18 abr. 2014

Las Súper-Tierras con continentes expuestos y la probabilidad de vida extraterrestre

Los exoplanetas similares a la Tierra que posean continentes y océanos podrían ser más aptos para albergar la vida que los que sólo estuvieran formados por agua en su superficie. Un estudio reciente ofrece una esperanza para la posibilidad de que muchos de los denominados planetas Súper-Tierra que orbitan estrellas distantes tengan expuestos continentes y no sólo superficies cubiertas de agua.
Las Súper-Tierras probablemente tengan climas más estables en comparación con los mundos de agua, y por lo tanto, serían más benévolos a la hora de albergar vida extraterrestres. En el nuevo estudio, los investigadores usaron nuestro planeta como un punto de partida para el modelado de la forma en que las Súper-Tierras podrían almacenar su agua en la superficie y bajo de ella. El trabajo se detalla en un artículo titulado “Water Cycling Between Ocean and Mantle: Super-Earths Need Not Be Waterworlds” que fue publicado en la edición de enero de la The Astrophysical Journal.
Los investigadores por lo general esperan que las Súper-Tierras sean mundos de agua, porque su fuerte gravedad crea una geografía superficial relativamente plana y con océanos profundos. Pero el nuevo estudio encontró que las Súper-Tierras con la tectónica de placas activa pueden tener expuestos continentes si su agua es inferior a un 0,2 por ciento de la masa planetaria total.
"Un planeta podría ser diez veces más húmedo que la Tierra y sin embargo tener expuestos sus continentes", dijo Nicolas Cowan, un científico planetario de la Universidad Northwestern y coautor del nuevo estudio.


Cowan y Dorian Abbot, un climatólogo de la Universidad de Chicago, construyeron el modelo en cuestión. El modelo utiliza la Tierra como punto de partida en la definición de la forma de distribución del agua que un exoplaneta podría tener. Esta distribución terminaría estando en equilibrio entre los océanos superficiales y el manto expuesto, lo que permite a los investigadores calcular si una Súper-Tierra es probable que sea un mundo repleto de agua, o no.
El movimiento de las placas tectónicas de la Tierra transfiere agua continuamente entre los océanos de superficie y el manto. El agua del océano entra en el manto cuando una placa tectónica se desliza debajo de la otra.
"La Tierra es el único planeta conocido con la tectónica de placas activa. Así que es un buen lugar para empezar", dijo Cowan. "Por otro lado, si resulta que el ciclo del agua profunda de la Tierra en ningún momento se encuentra en estado de equilibrio, entonces nuestras conclusiones serían erróneas".
El agua del manto puede volver a entrar en el océano cuando la actividad volcánica divide la corteza del planeta en las dorsales oceánicas. La pérdida de la corteza provoca una disminución de la presión que lleva la roca del manto subyacente a fundirse y perder volátiles como el agua. Un aporte adicional al modelo es que las Súper-Tierras con su gravedad más fuerte podrían tener una mayor presión en el fondo marino. Esto evitaría la pérdida de agua en el manto, por lo que más agua del total del planeta permanecería en la capa del manto.

Incertidumbres en el modelo

Hay otras incertidumbres que podrían hacer una gran diferencia en la exactitud del modelo para predecir la probabilidad de tener un continente seco en una Súper-Tierra. Una incógnita es la cantidad de agua escondida en lo profundo, dentro del propio manto de la Tierra. Cowan y Abbot citan estimaciones de uno a dos veces el volumen de los océanos. Otro factor es que no se sabe con certeza si las Súper Tierrassi poseen procesos tectónicos. Si las suposiciones de los investigadores acerca de cualquiera de los factores intervinientes están equivocadas, esto hará que el cálculo de su modelo entre la "frontera del mundo del agua" y un mundo con continentes secos tenga errores de varios órdenes de magnitud.
"Si algunos de nuestros parámetros de entrada están alejados de la realidad, los límites reales del mundo de agua con el modelo pueden diferir en un orden de magnitud", dijo Cowan. De todas maneras, continuó diciendo el investigador, no importa como lo mires, a partir de ahora la frontera entre un mundo de agua y uno con continentes expuestos no será tan contundente como se pensaba anteriormente".
El debate sobre las Súper-Tierras continuará hasta que nuevas misiones espaciales recojan datos más precisos duros de la cantidad de agua que existe en tales planetas. Para comenzar, habría que tener un telescopio espacial con un dispositivo para bloquear la luz cegadora de estrellas distantes y recoger datos espectroscópicos de la débil luz del exoplaneta. Pero no hay telescopios espaciales activos que puedan hacer actualmente este tipo de trabajos, imprescindibles para mapear la superficie de las Súper-Tierras.

El futuro telescopio espacial WFIRST podría aportar los datos necesarios

"Un telescopio espacial que podría encajar con los requerimientos del proyecto sería el futuro Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) de la NASA. El mismo será de 2,4 metros de diámetro y planeado para poseer un instrumento para obtener imágenes de exoplanetas. La misión tiene un costo estimado de 1600 millones de dólares y por el momento está en suspenso. Cowan espera que el WFIRST podría entrar en funcionamiento y recoger los datos requeridos por el modelo a mediados de la década de 2020 o 2030.
Las investigaciones realizadas en 2012 por los astrónomos del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics mostraron que si la Tierra hubiera sido un poco menos masiva, no tendría tectónica de placas. Y sin tectónica de placas, la vida nunca podría haber ganado un punto de apoyo para su desarrollo.
"La tectónica de placas es esencial para que la vida tal como la conocemos se desarrolle", dijo Diana Valencia de la Universidad de Harvard. "Nuestros cálculos muestran que más grande es mejor cuando se trata de la habitabilidad de los planetas rocosos".
La tectónica de placas (el movimiento de deriva de enormes trozos, o placas, de un planeta) es crucial para la habitabilidad, ya que permiten la química del reciclaje de sustancias complejas o simples como el dióxido de carbono, el cual actúa como un termostato y mantiene templada a la Tierra. El dióxido de carbono encerrado en las rocas se libera cuando las mismas se funden, y vuelve de regreso a la atmósfera desde los volcanes y dorsales oceánicas. "El reciclaje es importante, incluso a escala planetaria", explicó Valencia.
Valencia y sus colegas, Richard O'Connell y Dimitar Sasselov (de la Universidad de Harvard), han explorado los límites para determinar si las placas tectónicas serían más o menos probables en mundos rocosos de diferentes tamaños. En particular, se centraron en las Súper-Tierras, que son exoplanetas que poseen más del doble del diámetro de la Tierra y hasta 10 veces más masivos.

"Tal vez no sea una coincidencia que la Tierra sea el planeta rocoso más grande de nuestro sistema solar, y también el único que alberga vida", dijo Valencia.

Sasselov puntualizó que aunque una Súper-Tierra fuera dos veces el tamaño de nuestro planeta, tendría una geografía similar. Su tectónica de placas sería más rápida y proporcionaría menos tiempo para la formación de montañas y fosas oceánicas antes de que se produzca su reciclaje. Esto haría que se produjeran montañas no tan altas y fosas no tan profundas. Incluso el clima global podría ser comparable en un mundo de estas características en una órbita similar a la de la Tierra. "El panorama sería familiar. En una Súper-Tierra todo se sentiría muy parecido a casa", dijo Sasselov.

Por Mariano Miguel Lanzi de:

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