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La habitabilidad planetaria es la medida del potencial de un planeta o de un satélite natural para desarrollar y mantener ambientes acogedores para la vida . [1] La vida puede generarse directamente en un planeta o satélite de forma endógena o transferirse a él desde otro cuerpo, mediante un hipotético proceso conocido como panspermia . [2] No es necesario que los entornos contengan vida para ser considerados habitables ni se aceptan zonas habitables (HZ) como las únicas áreas en las que podría surgir vida. [3]
Como se desconoce la existencia de vida más allá de la Tierra , la habitabilidad planetaria es en gran medida una extrapolación de las condiciones en la Tierra y las características del Sol y del Sistema Solar que parecen favorables al florecimiento de la vida. [4] De particular interés son aquellos factores que han sostenido organismos multicelulares complejos en la Tierra y no solo criaturas unicelulares más simples . La investigación y la teoría a este respecto son un componente de varias ciencias naturales, como la astronomía , las ciencias planetarias y la disciplina emergente de la astrobiología .
Un requisito absoluto para la vida es una fuente de energía , y la noción de habitabilidad planetaria implica que se deben cumplir muchos otros criterios geofísicos , geoquímicos y astrofísicos antes de que un cuerpo astronómico pueda sustentar la vida. En su hoja de ruta de astrobiología, la NASA ha definido los principales criterios de habitabilidad como "regiones extendidas de agua líquida, [1] condiciones favorables para el ensamblaje de moléculas orgánicas complejas y fuentes de energía para sostener el metabolismo ". [5] En agosto de 2018, investigadores informaron que los mundos acuáticos podrían albergar vida. [6] [7]
Los indicadores de habitabilidad y las biofirmas deben interpretarse dentro de un contexto planetario y ambiental. [2] Para determinar el potencial de habitabilidad de un cuerpo, los estudios se centran en su composición global, propiedades orbitales , atmósfera y posibles interacciones químicas. Las características estelares de importancia incluyen masa y luminosidad , variabilidad estable y alta metalicidad . Los planetas y lunas rocosos y húmedos de tipo terrestre con potencial para una química similar a la de la Tierra son un foco principal de la investigación astrobiológica, aunque las teorías de habitabilidad más especulativas ocasionalmente examinan bioquímicas alternativas y otros tipos de cuerpos astronómicos .
La idea de que los planetas más allá de la Tierra podrían albergar vida es antigua, aunque históricamente estuvo formulada tanto por la filosofía como por la ciencia física . [a] A finales del siglo XX se produjeron dos avances en este campo. La observación y exploración con naves espaciales robóticas de otros planetas y lunas dentro del Sistema Solar ha proporcionado información crítica para definir criterios de habitabilidad y ha permitido realizar comparaciones geofísicas sustanciales entre la Tierra y otros cuerpos. El descubrimiento de exoplanetas , que comenzó a principios de la década de 1990 [8] [9] y se aceleró posteriormente, ha proporcionado más información para el estudio de una posible vida extraterrestre. Estos hallazgos confirman que el Sol no es el único entre las estrellas que albergan planetas y amplía el horizonte de investigación de habitabilidad más allá del Sistema Solar.
Si bien la Tierra es el único lugar del Universo que se sabe que alberga vida, [10] [11] las estimaciones de zonas habitables alrededor de otras estrellas, [12] [13] junto con el descubrimiento de miles de exoplanetas y nuevos conocimientos sobre los hábitats extremos en La Tierra, donde viven organismos conocidos como extremófilos , sugieren que puede haber muchos más lugares habitables en el Universo de los que se consideraban posibles hasta hace muy poco. [14] El 4 de noviembre de 2013, los astrónomos informaron, basándose en datos de la misión espacial Kepler , que podría haber hasta 40 mil millones de planetas del tamaño de la Tierra orbitando en las zonas habitables de estrellas similares al Sol y enanas rojas dentro de la Vía Láctea . [15] [16] Se estima que 11 mil millones de estos planetas pueden estar orbitando estrellas similares al Sol. [17] Según los científicos, el planeta de este tipo más cercano puede estar a 12 años luz de distancia. [15] [16] Hasta junio de 2021, se han encontrado un total de 59 exoplanetas potencialmente habitables. [18]
En agosto de 2021, se informó sobre una nueva clase de planetas habitables, denominados planetas oceánicos , que incluyen "planetas calientes cubiertos de océanos con atmósferas ricas en hidrógeno". [19] Los planetas Hycean pronto podrán ser estudiados en busca de biofirmas mediante telescopios terrestres y espaciales , como el Telescopio Espacial James Webb (JWST), que fue lanzado el 25 de diciembre de 2021. [20]
La comprensión de la habitabilidad planetaria comienza con la estrella anfitriona . [21] La zona habitable clásica (HZ) se define únicamente para las condiciones de la superficie; pero un metabolismo que no depende de la luz estelar aún puede existir fuera del HZ, prosperando en el interior del planeta donde hay agua líquida disponible. [21]
Bajo los auspicios del Proyecto Phoenix de SETI , las científicas Margaret Turnbull y Jill Tarter desarrollaron el " HabCat " (o Catálogo de Sistemas Estelares Habitables) en 2002. El catálogo se formó separando las casi 120.000 estrellas del Catálogo Hipparcos más grande en un núcleo. grupo de 17.000 estrellas potencialmente habitables, y los criterios de selección que se utilizaron proporcionan un buen punto de partida para comprender qué factores astrofísicos son necesarios para que los planetas habitables. [22] Según una investigación publicada en agosto de 2015, las galaxias muy grandes pueden ser más favorables para la formación y el desarrollo de planetas habitables que las galaxias más pequeñas, como la Vía Láctea . [23]
Sin embargo, qué hace que un planeta sea habitable es una cuestión mucho más compleja que tener un planeta ubicado a la distancia adecuada de su estrella anfitriona para que el agua pueda ser líquida en su superficie: varios aspectos geofísicos y geodinámicos , la radiación y el plasma de la estrella anfitriona. El medio ambiente puede influir en la evolución de los planetas y de la vida, si se originó. [21] El agua líquida es una condición necesaria [24] pero no suficiente para la vida tal como la conocemos, ya que la habitabilidad es función de una multitud de parámetros ambientales. [2]
La clase espectral de una estrella indica su temperatura fotosférica , que (para las estrellas de la secuencia principal ) se correlaciona con la masa total. Se considera que el rango espectral apropiado para estrellas habitables va desde "F tardía" o "G", hasta "K media". Esto corresponde a temperaturas desde poco más de 7.000 K hasta poco menos de 4.000 K (6.700 °C a 3.700 °C); el Sol, una estrella G2 a 5.777 K, se encuentra dentro de estos límites. Este rango espectral probablemente representa entre el 5% y el 10% de las estrellas de la Vía Láctea local . Las estrellas de "clase media" de este tipo tienen una serie de características que se consideran importantes para la habitabilidad planetaria:
Las estrellas de tipo K pueden albergar vida durante mucho más tiempo que el Sol . [28]
Si las estrellas enanas rojas tardías más débiles de clase K y M también son anfitriones adecuados para planetas habitables es quizás la pregunta abierta más importante en todo el campo de la habitabilidad planetaria, dada su prevalencia ( habitabilidad de los sistemas enanas rojas ). Se ha descubierto que Gliese 581 c , una " súper Tierra ", orbita en la " zona habitable " (HZ) de una enana roja y puede poseer agua líquida. Sin embargo, también es posible que un efecto invernadero lo haga demasiado caliente para albergar vida, mientras que su vecino, Gliese 581 d , puede ser un candidato más probable para la habitabilidad. [29] En septiembre de 2010, se anunció el descubrimiento de otro planeta, Gliese 581 g , en una órbita entre estos dos planetas. Sin embargo, las revisiones del descubrimiento han puesto en duda la existencia de este planeta y figura como "no confirmado". En septiembre de 2012 se anunció el descubrimiento de dos planetas orbitando Gliese 163 [30] . [31] [32] Uno de los planetas, Gliese 163 c , aproximadamente 6,9 veces la masa de la Tierra y algo más caliente, se consideraba dentro de la zona habitable. [31] [32]
Un estudio reciente sugiere que las estrellas más frías que emiten más luz en el infrarrojo y el infrarrojo cercano pueden en realidad albergar planetas más cálidos con menos hielo e incidencia de estados de bola de nieve. Estas longitudes de onda son absorbidas por el hielo y los gases de efecto invernadero de sus planetas y permanecen más calientes. [33] [34]
Un estudio de 2020 encontró que aproximadamente la mitad de las estrellas similares al Sol podrían albergar planetas rocosos potencialmente habitables. En concreto, estimaron con que, en promedio, el planeta de la zona habitable más cercano alrededor de estrellas de tipo G y K está a unos 6 pársecs de distancia, y hay alrededor de 4 planetas rocosos alrededor de estrellas de tipo G y K a 10 pársecs (32,6 años luz) del sol. [35]
La zona habitable (HZ) es una región del espacio en forma de concha que rodea una estrella en la que un planeta podría mantener agua líquida en su superficie. [21] El concepto fue propuesto por primera vez por el astrofísico Su-Shu Huang en 1959, basándose en las limitaciones climáticas impuestas por la estrella anfitriona. [21] Después de una fuente de energía, el agua líquida se considera ampliamente el ingrediente más importante para la vida, considerando lo integral que es para todos los sistemas de vida en la Tierra. Sin embargo, si se descubre vida en ausencia de agua, es posible que sea necesario ampliar considerablemente la definición de HZ.
El borde interior del HZ es la distancia donde el efecto invernadero descontrolado vaporiza todo el depósito de agua y, como segundo efecto, induce la fotodisociación del vapor de agua y la pérdida de hidrógeno al espacio. El borde exterior del HZ es la distancia desde la estrella donde un efecto invernadero máximo no logra mantener la superficie del planeta por encima del punto de congelación, y por CO
2condensación. [21] [3]
Un HZ "estable" implica dos factores. En primer lugar, el alcance de un HZ no debería variar mucho con el tiempo. Todas las estrellas aumentan su luminosidad a medida que envejecen y, por lo tanto, un HZ determinado migra hacia afuera, pero si esto sucede demasiado rápido (por ejemplo, con una estrella supermasiva), es posible que los planetas solo tengan una breve ventana dentro del HZ y, en consecuencia, una probabilidad menor de desarrollando la vida. Calcular un rango de HZ y su movimiento a largo plazo nunca es sencillo, ya que los bucles de retroalimentación negativa , como el ciclo CNO , tenderán a compensar los aumentos de luminosidad. Por lo tanto, las suposiciones hechas sobre las condiciones atmosféricas y la geología tienen un impacto tan grande en un rango putativo de HZ como lo tiene la evolución estelar: los parámetros propuestos para el HZ del Sol, por ejemplo, han fluctuado mucho. [36]
En segundo lugar, ningún cuerpo de gran masa, como un gigante gaseoso, debería estar presente en el HZ o relativamente cerca de él, interrumpiendo así la formación de cuerpos del tamaño de la Tierra. La materia del cinturón de asteroides, por ejemplo, parece no haber podido acrecentarse en un planeta debido a resonancias orbitales con Júpiter; Si el gigante hubiera aparecido en la región que ahora se encuentra entre las órbitas de Venus y Marte , es casi seguro que la Tierra no se habría desarrollado en su forma actual. Sin embargo, un gigante gaseoso dentro del HZ podría tener lunas habitables en las condiciones adecuadas. [37]
Los cambios de luminosidad son comunes a todas las estrellas, pero la gravedad de dichas fluctuaciones cubre un amplio rango. La mayoría de las estrellas son relativamente estables, pero una minoría significativa de estrellas variables a menudo experimentan aumentos repentinos e intensos de luminosidad y, en consecuencia, de la cantidad de energía irradiada hacia los cuerpos en órbita. Estas estrellas se consideran malos candidatos para albergar planetas con vida, ya que su imprevisibilidad y los cambios en la producción de energía afectarían negativamente a los organismos : los seres vivos adaptados a un rango de temperatura específico no podrían sobrevivir a una variación de temperatura demasiado grande. Además, los aumentos de luminosidad suelen ir acompañados de dosis masivas de radiación de rayos gamma y rayos X que podrían resultar letales. Las atmósferas mitigan tales efectos, pero su atmósfera podría no ser retenida por los planetas que orbitan variables, porque la energía de alta frecuencia que golpea a estos planetas los despojaría continuamente de su cubierta protectora.
El Sol, en este aspecto como en muchos otros, es relativamente benigno: la variación entre su producción de energía máxima y mínima es aproximadamente del 0,1% a lo largo de su ciclo solar de 11 años . Hay pruebas sólidas (aunque no indiscutibles) de que incluso cambios menores en la luminosidad del Sol han tenido efectos significativos en el clima de la Tierra durante la era histórica: la Pequeña Edad del Hielo de mediados del segundo milenio, por ejemplo, puede haber sido causada por una disminución de relativamente largo plazo en la luminosidad del Sol. [38] Por lo tanto, una estrella no tiene que ser una verdadera variable para que las diferencias en luminosidad afecten la habitabilidad. De los análogos solares conocidos , se considera que uno que se parece mucho al Sol es 18 Scorpii ; Desafortunadamente para las perspectivas de vida existente en sus proximidades, la única diferencia significativa entre los dos cuerpos es la amplitud del ciclo solar, que parece ser mucho mayor para 18 Scorpii. [39]
Si bien la mayor parte del material de cualquier estrella es hidrógeno y helio , existe una variación significativa en la cantidad de elementos más pesados ( metales ). Una alta proporción de metales en una estrella se correlaciona con la cantidad de material pesado inicialmente disponible en el disco protoplanetario . Una cantidad menor de metal hace que la formación de planetas sea mucho menos probable, según la teoría de la nebulosa solar de formación de sistemas planetarios . Cualquier planeta que se formara alrededor de una estrella pobre en metales probablemente tendría poca masa y, por tanto, sería desfavorable para la vida. Los estudios espectroscópicos de sistemas en los que se han encontrado exoplanetas hasta la fecha confirman la relación entre un alto contenido de metales y la formación de planetas: "Las estrellas con planetas, o al menos con planetas similares a los que encontramos hoy, son claramente más ricas en metales que las estrellas sin planetas". compañeros." [40] Esta relación entre la alta metalicidad y la formación de planetas también significa que es más probable que se encuentren sistemas habitables alrededor de estrellas de generaciones más jóvenes, ya que las estrellas que se formaron temprano en la historia del universo tienen un bajo contenido de metales.
Los indicadores de habitabilidad y las biofirmas deben interpretarse dentro de un contexto planetario y ambiental. [2] Que un planeta surja como habitable depende de la secuencia de eventos que llevaron a su formación, que podrían incluir la producción de moléculas orgánicas en nubes moleculares y discos protoplanetarios , la entrega de materiales durante y después de la acreción planetaria , y la ubicación orbital. en el sistema planetario. [2] La principal suposición sobre los planetas habitables es que son terrestres . Estos planetas, aproximadamente dentro de un orden de magnitud de la masa de la Tierra , están compuestos principalmente de rocas de silicato y no han acumulado las capas exteriores gaseosas de hidrógeno y helio que se encuentran en los gigantes gaseosos . No se ha descartado tajantemente la posibilidad de que la vida pueda evolucionar en las cimas de las nubes de los planetas gigantes, [c] aunque se considera poco probable, ya que no tienen superficie y su gravedad es enorme. [44] Mientras tanto, los satélites naturales de los planetas gigantes siguen siendo candidatos válidos para albergar vida . [41]
En febrero de 2011, el equipo de la Misión del Observatorio Espacial Kepler publicó una lista de 1235 candidatos a planetas extrasolares , incluidos 54 que pueden estar en la zona habitable. [45] [46] Seis de los candidatos en esta zona son más pequeños que el doble del tamaño de la Tierra. [45] Un estudio más reciente encontró que uno de estos candidatos (KOI 326.01) es mucho más grande y más caliente de lo que se informó inicialmente. [47] Basándose en los hallazgos, el equipo de Kepler estimó que hay "al menos 50 mil millones de planetas en la Vía Láctea", de los cuales "al menos 500 millones" están en la zona habitable. [48]
Al analizar qué entornos son susceptibles de albergar vida, normalmente se hace una distinción entre organismos unicelulares simples, como bacterias y arqueas , y metazoos (animales) complejos. La unicelularidad precede necesariamente a la multicelularidad en cualquier hipotético árbol de la vida, y cuando surgen organismos unicelulares no hay seguridad de que se desarrolle una mayor complejidad. [d] Las características planetarias que se enumeran a continuación se consideran cruciales para la vida en general, pero en todos los casos los organismos multicelulares son más exigentes que la vida unicelular.
Los planetas de baja masa son malos candidatos para la vida por dos razones. En primer lugar, su menor gravedad dificulta la retención de la atmósfera . Es más probable que las moléculas constituyentes alcancen una velocidad de escape y se pierdan en el espacio cuando son sacudidas por el viento solar o agitadas por una colisión. Los planetas sin una atmósfera espesa carecen de la materia necesaria para la bioquímica primaria , tienen poco aislamiento y una mala transferencia de calor a través de sus superficies (por ejemplo, Marte , con su delgada atmósfera, es más frío de lo que sería la Tierra si estuviera a una distancia similar de la Tierra). Sol), y proporcionan menos protección contra meteoritos y radiación de alta frecuencia . Además, cuando una atmósfera es menos densa que 0,006 atmósferas terrestres, el agua no puede existir en forma líquida ya que no se produce la presión atmosférica requerida , 4,56 mm Hg (608 Pa) (0,18 pulgadas Hg ). Además, una presión reducida reduce el rango de temperaturas a las que el agua es líquida.
En segundo lugar, los planetas más pequeños tienen diámetros más pequeños y, por tanto, relaciones superficie-volumen más altas que sus primos más grandes. Estos cuerpos tienden a perder rápidamente la energía sobrante de su formación y terminan geológicamente muertos, carentes de volcanes , terremotos y actividad tectónica que suministran a la superficie material que sustenta la vida y a la atmósfera con moderadores de temperatura como el dióxido de carbono . La tectónica de placas parece particularmente crucial, al menos en la Tierra: el proceso no solo recicla importantes químicos y minerales, sino que también fomenta la biodiversidad a través de la creación de continentes y una mayor complejidad ambiental y ayuda a crear las células convectivas necesarias para generar el campo magnético de la Tierra . [49]
"Baja masa" es en parte una etiqueta relativa: la Tierra tiene poca masa en comparación con los gigantes gaseosos del Sistema Solar , pero es el más grande, en diámetro y masa, y el más denso de todos los cuerpos terrestres. [e] Es lo suficientemente grande como para retener una atmósfera solo a través de la gravedad y lo suficientemente grande como para que su núcleo fundido siga siendo un motor térmico, impulsando la geología diversa de la superficie (la desintegración de elementos radiactivos dentro del núcleo de un planeta es el otro componente importante de la actividad planetaria). calefacción). Marte, por el contrario, está casi (o quizá totalmente) geológicamente muerto y ha perdido gran parte de su atmósfera. [50] Por lo tanto, sería justo inferir que el límite de masa inferior para la habitabilidad se encuentra en algún lugar entre el de Marte y el de la Tierra o Venus: se ha ofrecido 0,3 masas terrestres como una línea divisoria aproximada para los planetas habitables. [51] Sin embargo, un estudio de 2008 realizado por el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica sugiere que la línea divisoria puede ser más alta. De hecho, la Tierra puede encontrarse en el límite inferior de la habitabilidad: si fuera más pequeña, la tectónica de placas sería imposible. Venus, que tiene el 85% de la masa de la Tierra, no muestra signos de actividad tectónica. Por el contrario, las " supertierras ", planetas terrestres con masas mayores que la Tierra, tendrían niveles más altos de tectónica de placas y, por lo tanto, estarían firmemente ubicados en el rango habitable. [52]
Circunstancias excepcionales ofrecen casos excepcionales: Io , la luna de Júpiter (que es más pequeña que cualquiera de los planetas terrestres) es volcánicamente dinámica debido a las tensiones gravitacionales inducidas por su órbita, y su vecina Europa puede tener un océano líquido o un lodo helado debajo de un caparazón congelado también debido a la energía generada al orbitar un gigante gaseoso.
Mientras tanto, el Titán de Saturno tiene una remota posibilidad de albergar vida, ya que ha conservado una atmósfera espesa y tiene mares de metano líquido en su superficie. En estos mares son posibles reacciones orgánico-químicas que sólo requieren un mínimo de energía, pero no está claro y parece improbable que algún sistema vivo pueda basarse en reacciones tan mínimas. [ cita necesaria ] Estos satélites son excepciones, pero demuestran que la masa, como criterio de habitabilidad, no necesariamente puede considerarse definitiva en esta etapa de nuestra comprensión. [53]
Es probable que un planeta más grande tenga una atmósfera más masiva. Una combinación de una mayor velocidad de escape para retener átomos más ligeros y una extensa desgasificación debido a una tectónica de placas mejorada puede aumentar considerablemente la presión atmosférica y la temperatura en la superficie en comparación con la Tierra. El aumento del efecto invernadero de una atmósfera tan pesada tendería a sugerir que la zona habitable debería estar más alejada de la estrella central para planetas tan masivos.
Por último, es probable que un planeta más grande tenga un núcleo de hierro de gran tamaño. Esto permite que un campo magnético proteja al planeta del viento estelar y la radiación cósmica , que de otro modo tenderían a despojar a la atmósfera planetaria y bombardear los seres vivos con partículas ionizadas. La masa no es el único criterio para producir un campo magnético, ya que el planeta también debe girar lo suficientemente rápido como para producir un efecto dinamo dentro de su núcleo [54] , pero es un componente importante del proceso.
La masa de un exoplaneta potencialmente habitable está entre 0,1 y 5,0 masas terrestres. [18] Sin embargo, es posible que un mundo habitable tenga una masa tan baja como 0,0268 masas terrestres. [55] El radio de un exoplaneta potencialmente habitable oscilaría entre 0,5 y 1,5 radios terrestres. [18]
Al igual que con otros criterios, la estabilidad es la consideración crítica al evaluar el efecto de las características orbitales y rotacionales sobre la habitabilidad planetaria. La excentricidad orbital es la diferencia entre el acercamiento más lejano y más cercano de un planeta a su estrella madre dividida por la suma de dichas distancias. Es una relación que describe la forma de la órbita elíptica. Cuanto mayor es la excentricidad, mayor es la fluctuación de temperatura en la superficie de un planeta. Aunque son adaptativos, los organismos vivos sólo pueden soportar una variación limitada, particularmente si las fluctuaciones se superponen tanto al punto de congelación como al punto de ebullición del principal solvente biótico del planeta (por ejemplo, el agua en la Tierra). Si, por ejemplo, los océanos de la Tierra estuvieran alternativamente en ebullición y congelación, es difícil imaginar que hubiera evolucionado la vida tal como la conocemos. Cuanto más complejo es el organismo, mayor es la sensibilidad a la temperatura. [56] La órbita de la Tierra es casi perfectamente circular, con una excentricidad de menos de 0,02; Otros planetas del Sistema Solar (con la excepción de Mercurio ) tienen excentricidades igualmente benignas.
La habitabilidad también está influenciada por la arquitectura del sistema planetario alrededor de una estrella. La evolución y estabilidad de estos sistemas están determinadas por la dinámica gravitacional, que impulsa la evolución orbital de los planetas terrestres. Los datos recopilados sobre las excentricidades orbitales de los planetas extrasolares han sorprendido a la mayoría de los investigadores: el 90% tiene una excentricidad orbital mayor que la que se encuentra dentro del Sistema Solar, y la media es del 0,25. [57] Esto significa que la gran mayoría de los planetas tienen órbitas altamente excéntricas y, de estos, incluso si se considera que su distancia promedio desde su estrella está dentro de la HZ, pasarían solo una pequeña porción de su tiempo dentro de la zona. .
El movimiento de un planeta alrededor de su eje de rotación también debe cumplir ciertos criterios para que la vida tenga la oportunidad de evolucionar. Una primera suposición es que el planeta debería tener estaciones moderadas . Si hay poca o ninguna inclinación (u oblicuidad) axial con respecto a la perpendicular de la eclíptica , no se producirán estaciones y desaparecerá uno de los principales estimulantes del dinamismo biosférico. El planeta también sería más frío de lo que sería con una inclinación significativa: cuando la mayor intensidad de radiación está siempre a unos pocos grados del ecuador, el clima cálido no puede moverse hacia los polos y el clima de un planeta queda dominado por sistemas climáticos polares más fríos.
Si un planeta está radicalmente inclinado, las estaciones serán extremas y harán más difícil que una biosfera alcance la homeostasis . La inclinación axial de la Tierra es mayor ahora (en el Cuaternario ) que en el pasado, coincidiendo con una reducción del hielo polar , temperaturas más cálidas y una menor variación estacional. Los científicos no saben si esta tendencia continuará indefinidamente con nuevos aumentos en la inclinación axial (ver Tierra bola de nieve ).
Los efectos exactos de estos cambios sólo pueden modelarse por computadora actualmente, y los estudios han demostrado que incluso inclinaciones extremas de hasta 85 grados no excluyen absolutamente la vida "siempre que no ocupe superficies continentales plagadas estacionalmente por las temperaturas más altas". [58] No sólo se debe considerar la inclinación axial media, sino también su variación en el tiempo. La inclinación de la Tierra varía entre 21,5 y 24,5 grados a lo largo de 41.000 años. Una variación más drástica, o una periodicidad mucho más corta, induciría efectos climáticos como variaciones en la severidad estacional.
Otras consideraciones orbitales incluyen:
La Luna de la Tierra parece desempeñar un papel crucial en la moderación del clima de la Tierra al estabilizar la inclinación axial. Se ha sugerido que una inclinación caótica puede ser un factor decisivo en términos de habitabilidad; es decir, un satélite del tamaño de la Luna no sólo es útil sino necesario para producir estabilidad. [59] Esta posición sigue siendo controvertida. [F]
En el caso de la Tierra, la única Luna es lo suficientemente masiva y orbita como para contribuir significativamente a las mareas oceánicas , lo que a su vez ayuda a la agitación dinámica de los grandes océanos de agua líquida de la Tierra. Estas fuerzas lunares no sólo ayudan a garantizar que los océanos no se estanquen, sino que también desempeñan un papel fundamental en el clima dinámico de la Tierra. [60] [61]
Las concentraciones de radionucleidos en los mantos rocosos de los planetas pueden ser críticas para la habitabilidad de planetas similares a la Tierra. Es probable que estos planetas con mayor abundancia carezcan de una dinamo persistente durante una fracción significativa de su vida, y aquellos con concentraciones más bajas a menudo pueden ser geológicamente inertes . Las dinamos planetarias crean fuertes campos magnéticos que a menudo pueden ser necesarios para que la vida se desarrolle o persista, ya que protegen a los planetas de los vientos solares y la radiación cósmica . Los espectros de emisión electromagnética de las estrellas podrían utilizarse para identificar aquellas que tienen más probabilidades de albergar planetas habitables similares a la Tierra. A partir de 2020, se cree que los radionucleidos se producen mediante procesos estelares raros, como las fusiones de estrellas de neutrones . [62] [63]
Las características geológicas adicionales pueden ser factores esenciales o importantes en la habitabilidad de los cuerpos celestes naturales, incluidas algunas que pueden moldear el calor y el campo magnético del cuerpo. Algunos de ellos son desconocidos o no se comprenden bien y están siendo investigados por científicos planetarios , geoquímicos y otros. [64] [ se necesitan citas adicionales ]
Generalmente se supone que cualquier vida extraterrestre que pueda existir se basará en la misma bioquímica fundamental que se encuentra en la Tierra, ya que los cuatro elementos más vitales para la vida, carbono , hidrógeno , oxígeno y nitrógeno , son también los elementos químicamente reactivos más comunes. En el universo. De hecho, se han encontrado compuestos biogénicos simples, como aminoácidos muy simples como la glicina , en meteoritos y en el medio interestelar . [65] Estos cuatro elementos juntos comprenden más del 96% de la biomasa colectiva de la Tierra . El carbono tiene una capacidad incomparable para unirse consigo mismo y formar una enorme variedad de estructuras intrincadas y variadas, lo que lo convierte en un material ideal para los complejos mecanismos que forman las células vivas . El hidrógeno y el oxígeno, en forma de agua, componen el disolvente en el que tienen lugar los procesos biológicos y en el que se produjeron las primeras reacciones que llevaron al surgimiento de la vida . La energía liberada en la formación de poderosos enlaces covalentes entre el carbono y el oxígeno, disponible mediante la oxidación de compuestos orgánicos, es el combustible de todas las formas de vida complejas. Estos cuatro elementos juntos forman los aminoácidos , que a su vez son los componentes básicos de las proteínas , la sustancia del tejido vivo. Además, ni el azufre (necesario para la formación de proteínas) ni el fósforo (necesarios para la formación de ADN , ARN y los fosfatos de adenosina esenciales para el metabolismo ) son raros.
La abundancia relativa en el espacio no siempre refleja la abundancia diferenciada dentro de los planetas; de los cuatro elementos vitales, por ejemplo, sólo el oxígeno está presente en abundancia en la corteza terrestre . [66] Esto puede explicarse en parte por el hecho de que muchos de estos elementos, como el hidrógeno y el nitrógeno , junto con sus compuestos más simples y comunes, como el dióxido de carbono , el monóxido de carbono , el metano , el amoníaco y el agua, son gaseosos en temperaturas cálidas. En la región cálida cercana al Sol, estos compuestos volátiles no podrían haber desempeñado un papel significativo en la formación geológica de los planetas. En cambio, quedaron atrapados como gases debajo de las cortezas recién formadas, que estaban compuestas en gran parte de compuestos rocosos e involátiles como la sílice (un compuesto de silicio y oxígeno, que explica la relativa abundancia de oxígeno). La desgasificación de compuestos volátiles a través de los primeros volcanes habría contribuido a la formación de las atmósferas de los planetas . El experimento de Miller-Urey demostró que, con la aplicación de energía, compuestos inorgánicos simples expuestos a una atmósfera primordial pueden reaccionar para sintetizar aminoácidos . [67]
Aun así, la desgasificación volcánica no podría haber explicado la cantidad de agua en los océanos de la Tierra. [68] La gran mayoría del agua (y posiblemente el carbono) necesaria para la vida debe haber venido del Sistema Solar exterior, lejos del calor del Sol, donde podría permanecer sólida. Los cometas que impactaron contra la Tierra en los primeros años del Sistema Solar habrían depositado grandes cantidades de agua, junto con otros compuestos volátiles que la vida requiere, en la Tierra primitiva, proporcionando un impulso al origen de la vida .
Así, si bien hay razones para sospechar que los cuatro "elementos de vida" deberían estar fácilmente disponibles en otros lugares, un sistema habitable probablemente también requiera un suministro de cuerpos en órbita a largo plazo para sembrar planetas interiores. Sin los cometas existe la posibilidad de que la vida tal como la conocemos no existiera en la Tierra.
Una calificación importante de los criterios de habitabilidad es que sólo se requiere una pequeña porción de un planeta para sustentar la vida, el llamado Borde Ricitos de Oro o Gran Mancha Prebiótica. Los astrobiólogos a menudo se preocupan por los "microambientes", señalando que "carecemos de una comprensión fundamental de cómo las fuerzas evolutivas, como la mutación , la selección y la deriva genética , operan en los microorganismos que actúan y responden a los microambientes cambiantes. " [69] Los extremófilos son organismos terrestres que viven en ambientes especializados en condiciones severas generalmente consideradas adversas para la vida. Por lo general (aunque no siempre) unicelulares, los extremófilos incluyen organismos agudamente alcalifílicos y acidófilos y otros que pueden sobrevivir a temperaturas del agua superiores a 100 °C en respiraderos hidrotermales .
El descubrimiento de vida en condiciones extremas ha complicado las definiciones de habitabilidad, pero también generó mucho entusiasmo entre los investigadores al ampliar enormemente la gama conocida de condiciones bajo las cuales la vida puede persistir. Por ejemplo, un planeta que de otro modo no podría soportar una atmósfera dadas las condiciones solares en su vecindad, podría hacerlo dentro de una grieta profunda y sombreada o una cueva volcánica. [70] De manera similar, el terreno lleno de cráteres podría ofrecer un refugio para la vida primitiva. El cráter Lawn Hill se ha estudiado como un análogo astrobiológico, y los investigadores sugieren que el rápido relleno de sedimentos creó un microambiente protegido para los organismos microbianos; Es posible que hayan ocurrido condiciones similares a lo largo de la historia geológica de Marte . [71]
Los entornos terrestres que no pueden sustentar la vida siguen siendo instructivos para los astrobiólogos a la hora de definir los límites de lo que los organismos pueden soportar. El corazón del desierto de Atacama , generalmente considerado el lugar más seco de la Tierra, parece incapaz de albergar vida, y por ello ha sido objeto de estudio por parte de la NASA y la ESA : proporciona un análogo de Marte y los gradientes de humedad a lo largo de sus bordes son ideales. para estudiar la frontera entre esterilidad y habitabilidad. [72] El Atacama fue objeto de estudio en 2003 que replicó en parte experimentos de los aterrizajes de Viking en Marte en la década de 1970; no se pudo recuperar ADN de dos muestras de suelo y los experimentos de incubación también dieron resultados negativos para las biofirmas . [73]
Los dos enfoques ecológicos actuales para predecir la habitabilidad potencial utilizan 19 o 20 factores ambientales, con énfasis en la disponibilidad de agua, la temperatura, la presencia de nutrientes, una fuente de energía y la protección de la radiación solar ultravioleta y cósmica galáctica . [74] [75]
El Catálogo de Exoplanetas Habitables [76] utiliza el rango estimado de temperatura de la superficie para clasificar los exoplanetas:
Los mesoplanetas serían ideales para vida compleja, mientras que los hipopsicroplanetas e hipertermoplanetas sólo podrían sustentar vida extremófila .
El HEC utiliza los siguientes términos para clasificar los exoplanetas en términos de masa, de menor a mayor: asteroidano, mercuriano, subterráneo, terrestre, superterráneo, neptuniano y joviano.
Para determinar la viabilidad de la vida extraterrestre, los astrónomos habían centrado durante mucho tiempo su atención en estrellas como el Sol. Sin embargo, dado que los sistemas planetarios que se parecen al Sistema Solar están demostrando ser raros, han comenzado a explorar la posibilidad de que se pueda formar vida en sistemas muy diferentes al Sol. [ cita necesaria ]
Se cree que las estrellas de tipo F , G , K y M podrían albergar exoplanetas habitables. [77] Aproximadamente la mitad de las estrellas similares en temperatura al Sol podrían tener un planeta rocoso capaz de soportar agua líquida en su superficie, según una investigación que utiliza datos del Telescopio Espacial Kepler de la NASA . [78]
Las estimaciones típicas suelen sugerir que el 50% o más de todos los sistemas estelares son sistemas binarios . Esto puede deberse en parte a un sesgo de la muestra, ya que las estrellas masivas y brillantes tienden a ser binarias y son más fáciles de observar y catalogar; un análisis más preciso ha sugerido que las estrellas más débiles, más comunes, suelen ser singulares y que, por tanto, hasta dos tercios de todos los sistemas estelares son solitarios. [79]
La separación entre estrellas en una binaria puede variar desde menos de una unidad astronómica (UA, la distancia promedio entre la Tierra y el Sol) hasta varios cientos. En estos últimos casos, los efectos gravitacionales serán insignificantes en un planeta que orbita una estrella que de otro modo sería adecuada y el potencial de habitabilidad no se verá alterado a menos que la órbita sea muy excéntrica (ver Némesis , por ejemplo). Sin embargo, cuando la separación es significativamente menor, una órbita estable puede resultar imposible. Si la distancia de un planeta a su estrella primaria excede aproximadamente una quinta parte de la máxima aproximación de la otra estrella, la estabilidad orbital no está garantizada. [80] Durante mucho tiempo no estaba claro si los planetas podrían formarse en sistemas binarios, dado que las fuerzas gravitacionales podrían interferir con la formación de planetas. El trabajo teórico de Alan Boss en la Carnegie Institution ha demostrado que los gigantes gaseosos pueden formarse alrededor de estrellas en sistemas binarios de la misma manera que lo hacen alrededor de estrellas solitarias. [81]
Un estudio de Alpha Centauri , el sistema estelar más cercano al Sol, sugirió que no es necesario descartar los binarios en la búsqueda de planetas habitables. Centauri A y B tienen una distancia de 11 AU en su máxima aproximación (23 AU de media), y ambos deberían tener zonas habitables estables. Un estudio de la estabilidad orbital a largo plazo de planetas simulados dentro del sistema muestra que los planetas dentro de aproximadamente tres UA de cada estrella pueden permanecer bastante estables (es decir, el semieje mayor se desvía menos del 5% durante 32.000 períodos binarios). La zona habitable continua (CHZ durante 4.500 millones de años) para Centauri A se estima de manera conservadora en 1,2 a 1,3 AU y Centauri B en 0,73 a 0,74, muy dentro de la región estable en ambos casos. [82]
Las estrellas de tipo M también se consideran posibles huéspedes de exoplanetas habitables, incluso aquellas con llamaradas como Proxima b. Determinar la habitabilidad de las estrellas enanas rojas podría ayudar a determinar qué tan común podría ser la vida en el universo, ya que las enanas rojas representan entre el 70 y el 90% de todas las estrellas de la galaxia. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las estrellas en erupción podrían reducir en gran medida la habitabilidad de los exoplanetas al erosionar su atmósfera. [83]
Durante muchos años, los astrónomos descartaron que las enanas rojas fueran posibles moradas para la vida. Su pequeño tamaño (de 0,08 a 0,45 masas solares) hace que sus reacciones nucleares sean excepcionalmente lentas y emitan muy poca luz (desde el 3% de la producida por el Sol hasta tan solo el 0,01%). Cualquier planeta en órbita alrededor de una enana roja tendría que amontonarse muy cerca de su estrella madre para alcanzar temperaturas superficiales similares a las de la Tierra; desde 0,3 AU (justo dentro de la órbita de Mercurio ) para una estrella como Lacaille 8760 , hasta tan solo 0,032 AU para una estrella como Próxima Centauri [84] (un mundo así tendría un año que duraría sólo 6,3 días). A esas distancias, la gravedad de la estrella provocaría un bloqueo de mareas. Un lado del planeta estaría eternamente de cara a la estrella, mientras que el otro siempre estaría de espaldas a ella. Las únicas formas en que la vida potencial podría evitar un infierno o una congelación profunda serían si el planeta tuviera una atmósfera lo suficientemente espesa como para transferir el calor de la estrella del lado diurno al lado nocturno, o si hubiera un gigante gaseoso en el espacio habitable. zona, con una luna habitable , que estaría fijada al planeta en lugar de a la estrella, permitiendo una distribución más uniforme de la radiación sobre el planeta. Durante mucho tiempo se supuso que una atmósfera tan espesa impediría que la luz solar llegara a la superficie, impidiendo la fotosíntesis .
Este pesimismo ha sido atenuado por la investigación. Estudios realizados por Robert Haberle y Manoj Joshi del Centro de Investigación Ames de la NASA en California han demostrado que la atmósfera de un planeta (suponiendo que incluyera los gases de efecto invernadero CO 2 y H 2 O ) sólo necesita ser de 100 milibares (0,10 atm) para que el calor de la estrella se disipe. ser llevado efectivamente al lado nocturno. [85] Esto está dentro de los niveles requeridos para la fotosíntesis, aunque el agua aún permanecería congelada en el lado oscuro en algunos de sus modelos. Martin Heath, del Greenwich Community College , ha demostrado que el agua de mar también podría circular eficazmente sin congelarse si las cuencas oceánicas fueran lo suficientemente profundas como para permitir el libre flujo debajo de la capa de hielo del lado nocturno. Investigaciones adicionales, incluida una consideración de la cantidad de radiación fotosintéticamente activa, sugirieron que los planetas bloqueados por mareas en sistemas enanos rojos podrían al menos ser habitables para plantas superiores. [86]
Sin embargo, el tamaño no es el único factor que hace que las enanas rojas sean potencialmente inadecuadas para la vida. En un planeta enana roja, la fotosíntesis en el lado nocturno sería imposible, ya que nunca vería el sol. En el lado diurno, debido a que el sol no sale ni se pone, las áreas a la sombra de las montañas permanecerían así para siempre. La fotosíntesis tal como la entendemos sería complicada por el hecho de que una enana roja produce la mayor parte de su radiación en el infrarrojo , y en la Tierra el proceso depende de la luz visible. Este escenario tiene posibles aspectos positivos. Numerosos ecosistemas terrestres dependen de la quimiosíntesis en lugar de la fotosíntesis, por ejemplo, lo que sería posible en un sistema enano rojo. Una posición estática de estrella primaria elimina la necesidad de que las plantas dirijan las hojas hacia el sol, se enfrenten a cambios en los patrones de sombra/sol o cambien de la fotosíntesis a la energía almacenada durante la noche. Debido a la falta de un ciclo día-noche, incluida la débil luz de la mañana y la tarde, habría mucha más energía disponible para un nivel de radiación determinado.
Las enanas rojas son mucho más variables y violentas que sus primas más grandes y estables. A menudo están cubiertos de manchas estelares que pueden atenuar la luz emitida hasta en un 40% durante meses seguidos, mientras que en otras ocasiones emiten llamaradas gigantes que pueden duplicar su brillo en cuestión de minutos. [87] Tal variación sería muy dañina para la vida, ya que no sólo destruiría cualquier molécula orgánica compleja que pudiera formar precursores biológicos, sino también porque eliminaría porciones considerables de la atmósfera del planeta.
Para que un planeta alrededor de una estrella enana roja albergue vida, se necesitaría un campo magnético que gire rápidamente para protegerlo de las llamaradas. Un planeta bloqueado por mareas gira muy lentamente y, por lo tanto, no puede producir una geodinamo en su núcleo. Se estima que el período de violentas llamaradas del ciclo de vida de una enana roja sólo dura aproximadamente los primeros 1.200 millones de años de su existencia. Si un planeta se forma lejos de una enana roja para evitar el bloqueo de las mareas y luego migra a la zona habitable de la estrella después de este período inicial turbulento, es posible que la vida tenga posibilidades de desarrollarse. [88] Sin embargo, las observaciones de la estrella de Barnard, de entre 7 y 12 mil millones de años, muestran que incluso las enanas rojas más antiguas pueden tener una actividad de llamaradas significativa. Durante mucho tiempo se supuso que la estrella de Barnard tenía poca actividad, pero en 1998 los astrónomos observaron una intensa llamarada estelar , lo que demuestra que se trata de una estrella fulgurante . [89]
Las enanas rojas tienen una ventaja sobre otras estrellas como moradas de vida: una longevidad mucho mayor. Fueron necesarios 4,5 mil millones de años antes de que la humanidad apareciera en la Tierra, y la vida tal como la conocemos tendrá condiciones adecuadas durante entre 1 [90] y 2,3 [91] mil millones de años más. Las enanas rojas, por el contrario, podrían vivir billones de años porque sus reacciones nucleares son mucho más lentas que las de las estrellas más grandes, lo que significa que la vida tendría más tiempo para evolucionar y sobrevivir.
Si bien la probabilidad de encontrar un planeta en la zona habitable alrededor de cualquier enana roja específica es leve, la cantidad total de zona habitable alrededor de todas las enanas rojas combinadas es igual a la cantidad total alrededor de estrellas similares al Sol dada su ubicuidad. [92] Además, esta cantidad total de zona habitable durará más, porque las estrellas enanas rojas viven durante cientos de miles de millones de años o incluso más en la secuencia principal. [93] Sin embargo, combinado con las desventajas anteriores, es más probable que las estrellas enanas rojas permanezcan habitables por más tiempo para los microbios, mientras que las estrellas enanas amarillas de vida más corta, como el Sol, permanezcan habitables por más tiempo para los animales.
Las estrellas de tipo G permitirían albergar los exoplanetas más similares a la Tierra, es decir, planetas similares a la Tierra . [94]
Las estrellas de tipo K proporcionarían las condiciones necesarias para la aparición de exoplanetas súper habitables , que son exoplanetas que podrían ser más habitables que la Tierra. [95]
Investigaciones recientes sugieren que estrellas muy grandes, de más de ~100 masas solares, podrían tener sistemas planetarios compuestos por cientos de planetas del tamaño de Mercurio dentro de la zona habitable. Estos sistemas también podrían contener enanas marrones y estrellas de baja masa (entre 0,1 y 0,3 masas solares). [96] Sin embargo, la muy corta vida útil de las estrellas de más de unas pocas masas solares apenas daría tiempo para que un planeta se enfríe, y mucho menos el tiempo necesario para que se desarrolle una biosfera estable. De este modo se eliminan las estrellas masivas como posibles moradas para la vida. [97]
Sin embargo, un sistema estelar masivo podría ser un progenitor de vida de otra manera: la explosión de supernova de la estrella masiva en la parte central del sistema. Esta supernova dispersará elementos más pesados en su vecindad, creados durante la fase en la que la estrella masiva se ha salido de la secuencia principal, y los sistemas de estrellas potenciales de baja masa (que todavía están en la secuencia principal) dentro de la antigua secuencia masiva. El sistema estelar puede enriquecerse con un suministro relativamente grande de elementos pesados tan cerca de una explosión de supernova. Sin embargo, esto no dice nada sobre qué tipos de planetas se formarían como resultado del material de supernova, o cuál sería su potencial de habitabilidad.
En una revisión de los factores que son importantes para la evolución de planetas habitables del tamaño de la Tierra, Lammer et al. propuso una clasificación de cuatro tipos de hábitat dependientes del agua: [21] [98]
Los hábitats de clase I son cuerpos planetarios en los que las condiciones estelares y geofísicas permiten que haya agua líquida en la superficie, junto con la luz solar, para que se puedan originar organismos multicelulares complejos .
Los hábitats de Clase II incluyen cuerpos que inicialmente disfrutan de condiciones similares a las de la Tierra, pero que no mantienen su capacidad de sostener agua líquida en su superficie debido a condiciones estelares o geofísicas. Marte y posiblemente Venus son ejemplos de esta clase donde es posible que no se desarrollen formas de vida complejas.
Los hábitats de clase III son cuerpos planetarios donde existen océanos de agua líquida debajo de la superficie, donde pueden interactuar directamente con un núcleo rico en silicatos .
Los hábitats de clase IV tienen capas de agua líquida entre dos capas de hielo, o líquidos sobre el hielo.
Junto con las características de los planetas y sus sistemas estelares, el entorno galáctico más amplio también puede afectar la habitabilidad. Los científicos consideraron la posibilidad de que determinadas zonas de las galaxias ( zonas galácticas habitables ) sean más adecuadas para la vida que otras; Se considera que el Sistema Solar, en el Brazo de Orión , en el borde de la Vía Láctea, se encuentra en un lugar favorable para la vida: [99]
Por lo tanto, en última instancia, lo que necesita un sistema sustentador de vida es un aislamiento relativo. Si el Sol estuviera rodeado de otros sistemas, la posibilidad de estar fatalmente cerca de fuentes de radiación peligrosas aumentaría significativamente. Además, los vecinos cercanos podrían alterar la estabilidad de varios cuerpos en órbita, como la nube de Oort y los objetos del cinturón de Kuiper , lo que puede provocar una catástrofe si se los golpea en el interior del Sistema Solar.
Si bien el hacinamiento estelar resulta desventajoso para la habitabilidad, también lo es el aislamiento extremo. Una estrella tan rica en metales como el Sol probablemente no se habría formado en las regiones más exteriores de la Vía Láctea debido a una disminución en la abundancia relativa de metales y una falta general de formación estelar. Por lo tanto, una ubicación "suburbana", como la que disfruta el Sistema Solar, es preferible al centro de una galaxia o sus confines más lejanos. [101]
Si bien la mayoría de las investigaciones sobre la vida extraterrestre comienzan con la suposición de que las formas de vida avanzadas deben tener requisitos similares para la vida como en la Tierra, la hipótesis de otros tipos de bioquímica sugiere la posibilidad de que las formas de vida evolucionen alrededor de un mecanismo metabólico diferente. En Evolving the Alien , el biólogo Jack Cohen y el matemático Ian Stewart sostienen que la astrobiología , basada en la hipótesis de las Tierras Raras , es restrictiva y poco imaginativa. Sugieren que los planetas similares a la Tierra pueden ser muy raros, pero que es posible que surja vida compleja no basada en carbono en otros entornos. La alternativa al carbono mencionada con más frecuencia es la vida basada en silicio , mientras que el amoníaco y los hidrocarburos a veces se sugieren como disolventes alternativos al agua. El astrobiólogo Dirk Schulze-Makuch y otros científicos han propuesto un índice de habitabilidad del planeta cuyos criterios incluyen "el potencial para contener un disolvente líquido" que no se limita necesariamente al agua. [102] [103]
Las ideas más especulativas se han centrado en cuerpos completamente diferentes de los planetas similares a la Tierra. El astrónomo Frank Drake , un conocido defensor de la búsqueda de vida extraterrestre , imaginó la vida en una estrella de neutrones : "moléculas nucleares" submicroscópicas que se combinan para formar criaturas con un ciclo de vida millones de veces más rápido que la vida en la Tierra. [104] Llamada "imaginativa e irónica", la idea dio lugar a representaciones de ciencia ficción. [105] Carl Sagan , otro optimista con respecto a la vida extraterrestre, consideró la posibilidad de que existan organismos que siempre estén en el aire dentro de la alta atmósfera de Júpiter en un artículo de 1976. [42] [43] Cohen y Stewart también imaginaron vida tanto en un entorno solar como en la atmósfera de un gigante gaseoso.
Los "buenos Júpiter" son gigantes gaseosos, como el Júpiter del Sistema Solar , que orbitan sus estrellas en órbitas circulares lo suficientemente lejos de la zona habitable como para no perturbarla, pero lo suficientemente cerca como para "proteger" los planetas terrestres en órbitas más cercanas de dos maneras críticas. En primer lugar, ayudan a estabilizar las órbitas y, por tanto, el clima de los planetas interiores. En segundo lugar, mantienen el sistema estelar interno relativamente libre de cometas y asteroides que podrían causar impactos devastadores. [106] Júpiter orbita alrededor del Sol a aproximadamente cinco veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Ésta es la distancia aproximada a la que deberíamos esperar encontrar buenos Júpiter en otros lugares. El papel de "cuidador" de Júpiter quedó dramáticamente ilustrado en 1994 cuando el cometa Shoemaker-Levy 9 impactó contra el gigante.
Sin embargo, la evidencia no es tan clara. Las investigaciones han demostrado que el papel de Júpiter en la determinación de la velocidad a la que los objetos golpean la Tierra es significativamente más complicado de lo que se pensaba. [107] [108] [109] [110]
El papel de Júpiter en la historia temprana del Sistema Solar está algo mejor establecido y es fuente de mucho menos debate. [ cita necesaria ] Al principio de la historia del Sistema Solar, se acepta que Júpiter jugó un papel importante en la hidratación de nuestro planeta: aumentó la excentricidad de las órbitas del cinturón de asteroides y permitió a muchos cruzar la órbita de la Tierra y suministrar al planeta importantes volátiles como como agua y dióxido de carbono. Antes de que la Tierra alcanzara la mitad de su masa actual, cuerpos helados de la región de Júpiter-Saturno y pequeños cuerpos del cinturón de asteroides primordiales suministraron agua a la Tierra debido a la dispersión gravitacional de Júpiter y, en menor medida, de Saturno . [111] Por lo tanto, si bien los gigantes gaseosos son ahora protectores útiles, alguna vez fueron proveedores de material crítico para la habitabilidad.
Por el contrario, los cuerpos del tamaño de Júpiter que orbitan demasiado cerca de la zona habitable pero no dentro de ella (como en 47 Ursae Majoris ), o tienen una órbita muy elíptica que cruza la zona habitable (como 16 Cygni B ), hacen que sea muy difícil para un planeta independiente similar a la Tierra exista en el sistema. Vea la discusión sobre una zona habitable estable arriba. Sin embargo, durante el proceso de migración a una zona habitable, un planeta del tamaño de Júpiter puede capturar a un planeta terrestre como luna. Incluso si un planeta así inicialmente está débilmente unido y sigue una órbita fuertemente inclinada, las interacciones gravitacionales con la estrella pueden estabilizar la luna nueva en una órbita circular cercana que es coplanar con la órbita del planeta alrededor de la estrella. [112]
Un complemento a los factores que apoyan el surgimiento de la vida es la noción de que la vida misma, una vez formada, se convierte en un factor de habitabilidad por derecho propio. Un ejemplo importante de la Tierra fue la producción de gas oxígeno molecular ( O
2) por antiguas cianobacterias y, finalmente, por plantas fotosintetizadoras, lo que provocó un cambio radical en la composición de la atmósfera terrestre. Este cambio ambiental se denomina Gran Evento de Oxidación . Este oxígeno resultó fundamental para la respiración de especies animales posteriores. La hipótesis Gaia , un modelo científico de la geobiosfera del que James Lovelock fue pionero en 1975, sostiene que la vida en su conjunto fomenta y mantiene condiciones adecuadas para sí misma al ayudar a crear un entorno planetario adecuado para su continuidad. De manera similar, David Grinspoon ha sugerido una "hipótesis de los mundos vivos" en la que nuestra comprensión de lo que constituye la habitabilidad no puede separarse de la vida que ya existe en un planeta. Los planetas que están geológica y meteorológicamente vivos tienen muchas más probabilidades de estar también biológicamente vivos y "un planeta y su vida coevolucionarán". [113] Ésta es la base de la ciencia del sistema terrestre .
En 2020, una simulación por computadora de la evolución de los climas planetarios a lo largo de 3 mil millones de años sugirió que las retroalimentaciones son una condición necesaria, pero no suficiente, para evitar que los planetas se calienten o enfríen demasiado para que haya vida, y que el azar también juega un papel crucial. [114] [115] Las consideraciones relacionadas incluyen factores aún desconocidos que influyen en la habitabilidad térmica de los planetas, como "el mecanismo (o mecanismos) de retroalimentación que evita que el clima alcance temperaturas fatales". [116]
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )De estos gráficos de absorción y salida se desprende claramente que las plantas sólo utilizan los extremos rojo y azul de la parte visible del espectro electromagnético en la fotosíntesis.
La reflexión y transmisión de la mitad del espectro da a las hojas su color visual verde.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )Europa debe tener grandes mareas, por lo que es mi favorito para la vida microbiana", dice Max Bernstein, astroquímico y científico de programas en la sede de la NASA en Washington, DC. "Europa es considerada por muchos como el mejor lugar para encontrar vida en el sistema solar.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )
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