Un planeta superhabitable es un tipo hipotético de exoplaneta o exoluna que puede ser más adecuado que la Tierra para el surgimiento y evolución de la vida . El concepto fue introducido en 2014 por René Heller y John Armstrong, [2] quienes han criticado el lenguaje utilizado en la búsqueda de planetas habitables , por lo que proponen aclaraciones porque una zona habitable circunestelar (HZ) no es suficiente para definir la habitabilidad de un planeta. [3]Heller y Armstrong afirman que no está claro por qué la Tierra debería ofrecer los parámetros fisicoquímicos más adecuados a los organismos vivos, porque "los planetas podrían no ser similares a la Tierra, pero ofrecer condiciones más adecuadas para el surgimiento y evolución de la vida que la Tierra. o lo hace ". Aunque siguen asumiendo que la vida requiere agua, plantean la hipótesis de que la Tierra puede no representar las condiciones óptimas de habitabilidad planetaria para la máxima biodiversidad ; en otras palabras, definen un mundo superhabitable como un planeta terrestre o luna que podría albergar una flora y fauna más diversa que la que hay en la Tierra, ya que demostraría empíricamente que su entorno es más hospitalario para la vida.
Heller y Armstrong también señalan que no todos los planetas rocosos en una zona habitable (HZ) pueden ser habitables, y que el calentamiento de las mareas puede hacer habitables mundos terrestres o helados más allá del HZ estelar, como en el océano interno de Europa . [4] [n. 1] Los autores proponen que para identificar un planeta habitable, o superhabitable, se requiere un concepto de caracterización que sea biocéntrico en lugar de geo o antropocéntrico . [2] Heller y Armstrong propusieron establecer un perfil de exoplanetas según el tipo estelar, la masa y la ubicación en su sistema planetario , entre otras características. De acuerdo con estos autores, estos mundos superhabitable probablemente sería más grande, más caliente, y mayores de la Tierra y orbitan tipo K-secuencia principal .
Características generales
Heller y Armstrong propusieron que se requieren una serie de características básicas para clasificar un exoplaneta o exoluna como superhabitable; [7] [2] [8] [9] [10] para el tamaño, se requiere que tenga aproximadamente 2 masas terrestres , y 1.3 radios terrestres proporcionarán un tamaño óptimo para la tectónica de placas . [11] Además, tendría una mayor atracción gravitacional que aumentaría la retención de gases durante la formación del planeta. [10] Por lo tanto, es probable que tengan una atmósfera más densa que ofrecerá una mayor concentración de oxígeno y gases de efecto invernadero , lo que a su vez elevará la temperatura promedio a niveles óptimos para la vida de las plantas a unos 25 ° C (77 ° F). [12] [13] Una atmósfera más densa también puede influir en el relieve de la superficie, haciéndolo más regular y disminuyendo el tamaño de las cuencas oceánicas , lo que mejoraría la diversidad de la vida marina en aguas poco profundas. [14]
Otros factores a considerar son el tipo de estrella del sistema. Las estrellas de tipo K son menos masivas que el Sol y se mantienen estables en la secuencia principal durante mucho tiempo (de 18 a 34 mil millones de años, en comparación con los 10 mil millones del Sol, una estrella de clase G ), [15] [16 ] dando más tiempo para el surgimiento de la vida y la evolución . Además, las estrellas de tipo K emiten menos radiación ultravioleta (que puede dañar el ADN y así obstaculizar la aparición de vida basada en ácidos nucleicos) que las estrellas de tipo G como el Sol. [ cita requerida ]
Superficie, tamaño y composición
Un exoplaneta con un volumen mayor que el de la Tierra, o con un terreno más complejo , o con una superficie mayor cubierta de agua líquida, podría ser más hospitalario para la vida que la Tierra. [17] Dado que el volumen de un planeta tiende a estar directamente relacionado con su masa, cuanto más masivo es, mayor es su atracción gravitacional, lo que puede resultar en una atmósfera más densa. [18]
Algunos estudios indican que existe un límite natural, establecido en R ⊕ , por debajo del cual casi todos los planetas son terrestres , compuestos principalmente por mezclas de roca, hierro y agua. [19] En general, es muy probable que los objetos con una masa inferior a 8 M ⊕ tengan una composición similar a la de la Tierra. [20] Por encima de este límite, la densidad de los planetas disminuye con el aumento de tamaño, el planeta se convertirá en un "mundo acuático" y finalmente en un gigante gaseoso . [21] [22] Además, la mayoría de las super-Tierras -con-masas-de-la-masa-de-7-m-de la Tierra pueden hacer que carezcan de tectónica de placas . [11] Por lo tanto, se espera que cualquier exoplaneta similar a la densidad de la Tierra y con un radio por debajo de 2 R ⊕ pueda ser adecuado para la vida. [13] Sin embargo, otros estudios indican que los mundos de agua representan una etapa de transición entre mini-Neptunes y los planetas terrestres, especialmente si pertenecen a las enanas rojas o enanas K . [23] [24] Aunque los planetas acuáticos pueden ser habitables, la profundidad media del agua y la ausencia de superficie terrestre no los haría superhabitables como lo definieron Heller y Armstrong. [25] Desde una perspectiva geológica, la masa óptima de un planeta es de aproximadamente 2 M ⊕ , por lo que debe tener un radio que mantenga la densidad de la Tierra entre 1.2 y 1.3R ⊕ . [26]
La profundidad media de los océanos también afecta la habitabilidad de un planeta. Las zonas poco profundas del mar, dada la cantidad de luz y calor que reciben, suelen ser más cómodas para las especies acuáticas, por lo que es probable que los exoplanetas con una profundidad media menor sean más aptos para la vida. [25] [27] Los exoplanetas más masivos tienden a tener una gravedad superficial regular, lo que puede significar cuencas oceánicas menos profundas y más hospitalarias. [28]
Geología
La tectónica de placas , en combinación con la presencia de grandes masas de agua en un planeta, es capaz de mantener altos niveles de dióxido de carbono ( CO
2) en su atmósfera. [29] [30] Este proceso parece ser común en planetas terrestres geológicamente activos con una velocidad de rotación significativa. [31] Cuanto más masivo sea un cuerpo planetario, más tiempo generará calor interno , que es un factor importante que contribuye a la tectónica de placas. [11] Sin embargo, una masa excesiva también puede ralentizar la tectónica de placas debido al aumento de la presión y la viscosidad del manto, lo que dificulta el deslizamiento de la litosfera . [11] La investigación sugiere que la tectónica de placas alcanza un pico de actividad en cuerpos con una masa entre 1 y 5 M ⊕ , con una masa óptima de aproximadamente 2 M ⊕ . [26]
Si la actividad geológica no es lo suficientemente fuerte como para generar una cantidad suficiente de gases de efecto invernadero para aumentar las temperaturas globales por encima del punto de congelación del agua, el planeta podría experimentar una era de hielo permanente , a menos que el proceso sea compensado por una fuente de calor interna intensa como la marea. calentamiento o irradiación estelar. [32]
Magnetosfera
Otra característica favorable a la vida es el potencial de un planeta para desarrollar una magnetosfera fuerte para proteger su superficie y atmósfera de la radiación cósmica y los vientos estelares , especialmente alrededor de las estrellas enanas rojas . [33] Los cuerpos menos masivos y aquellos con una rotación lenta, o aquellos que están bloqueados por mareas , tienen un campo magnético débil o nulo, lo que con el tiempo puede resultar en la pérdida de una porción significativa de su atmósfera, especialmente hidrógeno , por escape hidrodinámico. . [11]
Temperatura y clima
La temperatura óptima para la vida similar a la Tierra en general se desconoce, aunque parece que en la Tierra la diversidad de organismos ha sido mayor en períodos más cálidos. [34] Por tanto, es posible que los exoplanetas con temperaturas medias ligeramente superiores a las de la Tierra sean más adecuados para la vida. [35] El efecto termorregulador de grandes océanos sobre exoplanetas ubicados en una zona habitable puede mantener un rango de temperatura moderado. [36] [35] En este caso, los desiertos serían más limitados en área y probablemente sustentarían ambientes costeros ricos en hábitats. [35]
Sin embargo, los estudios sugieren que la Tierra ya se encuentra cerca del borde interior de la zona habitable del Sistema Solar , [37] y eso puede dañar su habitabilidad a largo plazo a medida que la luminosidad de las estrellas de la secuencia principal aumenta constantemente con el tiempo, empujando la habitabilidad. zona hacia el exterior. [38] [39] Por lo tanto, los exoplanetas superhabitables deben ser más cálidos que la Tierra, pero orbitan más lejos que la Tierra y más cerca del centro de la zona habitable del sistema . [40] [41] Esto sería posible con una atmósfera más densa o con una mayor concentración de gases de efecto invernadero . [42] [43]
Estrella
El tipo de estrella determina en gran medida las condiciones presentes en un sistema. [45] [46] Las estrellas más masivas O, B y A tienen un ciclo de vida muy corto, dejando rápidamente la secuencia principal . [47] [48] Además, las estrellas de tipo O producen un efecto de fotoevaporación que evita la acumulación de planetas alrededor de la estrella. [49] [50]
En el lado opuesto, los tipos M y K menos masivos son, con mucho, las estrellas más comunes y longevas del universo, pero su potencial para sustentar la vida aún está en estudio. [45] [50] Su baja luminosidad reduce el tamaño de la zona habitable , que está expuesta a brotes de radiación ultravioleta que ocurren con frecuencia, especialmente durante sus primeros mil millones de años de existencia. [15] Cuando la órbita de un planeta es demasiado corta, puede provocar un bloqueo por marea del planeta, donde siempre presenta el mismo hemisferio a la estrella, conocido como hemisferio diurno . [51] [50] Incluso si la existencia de vida fuera posible en un sistema de este tipo, es poco probable que cualquier exoplaneta perteneciente a una estrella enana roja se considere "superhabitable". [45]
Descartando ambos extremos, los sistemas con estrellas de tipo K ofrecen las mejores zonas habitables para la vida. [15] [50] Las estrellas de tipo K permiten la formación de planetas a su alrededor, tienen una larga esperanza de vida y proporcionan una zona habitable estable libre de los efectos de la proximidad excesiva a su estrella. [50] Además, la radiación producida por una estrella de tipo K es lo suficientemente baja como para permitir una vida compleja sin la necesidad de una capa de ozono atmosférico . [15] [52] [53] También son los más estables y su zona habitable no se mueve mucho durante su vida, por lo que un análogo terrestre ubicado cerca de una estrella de tipo K puede ser habitable para casi toda la secuencia principal. [15]
Órbita y rotación
Los expertos no han llegado a un consenso sobre cuál es la velocidad de rotación óptima para un exoplaneta, pero no puede ser demasiado rápida o lenta. Este último caso puede causar problemas similares a los observados en Venus, que completa una rotación cada 243 días terrestres y, como resultado, no puede generar un campo magnético similar al de la Tierra . Un planeta de rotación lenta más masivo podría superar este problema al tener múltiples lunas debido a su mayor gravedad que puede impulsar el campo magnético. [54] [55]
Idealmente, la órbita de un mundo superhabitable estaría en el punto medio de la zona habitable de su sistema estelar . [56] [42]
Atmósfera
No hay argumentos sólidos para explicar si la atmósfera de la Tierra tiene la composición óptima para albergar vida. [42] En la Tierra, durante el período en que se formó por primera vez el carbón , el oxígeno atmosférico ( O
2) los niveles llegaron hasta el 35% y coincidieron con los períodos de mayor biodiversidad . [57] Entonces, asumiendo que la presencia de una cantidad significativa de oxígeno en la atmósfera es esencial para que los exoplanetas desarrollen formas de vida complejas, [58] [42] el porcentaje de oxígeno en relación con la atmósfera total parece limitar el tamaño máximo de el planeta para una superhabitabilidad óptima y una amplia biodiversidad [ aclaración necesaria ] .
Además, la densidad atmosférica debería ser mayor en planetas más masivos, lo que refuerza la hipótesis de que las super-Tierras pueden proporcionar condiciones superhabitables. [42]
Edad
En un contexto biológico, los planetas más antiguos que la Tierra pueden tener una mayor biodiversidad, ya que las especies nativas han tenido más tiempo para evolucionar , adaptarse y estabilizar las condiciones ambientales para sostener un entorno adecuado para la vida que pueda beneficiar a sus descendientes. [dieciséis]
Sin embargo, durante muchos años se pensó que, dado que los sistemas estelares más antiguos tienen menor metalicidad , deberían mostrar una formación de planetas baja y, por lo tanto, esos planetas antiguos pueden haber sido escasos al principio, [59] pero la cantidad de elementos metálicos en el universo debe han crecido de manera constante desde sus inicios. [60] Los primeros descubrimientos exoplanetarios, en su mayoría gigantes gaseosos que orbitan muy cerca de sus estrellas, conocidos como Júpiter calientes , sugieren que los planetas eran raros en sistemas con baja metalicidad, lo que invitaba a sospechar un límite de tiempo en la aparición de los primeros objetos terrestres. [61] Más tarde, en 2012, las observaciones del telescopio Kepler permitieron a los expertos descubrir que esta relación es mucho más restrictiva en sistemas con Júpiter calientes , y que los planetas terrestres podrían formarse en estrellas de mucha menor metalicidad, hasta cierto punto. [60] Ahora se cree que los primeros objetos de masa terrestre deberían aparecer en algún momento entre 7 y 12 mil millones de años. [60] Dada la mayor estabilidad de las enanas naranjas (tipo K) en comparación con el Sol (tipo G) y una mayor esperanza de vida, es posible que exoplanetas superhabitables pertenecientes a estrellas de tipo K, orbitando dentro de su zona habitable, pudieran proporcionan un entorno más largo, estable y mejor para la vida que la Tierra. [15]
Resumen del perfil
A pesar de la escasez de información disponible, las hipótesis presentadas anteriormente sobre planetas superhabitables se pueden resumir como un perfil preliminar, incluso si no existe un consenso científico. [10]
- Masa: aproximadamente 2 M ⊕ .
- Radio: para mantener una densidad similar a la de la Tierra, su radio debe estar cerca de 1.2 o 1.3R ⊕ .
- Océanos: el porcentaje de la superficie cubierta por océanos debería ser similar a la Tierra pero más distribuida, sin grandes masas de tierra continuas. Los océanos deberían ser poco profundos; la luz entonces penetrará más fácilmente a través del agua y alcanzará la fauna y la flora, estimulando una abundancia de vida en el océano.
- Distancia: distancia más corta desde el centro de la zona habitable del sistema que la Tierra.
- Temperatura: temperatura superficial promedio de aproximadamente 25 ° C (77 ° F). [12]
- Estrella y edad: perteneciente a una estrella intermedia de tipo K con una edad mayor que el Sol (4.500 millones de años) pero menor de 7.000 millones de años.
- Atmósfera: algo más densa que la de la Tierra y con una mayor concentración de oxígeno. Eso hará que la vida sea más grande y abundante.
No existe ningún exoplaneta confirmado que cumpla con todos estos requisitos. Tras actualizar la base de datos de exoplanetas el 23 de julio de 2015, el que más se acerca es Kepler-442b , perteneciente a una estrella enana naranja, con un radio de 1.34R ⊕ y una masa de 2.36M ⊕ , pero con una temperatura superficial estimada de 4 ° C (39 ° F). [62] [63]
Apariencia
La apariencia de un planeta superhabitable debería ser, en general, muy similar a la Tierra. [64] Las principales diferencias, de acuerdo con el perfil visto anteriormente, se derivarían de su masa. Su atmósfera más densa puede prevenir la formación de capas de hielo como resultado de una menor diferencia térmica entre diferentes regiones del planeta. [42] Un mundo superhabitable también tendría una mayor concentración de nubes y lluvias abundantes.
La vegetación de un planeta así sería muy diferente debido al aumento de la densidad del aire, la precipitación, la temperatura y el flujo estelar en comparación con la Tierra. Como la longitud de onda máxima de la luz difiere para las estrellas de tipo K en comparación con el Sol, las plantas pueden tener un color diferente al de la vegetación verde presente en la Tierra. [1] [65] La vida vegetal también cubriría una mayor parte de la superficie del planeta, que sería visible desde el espacio. [64]
En general, el clima de un planeta superhabitable sería cálido, húmedo, homogéneo y de tierra estable, permitiendo que la vida se extendiera por la superficie sin presentar grandes diferencias poblacionales en contraste con la Tierra, que tiene áreas inhóspitas como glaciares, desiertos y algunas zonas tropicales. regiones. [35] Si la atmósfera contiene suficiente oxígeno, las condiciones de estos planetas pueden ser soportables para los humanos incluso sin la protección de un traje espacial , siempre que la atmósfera no contenga gases tóxicos excesivos, pero tendrían que desarrollar adaptaciones al aumento gravedad, como un aumento de la densidad muscular y ósea. [64] [24] [66]
Abundancia
Heller y Armstrong especulan que el número de planetas superhabitables alrededor de estrellas similares a Kepler 442 puede exceder con mucho al de los análogos de la Tierra : [67] las estrellas menos masivas en la secuencia principal son más abundantes que las estrellas más grandes y brillantes, por lo que hay más naranjas ( K) enanos que análogos solares. [68] Se estima que alrededor del 9% de las estrellas en la Vía Láctea son de tipo K estrellas . [69]
Otro punto que favorece el predominio de los planetas superhabitables con respecto a los análogos de la Tierra es que, a diferencia de estos últimos, la mayoría de los requisitos de un mundo superhabitable pueden darse de forma espontánea y conjunta simplemente por tener una masa superior. [70] Un cuerpo planetario cercano a 2 o 3 M ⊕ debería tener placas tectónicas de mayor duración y también tendrá una superficie más grande en comparación con la Tierra. [10] Asimismo, es probable que sus océanos sean menos profundos por efecto de la gravedad sobre la corteza del planeta, su campo gravitacional más intenso y, una atmósfera más densa. [12]
Por el contrario, los planetas de masa terrestre pueden tener una gama más amplia de condiciones. Por ejemplo, algunos pueden mantener la tectónica activa durante un período de tiempo más corto y, por lo tanto, terminarán con una densidad de aire más baja que la Tierra, lo que aumentará la probabilidad de desarrollar una cobertura de hielo global, o incluso un escenario de Tierra de Bola de Nieve permanente . [42] Otro efecto negativo de la menor densidad atmosférica se puede manifestar en forma de oscilaciones térmicas, que pueden conducir a una alta variabilidad en el clima global y aumentar la posibilidad de eventos catastróficos. Además, al tener una magnetosfera más débil , dichos planetas pueden perder su hidrógeno atmosférico por escape hidrodinámico más fácilmente y convertirse en un planeta desértico . [42] Cualquiera de estos ejemplos podría prevenir la aparición de vida en la superficie de un planeta. [71] En cualquier caso, la multitud de escenarios que pueden convertir un planeta de masa terrestre ubicado en la zona habitable de un análogo solar en un lugar inhóspito son menos probables en un planeta que cumple con las características básicas de un mundo superhabitable, de modo que este último debería ser más común. [67]
En septiembre de 2020, los astrónomos identificaron 24 contendientes de planetas superhabitables, de entre más de 4000 exoplanetas confirmados en la actualidad, basándose en parámetros astrofísicos , así como en la historia natural de formas de vida conocidas en la Tierra . [72]
Planetas superhabitables descubiertos hasta ahora
Los investigadores han identificado 24 planetas que son "superhabitables", es decir, que ofrecen condiciones más adecuadas para la vida que la Tierra. [73] [74] [75]
- Kepler-452b
- Kepler-442b
- Kepler-22b
Ver también
- Tierra analógica
- Índice de similitud terrestre
- Lista de exoplanetas potencialmente habitables
Notas
- ^ La zona habitable (HZ) es una región presente alrededor de cada estrella donde un planeta terrestre o luna que tiene una presión atmosférica y una combinación adecuada de gases, podría mantener agua líquida en su superficie. [5] [6] Sin embargo, los planetas en el HZ pueden no ser habitables, ya que el calentamiento de las mareas durante la órbita del planeta puede ser una fuente de calor adicional que hace que un planeta entre en un estado de invernadero descontrolado.
- ^ Las iniciales "HZD" o "Distancia de la zona habitable" marcan la posición de un planeta sobre el centro de la zona habitable del sistema (valor 0). Un valor HZD negativo significa que la órbita de un planeta es más pequeña cerca de su estrella, el centro de la zona habitable, mientras que un valor positivo significa una órbita más amplia alrededor de su estrella. Los valores 1 y -1 marcan el límite de la zona habitable. [40] Un planeta superhabitable debería tener un HZD de 0 (la ubicación óptima dentro de la zona habitable). [41]
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Bibliografía
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enlaces externos
- Catálogo de exoplanetas potencialmente habitables