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La habitabilidad de los satélites naturales es el potencial de las lunas para proporcionar hábitats para la vida , aunque no es un indicador de que la alberguen. Se espera que los satélites naturales superen en número a los planetas por un amplio margen y, por lo tanto, el estudio de su habitabilidad es importante para la astrobiología y la búsqueda de vida extraterrestre . Sin embargo, existen variables ambientales significativas específicas de las lunas.
Se prevé que los parámetros de los hábitats superficiales serán comparables a los de planetas como la Tierra, es decir, propiedades estelares, órbita, masa planetaria , atmósfera y geología. De los satélites naturales de la zona habitable del Sistema Solar (la Luna , dos satélites marcianos (aunque algunas estimaciones los sitúan fuera de ella) [1] y numerosas lunas de planetas menores ), todos carecen de las condiciones para el agua superficial. A diferencia de la Tierra, todas las lunas de masa planetaria del Sistema Solar están bloqueadas por mareas y aún no se sabe en qué medida esto y las fuerzas de marea influyen en la habitabilidad.
Las investigaciones sugieren que es posible que existan biosferas profundas como la de la Tierra. [2] Por lo tanto, los candidatos más fuertes son los satélites helados [3] como los de Júpiter y Saturno , Europa [4] y Encélado [5] respectivamente, en los que se cree que existe agua líquida subterránea. Si bien la superficie lunar es hostil a la vida tal como la conocemos, aún no se puede descartar una biosfera lunar profunda (o la de cuerpos similares); [6] [7] se requeriría una exploración profunda para confirmarlo.
Aún no se ha confirmado la existencia de exolunas y su detección puede estar limitada a la variación del tiempo de tránsito , que actualmente no es lo suficientemente sensible. [8] Es posible que algunos de sus atributos se puedan encontrar mediante el estudio de sus tránsitos . [9] A pesar de esto, algunos científicos estiman que hay tantas exolunas habitables como exoplanetas habitables . [10] [11] Dada la relación general de masas planeta-satélite(s) de 10 000, se cree que los gigantes gaseosos en la zona habitable son los mejores candidatos para albergar lunas similares a la Tierra . [12]
Es probable que las fuerzas de marea desempeñen un papel tan importante proporcionando calor como la radiación estelar . [13] [14]
Las condiciones de habitabilidad de los satélites naturales son similares a las de los planetas . Sin embargo, existen varios factores que diferencian la habitabilidad de los satélites naturales y, además, extienden su habitabilidad fuera de la zona de habitabilidad planetaria. [15]
La mayoría de los astrobiólogos creen que el agua líquida es un requisito esencial para la vida extraterrestre. Cada vez hay más pruebas de la existencia de agua líquida en el subsuelo de varias lunas del Sistema Solar que orbitan alrededor de los gigantes gaseosos Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno . Sin embargo, hasta la fecha no se ha confirmado la existencia de ninguno de estos cuerpos de agua subterráneos.
Para una órbita estable, la relación entre el período orbital de la luna P s alrededor de su estrella primaria P p debe ser < 1 ⁄ 9 , por ejemplo, si un planeta tarda 90 días en orbitar su estrella, la órbita estable máxima para una luna de ese planeta es menor a 10 días. [16] [17] Las simulaciones sugieren que una luna con un período orbital menor a aproximadamente 45 a 60 días permanecerá unida de manera segura a un planeta gigante masivo o enana marrón que orbita a 1 UA de una estrella similar al Sol. [18]
Los astrobiólogos consideran que la atmósfera es importante para el desarrollo de la química prebiótica , el mantenimiento de la vida y la existencia de agua superficial. La mayoría de los satélites naturales del Sistema Solar carecen de atmósferas significativas, con la única excepción de la luna Titán de Saturno . [19]
La pulverización catódica , un proceso por el cual los átomos son expulsados de un material objetivo sólido debido al bombardeo del objetivo por partículas energéticas, presenta un problema significativo para los satélites naturales. Todos los gigantes gaseosos del Sistema Solar, y probablemente aquellos que orbitan alrededor de otras estrellas, tienen magnetosferas con cinturones de radiación lo suficientemente potentes como para erosionar por completo la atmósfera de una luna similar a la Tierra en solo unos pocos cientos de millones de años. Los fuertes vientos estelares también pueden arrancar átomos de gas de la parte superior de una atmósfera, haciendo que se pierdan en el espacio.
Para mantener una atmósfera similar a la de la Tierra durante unos 4.600 millones de años (la edad actual de la Tierra), se estima que una luna con una densidad similar a la de Marte necesita al menos un 7% de la masa de la Tierra. [20] Una forma de disminuir la pérdida por chisporroteo es que la luna tenga su propio campo magnético fuerte que pueda desviar el viento estelar y los cinturones de radiación. Las mediciones de la sonda Galileo de la NASA sugieren que las lunas grandes pueden tener campos magnéticos; se descubrió que Ganímedes tiene su propia magnetosfera, aunque su masa es solo el 2,5% de la de la Tierra. [18] Alternativamente, la atmósfera de la luna puede ser constantemente reabastecida por gases de fuentes subterráneas, como algunos científicos creen que es el caso de Titán. [21]
Aunque los efectos de la aceleración de las mareas son relativamente modestos en los planetas, pueden ser una fuente importante de energía para los satélites naturales y una fuente de energía alternativa para sustentar la vida.
Es probable que las lunas que orbitan alrededor de gigantes gaseosos o enanas marrones estén bloqueadas por mareas con su planeta primario: es decir, sus días son tan largos como sus órbitas. Si bien el bloqueo por mareas puede afectar negativamente a los planetas dentro de las zonas habitables al interferir con la distribución de la radiación estelar, puede funcionar a favor de la habitabilidad de los satélites al permitir el calentamiento por mareas . Los científicos del Centro de Investigación Ames de la NASA modelaron la temperatura de los exoplanetas bloqueados por mareas en la zona de habitabilidad de las estrellas enanas rojas . Descubrieron que una atmósfera con una concentración de dióxido de carbono ( CO
2) una presión de tan solo 1 a 1,5 atmósferas estándar (15 a 22 psi) no solo permite temperaturas habitables, sino que también permite que haya agua líquida en el lado oscuro del satélite. El rango de temperatura de una luna que está acoplada por mareas a un gigante gaseoso podría ser menos extremo que el de un planeta acoplado a una estrella. Aunque no se han realizado estudios sobre el tema, cantidades modestas de CO
2Se especula que hacen que la temperatura sea habitable. [18]
Los efectos de las mareas también podrían permitir que una luna sostenga la tectónica de placas , lo que causaría que la actividad volcánica regule la temperatura de la luna [22] [23] y cree un efecto geodinamo que le daría al satélite un fuerte campo magnético . [24]
Si se puede despreciar la interacción gravitatoria de una luna con otros satélites, las lunas tienden a estar bloqueadas por mareas con sus planetas. Además del bloqueo rotacional mencionado anteriormente, también habrá un proceso denominado "erosión por inclinación", que originalmente se acuñó para referirse a la erosión por mareas de la oblicuidad planetaria contra la órbita de un planeta alrededor de su estrella anfitriona. [25] El estado de giro final de una luna consiste entonces en un período de rotación igual a su período orbital alrededor del planeta y un eje de rotación que es perpendicular al plano orbital.
Si la masa de la Luna no es demasiado baja en comparación con el planeta, puede a su vez estabilizar la inclinación axial del planeta , es decir, su oblicuidad con respecto a la órbita alrededor de la estrella. En la Tierra, la Luna ha desempeñado un papel importante en la estabilización de la inclinación axial de la Tierra, reduciendo así el impacto de las perturbaciones gravitacionales de los otros planetas y asegurando solo variaciones climáticas moderadas en todo el planeta. [26] En Marte , sin embargo, un planeta sin efectos de marea significativos de sus lunas de masa relativamente baja Fobos y Deimos , la inclinación axial puede sufrir cambios extremos de 13° a 40° en escalas de tiempo de 5 a 10 millones de años . [27] [28]
El hecho de estar acoplado por mareas a un planeta gigante o a una enana submarrón permitiría climas más moderados en una luna que los que habría si la luna fuera un planeta de tamaño similar orbitando en rotación acoplada en la zona habitable de la estrella. [29] Esto es especialmente cierto en el caso de los sistemas de enanas rojas , donde fuerzas gravitacionales comparativamente altas y luminosidades bajas dejan la zona habitable en un área donde se produciría un acoplamiento por mareas. Si hay acoplamiento por mareas, una rotación sobre el eje puede llevar mucho tiempo en relación con un planeta (por ejemplo, ignorando la ligera inclinación axial de la Luna de la Tierra y las sombras topográficas, cualquier punto dado en ella tiene dos semanas -en el tiempo de la Tierra- de luz solar y dos semanas de noche en su día lunar), pero estos largos períodos de luz y oscuridad no son tan desafiantes para la habitabilidad como los días eternos y las noches eternas en un planeta acoplado por mareas a su estrella.
En 2012, los científicos introdujeron un concepto para definir las órbitas habitables de las lunas. [30] El concepto es similar a la zona habitable circunestelar para los planetas que orbitan alrededor de una estrella, pero para las lunas que orbitan alrededor de un planeta. Esta frontera interior, que llaman borde habitable circumplanetario, delimita la región en la que una luna puede ser habitable alrededor de su planeta. Las lunas más cercanas a su planeta que el borde habitable son inhabitables.
El entorno magnético de las exolunas, que se activa críticamente por el campo magnético intrínseco del planeta anfitrión, se ha identificado como otro factor de habitabilidad de las exolunas. [31] En particular, se encontró que las lunas a distancias de entre 5 y 20 radios planetarios de un planeta gigante podrían ser habitables desde el punto de vista de la iluminación y el calentamiento por mareas, [31] pero aún así la magnetosfera planetaria influiría críticamente en su habitabilidad. [31]
Los exoplanetas del tamaño de la Tierra que se encuentran en la zona habitable alrededor de las enanas rojas suelen estar bloqueados por mareas con su estrella anfitriona. Esto tiene el efecto de que un hemisferio siempre está de cara a la estrella, mientras que el otro permanece en la oscuridad. Al igual que un exoplaneta, una exoluna puede potencialmente quedar bloqueada por mareas con su estrella primaria. Sin embargo, dado que la estrella primaria de la exoluna es un exoplaneta , continuaría rotando en relación con su estrella después de quedar bloqueada por mareas y, por lo tanto, seguiría experimentando un ciclo de día y noche indefinidamente.
Los científicos consideran que el calentamiento por mareas constituye una amenaza para la habitabilidad de las exolunas. [32]
La siguiente es una lista de satélites naturales y entornos del Sistema Solar con posibilidad de albergar entornos habitables:
Varios equipos de exoastronomía han elaborado una pequeña lista de candidatos a exolunas , pero ninguno de ellos ha sido confirmado. Dada la relación general de masas planeta-satélite(s) de 10.000, se cree que los planetas gaseosos del tamaño de Saturno o Júpiter en la zona habitable son los mejores candidatos para albergar lunas similares a la Tierra, con más de 120 planetas de este tipo para 2018. [12] Los exoplanetas masivos que se sabe que se encuentran dentro de una zona habitable (como Gliese 876 b , 55 Cancri f , Upsilon Andromedae d , 47 Ursae Majoris b , HD 28185 b y HD 37124 c ) son de particular interés ya que potencialmente pueden poseer satélites naturales con agua líquida en la superficie.
La habitabilidad de las lunas extrasolares dependerá de la iluminación estelar y planetaria de las lunas, así como del efecto de los eclipses en la iluminación superficial promedio de su órbita. [49] Más allá de eso, el calentamiento por mareas podría desempeñar un papel en la habitabilidad de una luna. En 2012, los científicos introdujeron un concepto para definir las órbitas habitables de las lunas; [49] definen un borde interior de una luna habitable alrededor de un cierto planeta y lo llaman el "borde habitable" circumplanetario. Las lunas más cercanas a su planeta que el borde habitable son inhabitables. Cuando se utilizan los efectos de los eclipses, así como las limitaciones de la estabilidad orbital de un satélite para modelar el límite de invernadero desbocado de las lunas hipotéticas, se estima que, dependiendo de la excentricidad orbital de una luna, existe una masa mínima de aproximadamente 0,20 masas solares para que las estrellas alberguen lunas habitables dentro de la zona habitable estelar. [17] El entorno magnético de las exolunas, que se activa críticamente por el campo magnético intrínseco del planeta anfitrión, se ha identificado como otro factor de habitabilidad de las exolunas. [31] En particular, se encontró que las lunas a distancias de entre 5 y 20 radios planetarios de un planeta gigante podrían ser habitables desde el punto de vista de la iluminación y el calentamiento por mareas, [31] pero aún así la magnetosfera planetaria influiría críticamente en su habitabilidad. [31]
Los satélites naturales que albergan vida son comunes en obras escritas (de ciencia ficción), películas, programas de televisión, videojuegos y otros medios populares.
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