viernes, 26 de agosto de 2016

Proxima b. Rotación y Habitabilidad en una estrella tormentosa.

En el análisis sobre la habitabilidad de Proxima Centauri que realizamos antes de la publicación de los datos de Proxima b concluíamos que su Zona Habitable era un lugar tormentoso y más bien inhóspito, en el que las posibilidades de habitabilidad de Proxima b dependían en gran medida de la capacidad del planeta para retener una potente magnetosfera, el elemento crucial y necesario. Aquí podéis ver la entrada:

La tempestuosa “Zona Habitable” de Proxima Centauri.


Una de las claves de la Habitabilidad de Proxima b es disponer de un buen campo magnético (Fuente: ESO.)



 
La Masa y el Tamaño. El planeta ha resultado ser más masivo que la Tierra y tener una masa mínima de 1,3 M terr. No está mal, porque un planeta más grande que la Tierra podría llegar a tener una magnetosfera más grande. La densidad se desconoce pero un planeta con esta masa mínima probablemente será rocoso y denso, con un buen núcleo metálico, masivo, necesario para crear un campo magnético potente y esto también es una buena noticia.

La Ubicación en la Zona Habitable. Conviene que esté en la Zona Habitable, pero en la parte más bien alejada de esa estrella fulgurante. Ha resultado estar en una zona con un periodo de 11,2 días. Recibe como 250 veces más rayos X que la Tierra, pero el peligro real son los CMEs. Esperemos que la ubicación sea adecuada. Por cierto, que el cálculo de la Zona Habitable se ha mejorado, pasando de los 0.023-0.054 UA (Endl 2008, https://arxiv.org/abs/0807.1452) a una nueva estimación mejorada de 0.042-0.082 UA en la que Proxima b queda cerca del borde inferior. 

Es resumen, Proxima b tiene ciertas posibilidades de haber conservado un buen campo magnético y quizá pueda soportar las tormentas magnéticas. Depende en gran medida de un aspecto: su rotación, porque una rotación rápida activaría la dinamo interna del planeta, como en la Tierra.


Parámetros de Proxima Centauri y su hipotético planeta según el PHL de la Universidad de Puerto Rico en Arecibo.


Vamos a analizar en esta entrada la rotación de Proxima b. Caben en principio tres posibilidades:

Su rotación es como la de la Luna. 
Lo sabemos todos. La Luna muestra siempre su misma cara a la Tierra. Está sincronizada con su movimiento de rotación con su movimiento orbital en lo que se denomina una resonancia 1:1. Se dice que la Luna está bloqueada o acoplada por efecto marea, ya que la deformación por efecto de marea del cuerpo de la Luna satélite (que adopta cierta forma de melón) crea un momento que poco a poco van frenando la rotación hasta dar una rotación por órbita.

Se puede demostrar que en una órbita circular esta resonancia es la única posible. Además, cuando un planeta orbita muy cerca de su estrella sufre un proceso de circularización que va eliminando la excentricidad. De esta manera se considera que los planetas que están muy cerca de sus estrellas suelen tener este tipo de resonancias, como a menudo ocurre en las lunas del Sistema Solar.

Si este es el caso, un día de Proxima duraría 11,2 días terrestres. Los planetas que muestran siempre su misma cara a su estrella desarrollan un tipo de ecosistema específico, llamado planeta ocular o con forma de ojo, tal como ya analizamos. Ver la entrada:


Su rotación es como la de Mercurio.
La resonancia 1:1 de la Luna no es la única en la que puede quedar atrapado un cuerpo que orbita cerca de otro mucho más masivo. Hay muchas más. En algunos casos se llega a otras resonancias spin-orbit, como la de Mercurio que es 3:2, es decir rota tres veces por cada dos órbitas. Si Proxima b estuviera en una resonancia 3:2 su día duraría 7,5 días terrestres.

La resonancia es inestable en una órbita circular, así que se requiere cierta excentricidad en la órbita del planeta, como Mercurio cuya excentricidad es de 0,21. La excentricidad de Proxima b es desconocida pero han podido acotarla un poco, siendo inferior a 0,35.

En principio (según muchos modelos teóricos) la excentricidad en un planeta no debería ser un impedimento grave para la habitabilidad (salvo en el caso en el que se produzcan efectos de marea), porque se considera que lo importante es la irradiación media de la órbita. Ver la entrada que hicimos sobre el tema:

Sin embargo, en este caso concreto es diferente. los alrededores de Proxima Centauri son como un mar de aguas turbulentas y la excentricidad podría ser peligrosa, algo así como navegar cerca de unos arrecifes en mitad de una tempestad. Si regularmente el planeta se acerca demasiado a la estrella durante los periodos de elevada actividad magnética… ¡Hum!


Esta sería la órbita de Proxima b con una excentricidad de 0,35. Se acerca demasiado a la estrella y sus CMEs (Fuente: PHL. Universidad de Puerto Rico en Arecibo.)


Su rotación es como la de Venus.
Finalmente, en Venus la rotación del planeta se ve alterada por lo que se denomina efecto de marea térmico, ya que no está motivado por la deformación del cuerpo del planeta, sino por el calentamiento de su voluminosa atmósfera. El calentamiento diario de la atmósfera produce una suerte de efecto marea atmosférico derivado de los cambios de temperatura que sufre la atmósfera.

Además, la atmósfera tiene inercia térmica y no alcanza su temperatura máxima hasta unas horas después del momento de máxima insolación. Este retardo produce una suerte de efecto de marea atmosférico que con el curso de los millones de años termina afectando a la rotación del planeta.

De hecho, Venus, si no fuera por este efecto bien podría estar en una resonancia normal, pero, por el contrario tiene un movimiento retrógrado.

Sin embargo, en las estrellas pequeñas los estudios de Leconte muestran que este efecto no es muy relevante, incluso para atmósferas densas de 10 atmósferas. 

A la derecha de la Rectas verticales (Ps 10 atmósferas y Ps 1 Atm) puede haber rotaciones asíncronas por efecto marea. A la izquierda, la rotación es resonante 1:1. Para Proxima Centauri (Masa 0,12) la Zona Habitable (en azul) siempre está a la izquierda. (Fuente: Leconte, 2015)


Resumiendo, la determinación de la rotación y el campo magnético de Proxima b dependen de un parámetro orbital tan esencial como es la excentricidad. Con la cantidad y calidad de datos disponibles de velocidad radial es solo cuestión de tiempo que se publique una estimación un poco más fina de la excentricidad de la órbita del planeta que nos permitirá valorar mejor su habitabilidad. Por ahora, solo podemos decir que es seguro que hay una resonancia que probablemente puede ser 1:1 o 3:2.  




2012. Valeri V. Makarov es uno de los más grandes expertos en rotación de planetas. En este artículo nos habla sobre la rotación de Gliese 581 d, que entonces era considerado un planeta muy excéntrico (pero actualmente no) y con posibilidades de habitabilidad. Le otorgaba al planeta nada menos que una resonancia 2:1.

2013. Makarov muestra el motivo por el que la Luna está bloqueada por efecto marea. Hay dos explicaciones: o bien inicialmente su rotación era retrógrada, o bien era prógrada con reducida excentricidad y estaba relativamente fría.

2013. Noyelles y Makarov analizan la evolución de Mercurio desde su formación para estimar bajo qué condiciones se produjo la actual resonancia 3:2. La excentricidad de 0,21 es un factor determinante junto con la diferenciación de la estructura interna del planeta.

2013. Makarov estudia el excéntrico y potencialmente habitable planeta GJ667C c mostrando que bien podría estar atrapado es una resonancia 3:2, como Mercurio.

2015. En este famoso paper Leconte nos enseña que los planetas que se suponen bloqueados por efecto marea pueden en realidad verse, si tienen cierta atmósfera, afectados por efectos de marea térmicos, como los de Venus y no ser realmente sincrónicos.  

2016. Y finalmente este estupendo paper del español Ignasi Ribas sobre la irradiación, rotación y pérdida del agua de Proxima b. A pesar de las dificultades de valorar los diversos aspectos del planeta no encuentran motivos para rechazar su habitabilidad. 

2 comentarios:

  1. Interesantes datos sobre el planeta de la proxima b, aun hay mas misterios que descubrir en esos exoplanetas, la tecnologia mientras avance despejara todas las dudas. saludos :).

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Sin duda hay más misterios. Una vez hemos analizado las peligrosas radiaciones de esta estrella fulgurante, ya estoy trabajando en el siguiente:

      ¿Tiene agua Proxima b?

      Eliminar