas evolucionan y su luminosidad cambia. Por ello, se ha definido el concepto de Zona de Habitabilidad Continuada (ZHC), que representa el rango de distancias orbitales para las cuales la constante solar se mantiene dentro de estos límites (1.1-0.53) durante una parte significativa de la historia de una estrella. Dado que el Sol aumente lentamente su luminosidad, en el Sistema Solar la ZHC se localiza entre 0.95 y 1.15 unidades astronómicas. Por tanto, es en este rango de distancias orbitales donde, en principio, se debe buscar agua líquida y, por tanto, vida.

La Zona de Habitabilidad alrededor de otras estrellas se define de manera análoga. Basta con comparar la luminosidad de la estrella con la del Sol para calcular la distancia media de esta región, según:

Dist(ZH, estrella) = [L(estrella) / L(sol)]0.5, en unidades astronómicas

Para calcular el radio mínimo y máximo de su Zona de Habitabilidad, basta con multiplicar Dist(ZH,estrella) por los factores 0.95 y 1.37, respectivamente.


La dependencia de la Zona de Habitabilidad con la luminosidad de la estrella central.

Así, en una estrella de tipo M, las más numerosas en nuestra galaxia, de baja masa y luminosidad, la Zona de Luminosidad se encuentra muy cerca del astro central. De hecho, está tan próxima que un hipotético planeta localizado en dicha órbita se encontraría con un periodo de rotación igual al de revolución, debido al efecto marea, al igual que le sucede a la Luna con la Tierra. Este es el caso del sistema planetario múltiple asociado a la estrella Gliese 581 y del planeta recientemente descubierto por un equipo europeo (Gl581c), que podría tener una masa de alrededor cinco veces la masa de la Tierra. Su distancia a la estrella central, de tipo espectral M3, es de 0.073 unidades astronómicas, y se especula que Gl581c podría contener agua en estado líquido. Es de suponer que este caso no sea único y misiones espaciales como Corot y Kepler, y en el futuro Darwin, descubran numerosos sistemas como éste.

Organismos extremófilos

Aun cuando el concepto de Zona de Habitabilidad nos sirve para buscar exoplanetas que pudieran albergar vida, siempre hemos de tener en cuenta dos factores: El primero es que la Naturaleza siempre nos sorprende. Históricamente la búsqueda de sistemas planetarios ha estado ligada a nuestra percepción del Sistema Solar, siempre ha sido utilizado como modelo básico. Sin embargo, desde el descubrimiento del primer exoplaneta, ha quedado claro la gran variedad de escenarios, incluyendo estrellas de muy baja temperatura superficial con planetas similares a la Tierra en órbitas muy cercanas, aunque dentro de la Zona de Habitabilidad. Incluso la presencia de planetas en torno a estrellas dobles o alrededor de estrellas evolucionadas, las gigantes rojas.

Por otra parte, en nuestro mismo planeta encontramos vida en ecosistemas verdaderamente alienígenas, que no dependen de la energía solar para su desarrollo. Es éste el caso de los organismos extremófilos, que viven en parajes insospechados, tales como medios extremadamente ácidos (como es el caso de Rio Tinto); o en las proximidades de volcanes, a muy altas temperaturas.

Por tanto, no debemos olvidar que la constante solar solo es un valor indicativo para la búsqueda de vida, y que ésta no tiene por qué desarrollarse a partir de un medio acuático. El metano podría jugar un papel análogo al agua, como ocurre en la hidrología de Titán. Por otra parte, otras químicas, distintas a las del carbono, podrían ser posibles.

La búsqueda continúa…


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Comentarios

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