Los extraordinarios Planetas Oculares podrían ser Habitables.

Descubrir un Mundo nuevo debe ser una experiencia inolvidable. Ser el primer ser humano que observa un planeta desconocido es todo un privilegio. No es de extrañar que el descubridor de planetas Mikko Tuomi, sobre el que hemos escrito ya, se exprese así:

“Cristóbal Colón descubrió un continente, yo descubro Mundos.” (Fuente: @mustapipa)

La búsqueda de nuevos Mundos es adentrarse en lo desconocido y misterioso, es buscar sin saber qué se va a encontrar. Es un juego en el que hay que tener cuidado porque nuestras ideas preconcebidas pueden ser incorrectas.

Y puede haber sorpresas.

Continuamos con una nueva entrada en la serie dedicada a la revisión de los “Ecosistemas de la Galaxia”, iniciada con los “Gemelos de la Tierra”.

Si los “Gemelos de la Tierra” son el ecosistema obvio porque es el tipo de ecosistema en el que vivimos, puede no ser el más habitual. De hecho, los modelos teóricos arrojan un resultado sorprendente: el ecosistema más abundante en la Vía Láctea, con mucho, son los “Planetas Oculares” (Eyeball planets).

¡Esto sí que es toda una sorpresa!. Muchos esperarían que lo normal sería que los planetas habitables, en general, fuesen como la Tierra, pero no parece ser así. Quizá debamos revisar nuestros prejuicios (o nuestros modelos teóricos).

Hay un hecho cierto, las enanas rojas, las estrellas más pequeñas de la secuencia principal, son de largo las más abundantes. Ahora bien, a un planeta que orbite en la Zona Habitable de una enana roja le ocurre que a menudo presenta siempre la misma cara a su estrella, de la misma manera que la Luna presenta siempre la misma cara a la Tierra. Acoplamiento de Marea lo llaman.

La cara iluminada es un desierto desolador, la cara oculta continuamente a oscuras está eternamente cubierta de hielos. Pero entremedias puede haber zonas templadas, húmedas y habitables. (Fuente: Beau. The Consortium.)

Habría, por tanto, una cara continuamente iluminada (a menudo un desierto abrasador), y una cara oculta que nunca vería la luz, cubierta eternamente de hielo... ¿Puede un planeta así ser habitable? Pues parece que sí, en la zona entre la noche eterna y el día eterno (el terminador) puede haber una temperatura razonable. Además el casquete de hielo del lado oscuro puede retener agua por debajo, un poco como ocurre en el Polo Sur, que proporcionaría agua líquida a la porción de temperaturas templadas. Siguiendo la zona que pasa de la noche al día habría un anillo rodeando al planeta de temperaturas templadas y mares de agua.

El agua bajo el hielo glaciar del lado oscuro inunda la estrecha franja habitable. (Fuente: Jérémy Leconte 2013)

Lo que acabamos de describir es un “Planeta Ocular Caliente”, a menudo situado por dentro de la Zona Habitable convencional (Kopparapu 2014), pero también están los “Planetas Oculares Fríos”, por fuera de esta Zona Habitable clásica. En principio, estos planetas fríos son menos probables porque a distancias largas no es tan habitual que los efectos de marea hagan que el planeta presente siempre la misma cara a su estrella. Estos serían una enorme bola de hielo, con una excepción: en la zona donde los rayos caen perpendicularmente, es decir, en el eterno mediodía, el agua podría permanecer líquida y habría un pequeño lago. El problema de estos planetas fríos es que parecen ser inestables, si el lago se congela es difícil que vuelva a fundirse, de ahí que no reciban tanta atención. Cosas del albedo.

Entre los estudios publicados en esta materia destacan los de Jérémy Leconte (2013a, 2013b 2015) que analizó la influencia de la rotación en la habitabilidad desde una visión muy amplia. Leconte ha estudiado tanto los Planetas Oculares que presentan la misma cara a su estrella (llamados también planetas sincrónicos, con acoplamiento de marea o bloqueados por efecto marea) como los que tienen un periodo de rotación algo diferente, mostrando que en la zona demasiado cálida del sistema planetario pueden desarrollarse dos tipos de sistemas climáticos. Uno es el inhabitable “Efecto Invernadero Descontrolado”, como el de Venus; el otro es una familia de climas al que pertenecen los “Planetas Oculares” que pueden mantener mares de agua en determinadas condiciones.

http://arxiv.org/abs/1303.7079

http://arxiv.org/abs/1312.3337

http://arxiv.org/abs/1502.01952

Leconte cuestionó el Límite Interno de la Zona Habitable clásica y puso de manifiesto que Gliese 581 c y HD85512 b (considerados tradicionalmente demasiado calientes, por estar en el interior de la Zona Habitable clásica) podían acumular una cantidad significativa de agua líquida en su superficie. Su habitabilidad, según Leconte, no debería descartarse totalmente.

Yang en 2013 y 2014 también mostró que los planetas oculares podían tener posibilidades de habitabilidad, poniendo no solo el acento en la relación entre la rotación y la habitabilidad sino también en la formación de nubes. En principio las nubes, si se acumulaban en la zona del eterno mediodía, la de mayor insolación, podían beneficiar la habitabilidad por el aumento del albedo.  Estos artículos animaron en 2016 a Kopparapu, el creador de la Zona Habitable clásica, a ampliarla (en colaboración con Yang) considerando las posibilidades de los “Planetas Oculares”.

http://arxiv.org/abs/1307.0515

http://arxiv.org/abs/1404.4992

http://arxiv.org/abs/1602.05176

El astrónomo Sean Raymond tiene estupendas entradas sobre este tema:

https://planetplanet.net/2014/10/07/real-life-sci-fi-world-2-the-hot-eyeball-planet/

https://planetplanet.net/2015/02/20/real-life-sci-ford-world-7-eyeball-planets-both-icy-and-hot/
http://nautil.us/blog/forget-earth_likewell-first-find-aliens-on-eyeball-planets

En la Enciclopedia Ficticia "El Brazo de Orion" puede verse el planeta imaginario "Yanqui", un Planeta Ocular frío, que realmente tiene forma de Globo Ocular, de ahí el nombre de estos planetas.
http://www.orionsarm.com/eg-article/4f1569e126d8c

Gemelos de la Tierra y el exoplaneta Kepler-452 b.

Un análisis global de los Ecosistemas de nuestra Galaxia es todo un desafío, porque desconocemos qué condiciones son las que permiten el afloramiento de la vida en los planetas.

Nuestra única fuente de información son las extrapolaciones que podemos realizar partiendo de los modelos construidos con los datos disponibles de la Tierra y otros cuerpos del Sistema Solar. Es verdad, además, que algunos cuerpos del Sistema Solar nos dan indicios de posibles ecosistemas alternativos.

La Tierra es el ecosistema obvio: un planeta de silicatos, con un núcleo metálico, que mantiene unos mares de agua en su superficie. El planeta rota rápidamente en relación con su movimiento de traslación en una órbita circular. Nada menos que 365 rotaciones en cada órbita.

No nos engañemos. No se conoce ningún exoplaneta que, por sus características, pueda considerarse un Gemelo de la Tierra. Quizá lo más similar que conocemos es Kepler-452 b, un lejano planeta a más de 1.000 años luz, que orbita en una órbita circular en torno a una estrella del tipo solar. Su periodo de 385 días es muy parecido al de la Tierra.

El sistema Kepler-452 comparado con el pequeño sistema Kepler-186 y el Sistema Solar (Fuente: NASA/JPL) 

Cuando se anunció el hallazgo del planeta fue objeto de muchos comentarios sensacionalistas. La prensa poco rigurosa empezó anunciando un Gemelo de la Tierra, pero basta un análisis del tamaño del planeta (1,6 R⊕), demasiado grande y más propio de un minineptuno con hidrógeno y helio en su atmósfera que un planeta terrestre, para pensar que Kepler-452 b más que un “Gemelo de la Tierra” más bien es algo así como un “Primo” de la Tierra, un pariente algo lejano.

Vivimos en una Galaxia muy grande así que ¡sigamos buscando!.

Comparación entre la Tierra y su "primo". (Fuente: NASA/JPL)

Los Gemelos de la Tierra, este tipo de ecosistema, ha sido ampliamente estudiado desde el punto de vista teórico. James Fraser Kasting es considerado el fundador de la habitabilidad planetaria moderna con su libro "How to Find a Habitable Planet”. Su planteamiento de 1993 sobre zonas habitables fue particularmente decisivo en la conformación del pensamiento en esta materia. La zona habitable se define como el lugar del sistema en el que es posible la presencia de mares de agua en la superficie del planeta.

Se calcula analizando un planeta similar a la Tierra con atmósfera de CO2 / H2O / N2. Estimaciones conservadoras para estas distancias en nuestro propio Sistema Solar son 0.95 UA ("Pérdida del Agua": presencia de agua en la estratosfera, fotólisis y escape del hidrógeno) y 1.37 UA (aumento del albedo por condensación del CO2). Otros límites más optimistas se definían empíricamente basados en el hecho de que el Venus joven pudo ser húmedo (0.75 UA) y que el Marte antiguo pudo tener mares de agua (1.77 UA).

Kopparapu, Ramirez y Kasting en 2013 actualizaron los estudios de Kasting de 1993 (20 años después). Las nuevas estimaciones eran 0.99 UA ("Pérdida del Agua" o "Efecto Invernadero Húmedo", mismo criterio que Kasting) y 1.70 UA ("Máximo Efecto Invernadero"). También incluían los límites optimistas para el Venus joven (0.75 UA) y que el Marte antiguo pudo tener mares de agua (1.77 UA). El efecto de la condensación del CO2 propuesto por Kasting no fue considerado, ya que había sido mostrado que no era correcto (Forget et al. 1997). En un paper posterior de 2014, Kopparapu y Ramirez muestran la sensibilidad de sus cálculos a variaciones en la masa del planeta.

Las estimaciones de Kopparapu en 2013 comparadas con las de Kasting en 1993.

Julio 2015. El anuncio de la NASA sobre el descubrimiento de Kepler-452 b.
http://www.nasa.gov/press-release/nasa-kepler-mission-discovers-bigger-older-cousin-to-earth/

Julio 2015. El paper con el descubrimiento de Kerpler-452 b, por Jon Jenkins.
http://arxiv.org/abs/1507.06723

1993. Kasting abre el inicio de los estudios de habitabilidad modernos.

http://hrsbstaff.ednet.ns.ca/jenninj2/Astronomy%2012/Miscellaneous/Projects/Habitability/Habitable%20Zones%20around%20Main%20Sequence%20Stars.pdf

2007. Selsis analiza la habitabilidad de Gliese-581 c y d.

https://arxiv.org/abs/0710.5294

2011. Otro de los primeros estudios de habitabilidad, Lisa Kaltenegger sobre HD-85512 b, hoy considerado demasiado cálido.

https://arxiv.org/abs/1108.3561

2013. Kopparapu actualiza el planteamiento de Kasting de 1993. Muestra, entre otros, que HD-85512 b no está ni siquiera en la Zona Habitable Optimista.  

https://arxiv.org/abs/1303.2649

2014. Kopparapu mejora su estudio considerando la dependencia de la Zona Habitable de la masa del planeta.

https://arxiv.org/abs/1404.5292