Se está iniciando una revolución en la planetología sin precedentes. En unos años dejaremos de conocer unas pocas atmósferas terrestres mínimamente densas (Tierra, Marte, Venus y Titán) para contarlas por decenas. En las próximas décadas las atmósferas de los planetas rocosos en otros soles serán objeto de un análisis minucioso: TRAPPIST-1 b, c, d, e, f, g y h, Proxima b, GJ 1132 b y K2-3 d serán los primeros planetas de una larga lista a la que se irán uniendo nuevos objetivos descubiertos por Kepler K2, TESS y los observatorios terrestres que tan bien están funcionando.
El resultado final de esta aventura alucinante será la clasificación coherente de los diferentes tipos de planetas terrestres de la Galaxia. Quizá descubramos planetas habitables, quizá comprendamos cómo la Vida surge y prospera en el Universo. No será fácil, si hay algo que hemos aprendido es que supondrá un enorme esfuerzo.
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| La Tierra arcaica pudo tener periodos en los que se viera cubierta por una envoltura de partículas orgánicas. (Fuente: NASA; Crédito: Francis Reddy) |
Conocemos al menos dos atmósferas que con seguridad son habitables: una de ellas es la de nuestra Tierra actual, un Punto Azul Pálido, pero la otra es mucho menos conocida. Me refiero, claro está, a la Tierra de hace 3.000.000.000 años.
El Arcaico es el eón de la historia de la Tierra que se inicia hace 3,8 miles de millones de años (3,8 Ga) con el Bombardeo Intenso Tardío y termina hace 2,5 Ga, con el holocausto del oxígeno, cuando la Tierra empezó a contener cantidades significativas de oxígeno en su atmósfera. Sigue al eón Hádico, que comienza con la formación de la propia Tierra hace 4,6 Ga. Durante el Arcaico, quizá incluso desde su inicio, había mares y posiblemente vida.
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| Eones geológicos de la Tierra: Hádico, Arcaico, Proterozoico y Fanerozoico. (Fuente: Wikipedia.) |
La imagen más aceptada es que la atmósfera del Arcaico era reductora, muy pobre en oxígeno y ozono, consistiendo principalmente en N2, CO2, CH4, quizá H2 y, por supuesto, H2O. La actividad volcánica era muy acusada y vertía continuamente gases a la atmósfera.
Los astrónomos predicen además que el Sol era entonces un 20%/30% menos luminoso que en la actualidad. Sin embargo, los registros geológicos no aportan evidencias de glaciaciones. Se acepta en general que el Arcaico no fue una era demasiado fría. Esta situación contradictoria, la llamada “Paradoja del Sol Débil”, suele solucionarse planteando una atmósfera rica en gases de efecto invernadero, que calientan el planeta.
La presión atmosférica, a tenor del nitrógeno (N2) actualmente secuestrado en el manto terrestre, se ha sugerido que debió ser mayor que la actual, potenciando la labor de los gases de invernadero.
El dióxido de carbono (CO2) fue el principal gas de efecto invernadero de la Tierra primitiva. No obstante, argumentos geoquímicos inducen a pensar que la cantidad de CO2 era moderada. Con el CO2 estimado y el H2O no bastaba para compensar al Sol débil.
El metano (CH4) ha sido sugerido como un gas de invernadero complementario al CO2 para calentar la Tierra. En una atmósfera anóxica debió acumularse sin demasiados problemas. La fuente más probable era biológica, como mero producto del metabolismo de los organismos metanógenos, que pudieron estar muy extendidos. De cualquier forma, también pudo obtenerse de las fumarolas hidrotermales o, adicionalmente, de los procesos geológicos de serpentinización.
Por su parte, el amoniaco (NH3), un eficiente gas de efecto invernadero, debía ser totalmente residual, por ser mucho más frágil frente a la fotólisis producida por los ultravioleta del Sol.
En este contexto se ha planteado la teoría del “Punto Naranja Pálido” (Pale Orange Dot), que propone que pudo haber periodos del Arcaico en los que el exceso de CH4 en la atmósfera produjera una especie de calima (haze en inglés) orgánica a mucha altitud, que pudo enfriar moderadamente el planeta al reducir el efecto invernadero. Sería similar a la calima de Titán, que es fruto de una química orgánica muy rica. Los estudios anteriores descartaban este planteamiento afirmando que esta calima enfriaría el planeta hasta llevarlo a una profunda glaciación que no ha sido observada en el registro geológico. Nuevos modelos predicen que el enfriamiento no sería tan intenso. Son modelos con un nuevo planteamiento de las partículas de la calima que son modelizadas utilizando fractales, y ponen de manifiesto que la luz visible sí podría atravesar la calima de la atmósfera, aunque sería extremadamente opaca frente al ultravioleta.
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| La Tierra arcaica pudo tener momentos en lo que tendría este aspecto, similar a Titán. (Fuente: Universidad de Whasington) |
La vida en un exoplaneta de este tipo encontraría ciertas ventajas, como la protección que proporcionaría la calima frente a radiaciones ultravioleta. A cambio, los organismos deberían acostumbrarse a un clima algo más frío. No obstante, esto puede paliarse si hay abundancia de gases de efecto invernadero. El frágil amoniaco podría estar presente en esta atmósfera, protegido de los ultravioletas bajo el escudo protector de la calima. Finalmente, los organismos estarían en contacto con una rica química orgánica. Quién sabe si la vida en la Tierra no nació así...
Si alguna vez detectamos un exoplaneta habitable en un sistema planetario joven quizá sea más similar a este “Punto Naranja Pálido” que a la Tierra azul actual.
Sería relativamente fácil detectar este tipo de planetas. En el espectro de transmisión de un “Punto Naranja Pálido” debería observarse una drástica absorción en el ultravioleta y en el azul. Además, en longitudes más largas sería detectable la presencia de H2O, CO2, CH4, C2H6, CO,... En un planeta rico en CO2, la detección de la calima, producto en la Tierra de la actividad biológica, sería un biomarcador, un indicio de vida en el exoplaneta.
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| Titán, el satélite de Saturno es la fuente de inspiración para el "Punto NAranja Pálido". (Fuente: NASA/JPL) |
Ya se han detectado, por cierto, planetas con nubes, neblinas o calimas que impiden observar detalles en el espectro de transmisión (GJ 1214 b, entre otros), pero se asume que es debido a la presencia de nubes y aerosoles en una atmósfera rica en hidrógeno, propia de un minineptuno. Nada en principio que ver con este ecosistema.
Los estudios realizados sugieren que las estrellas del tipo G, como el Sol, y algunas K y M permiten el desarrollo de calimas orgánicas en sus planetas como las que posiblemente hubo en la Tierra primitiva. Por el contrario, los planetas que orbiten en estrellas grandes del tipo F, con elevadas emisiones ultravioleta o estrellas fulgurantes lo tendrán más difícil y en los casos menos desfavorables necesitarán una elevada concentración de CH4 para formar la calima. El tema está en que la radiación ultravioleta FUV si es muy intensa produce radicales de oxígeno que destruyen los compuestos orgánicos de la calima.
Estemos atentos.
2016. El “Punto Naranja Pálido” es el tema central de la tesis doctoral de Giada Nicole Arney, de la Universidad de Washington, una tesis supervisada nada menos que por Victoria Meadows.
2014. Arney et al. proponen sus ideas sobre el “Punto Naranja Pálido”.
2016. Arney et al. Sobre las posibilidades de una calima orgánica durante la Tierra Arcaica.
2017. Sobre las posibilidades de que la calima pueda desarrollarse bajo distintos tipos de estrellas. Se estudian, entre otros, Epsilon Eridani, GJ 876,...
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