Partículas infinitesimales formadoras de materia mezcladas en la debida proporción.
Lo más sorprendente de todo… ¡Especies vivas en un planeta azul, minúsculo en el contexto de la Galaxia y mucho menos en el del Universo. Sin embargo, ahí estamos, hablando de todo esto que… Si tenemos que ser sincero, no siempre comprendemos.
Imagen de Eridani 51 b, un exoplaneta que orbita a 20.000 millones de kilómetros de su estrella, tomada por el telescopio espacial James Webb. / NASA / ESO.
R 8799, un sistema de varios planetas orbitando alrededor de una estrella a 130 años luz de distancia de la Tierra.
El Telescopio Espacial James Webb ha capturado las primeras imágenes directas de dióxido de carbono en un planeta fuera del sistema solar. El hallazgo ha sido realizado en HR 8799, un sistema de varios planetas orbitando alrededor de una estrella a 130 años luz de distancia de la Tierra. Durante mucho tiempo, este sistema ha sido un objetivo clave para los estudiosos de la formación de los planetas.
Estas observaciones, que aparecen esta semana en The Astrophysical Journal,proporcionan evidencias sólidas de que los cuatro planetas gigantes de este sistema se formaron de manera similar a Júpiter y Saturno, mediante la acumulación lenta de núcleos sólidos. También confirman que el James Webb puede hacer algo más que inferir la composición atmosférica a partir de mediciones de la luz estelar, como se ha hecho habitualmente. El Telescopio Espacial puede analizar directamente la química de las atmósferas de los exoplanetas.
Los cuatro planetas gigantes de HR 8799 se formaron de manera similar a Júpiter y Saturno, mediante la acumulación lenta de núcleos sólidos
“¿Cómo de frecuentes son los sistemas planetarios semejantes a nuestro Sistema Solar? Desde 1996, se han llegado a identificar más de 300 posibles sistemas planetarios en órbita alrededor de estrellas cercanas. Sin embargo, ninguno de ellos ha sido observado directamente; muy pocos ofrecen evidencia de tener múltiples planetas; y muchos de ellos tienen un planeta del tamaño de Júpiter en una órbita más pequeña que la de Mercurio.
Las cosas cambiaron la semana pasada, cuando, junto con las primeras imágenes de Fomalhaut b, también se publicó la imagen superior. Esta imagen muestra un sistema planetario múltiple en órbita alrededor de una estrella lejana pero semejante al Sol. Esta estrella, catalogada como HR 8799, tiene la masa aproximada de 1,5 Soles, y se encuentra a unos 130 años-luz de nosotros –una distancia similar a la de muchas estrellas visibles a simple vista. En esta ocasión, el telescopio Keck (de diez metros e instalado en Hawai) oscureció artificialmente el disco de la estrella para poder captar una imagen infrarroja de tres planetas en órbita. El telescopio de ocho metros Gemini North también ha podido capturar una imagen similar. Cada planeta es varias veces más masivo que Júpiter, pero el más cercano a HR 8799, denominado d, orbita a una distancia similar a la de Neptuno.
Aunque el sistema planetario HR 8799 tiene diferencias significativas con respecto a nuestro Sistema Solar, su descubrimiento constituye una clara prueba de que el universo contiene otros sistemas planetarios múltiples, en los cuales puede concebiblemente existir un planeta similar a la Tierra.”
“Al detectar las características del dióxido de carbono, hemos demostrado que hay una fracción considerable de elementos más pesados, como el carbono, el oxígeno y el hierro, en las atmósferas de estos planetas”, dijo William Balmer, astrofísico de la Universidad Johns Hopkins (EEUU) e investigador principal. “Dado lo que sabemos sobre la estrella que orbitan, eso probablemente indica que se formaron mediante acreción de núcleo, lo cual, para los planetas que podemos ver directamente, es una conclusión emocionante”.
HR 8799 es un sistema joven, de aproximadamente 30 millones de años, una pequeñísima parte de los 4 600 millones de años de nuestro propio sistema solar. Aún calientes por su violenta formación, los planetas del HR 8799 emiten grandes cantidades de luz infrarroja que proporcionan a los científicos datos valiosos sobre cómo su formación se compara con la de las enanas marrones, un cuerpo celeste a medio camino entre el planeta y la estrella.
Entender nuestro propio sistema solar
Los planetas gigantes pueden formarse de dos maneras: acumulando lentamente núcleos sólidos que atraen gas, como en nuestro sistema solar, o colapsando rápidamente a partir del disco de enfriamiento de una estrella joven. Saber qué modelo es más común puede dar pistas a los científicos para diferenciar los tipos de exoplanetas en otros sistemas.
“Nuestra esperanza con este tipo de investigación es entender nuestro propio sistema solar, la vida y a nosotros mismos en comparación con otros sistemas exo-planetarios, para así contextualizar nuestra existencia”, explicó Balmer en un comunicado. “Queremos tomar imágenes de otros sistemas solares y ver en qué se parecen o diferencian del nuestro. A partir de ahí, podemos tratar de entender cuán extraño o normal es realmente nuestro sistema solar”.
Podemos tratar de entender cuán extraño o normal es realmente nuestro sistema solar
William Balmer, astrofísico de la Universidad Johns Hopkins
Webb Obtiene Imágenes Directas de un Exoplaneta Frío a 12 Años Luz de Distancia.
Esta imagen del exoplaneta gigante gaseoso Epsilon Indi Ab fue tomada con el coronógrafo del Telescopio Espacial James Webb MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) de la NASA. Un símbolo de estrella marca la ubicación de la estrella anfitriona Epsilon Indi A, cuya luz ha sido bloqueada por el coronógrafo, lo que da como resultado el círculo oscuro marcado con una línea blanca discontinua. Epsilon Indi Ab es uno de los exoplanetas más fríos jamás fotografiados directamente. A la luz de 10,6 micras se le asignó el color azul, mientras que a la luz de 15,5 micras se le asignó el color naranja. Credits: NASA, ESA, CSA, STScI, E. Matthews (Max Planck Institute for Astronomy)
Muy pocos exoplanetas han sido fotografiados directamente, ya que los planetas distantes son miles de veces más tenues que sus estrellas. Al capturar imágenes directas en longitudes de onda específicas solo accesibles con Webb, el equipo está allanando el camino para observaciones más detalladas que determinen si los objetos que ven orbitando otras estrellas son verdaderamente planetas gigantes o enanas marrones, que se forman como estrellas pero no acumulan suficiente masa para iniciar la fusión nuclear.
“Tenemos otras líneas de evidencia que apuntan a que estos cuatro planetas de HR 8799 se formaron mediante este método, de abajo a arriba”, dijo Laurent Pueyo, astrónomo del Space Telescope Science Institute y coautor del estudio. “¿Cómo de común es esto para los planetas que podemos observar directamente? Aún no lo sabemos, pero estamos proponiendo más observaciones con Webb, inspiradas en nuestro diagnóstico de dióxido de carbono, para responder a esa pregunta”.
Revelar mundos ocultos
Este logro fue posible gracias a los coronógrafos de Webb, que bloquean la luz de estrellas brillantes, como ocurre en un eclipse solar, para revelar mundos que de otro modo permanecerían ocultos. Esto permitió al equipo buscar luz infrarroja en longitudes de onda que revelan gases específicos y otros detalles atmosféricos.
Los coronógrafos de Webb bloquean la luz de estrellas brillantes, como ocurre en un eclipse solar, para revelar mundos que de otro modo permanecerían ocultos
Además de este importante descubrimiento, el equipo de investigadores del que formaba parte la astrofísica gallega Raquel Rebollido acabó encontrando otro feliz hallazgo. Por primera vez detectaron dos planetas (8799 e y 51 Eridani b), demostrando la sensibilidad del telescopio Webb para observar objetos tenues cerca de estrellas brillantes.
Ahora, estos científicos esperan usar los coronógrafos de Webb para analizar más planetas gigantes y comparar su composición con modelos teóricos.
“Estos planetas gigantes tienen implicaciones bastante importantes“, dijo Balmer. “Pueden alterar, proteger o hacer un poco de ambas cosas con planetas como el nuestro. Por lo tanto, comprender más sobre su formación es un paso crucial para entender la formación, supervivencia y habitabilidad de planetas similares a la Tierra en el futuro”.
Referencia:
JWST-TST High Contrast: Living on the Wedge, or, NIRCam Bar Coronagraphy Reveals CO2 in the HR 8799 and 51 Eri Exoplanets’ Atmospheres. The Astrophysical Journal, 2025
Fuente:
ESA
Derechos: Creative Commons.
Nitaa: Simplemente añadir que se añadieron algunas mejoras al reportaje.
El planeta Tierra ha logrado permanecer habitable durante tanto tiempo por una simple razón: buena suerte.
Investigadores de la Universidad de Sourthhampton llevaron a cabo simulaciones masivas de la evolución climática de 100 mil planetas generados aleatoriamente.
Cada planeta fue simulado 100 veces con eventos aleatorios que alteran el clima que ocurren cada vez para ver si la vida habitable podría mantenerse durante tres mil millones de años como en la Tierra.
De estos planetas, el 9 por ciento (de 8.700) tuvieron éxito al menos una vez, pero, de ellos, casi todos (alrededor de 8.000) tuvieron éxito menos de 50 veces de cada 100 y la mayoría (aproximadamente 4.500) tuvieron éxito menos de 10 veces de cada 100.
El profesor Toby Tyrrell, especialista en ciencia del sistema terrestre, dijo que los resultados del estudio, publicados en la revista Nature Communications Earth and Environment, sugirieron que el azar es un factor importante para determinar si los planetas, como la Tierra, pueden continuar alimentando la vida por miles de millones de años.
Cuando el sistema solar tuvo tres planetas habitables
Un hecho fascinante es que nuestro sistema solar quizás tuvo en sus orígenes no uno, sino tres mundos habitables al mismo tiempo. Claro está, hablamos de Venus, la Tierra y Marte, que, no solo estaban en la zona habitable del Sol, sino que probablemente tenían agua líquida en su superficie y que, por tanto, satisfacían el laxo criterio de habitabilidad de los astrónomos (recordemos que el que un planeta sea «habitable» no implica necesariamente que esté «habitado»). Hoy en día, de los tres solamente queda uno que siga siendo habitable, nuestro planeta. La incógnita es cuándo dejaron de ser habitables Venus y Marte y, por supuesto, si estuvieron alguna vez habitados.
La Tierra primitiva
La habitabilidad del sistema solar interior depende de dos factores: el comportamiento del Sol y el tamaño y composición de los propios planetas. Desde que el sistema solar se formó hace unos 4600 millones de años, el Sol ha visto aumentar su luminosidad en un 30%. Este hecho ha provocado que el límite interior de la zona habitable se haya ido desplazando progresivamente hacia el exterior, lo que ha dejado fuera a Venus y ha colocado a la Tierra cerca del borde interno. De hecho, el Sol seguirá aumentando su luminosidad y, en unos mil millones de años, la Tierra quedará fuera de la zona habitable y los océanos se evaporarán para siempre. Curiosamente, aunque el Sol primitivo era menos luminoso, sabemos que Marte fue habitable durante cientos de millones de años, como mínimo. Es lo que se conoce como la «paradoja del Sol joven», y que también es un problema a la hora de explicar las condiciones de la Tierra primitiva.
Zona habitable de las estrellas en función de su temperatura superficial. En la actualidad solo la Tierra y Marte están dentro de la zona habitable (Chester Harman/NASA).
Si Venus dejó de ser habitable principalmente por culpa del comportamiento del Sol, en cambio Marte ya no lo es por sus particularidades como planeta. Marte siempre fue el menor de los tres planetas potencialmente habitables del sistema solar debido a la acción gravitatoria de Júpiter, cuyas migraciones hacia el interior del sistema provocaron que el planeta rojo tuviese una masa menor de la que le correspondía. Con un tamaño más pequeño, el calor interno y, por tanto, su actividad interna siempre fue menor que la de la Tierra o Venus. Esto provocó que los volcanes marcianos no fuesen capaces de aportar suficientes volátiles para compensar la pérdida de la atmósfera provocada por una menor gravedad. El menor tamaño también fue el causante de que Marte no retuviese una dinamo interna que crease una magnetosfera potente para proteger la atmósfera del viento solar. Precisamente, aunque el Sol primigenio era más débil, la emisión de partículas de viento solar y la actividad en rayos X y en el ultravioleta era mayor que la actual, lo que aceleró el proceso de pérdida atmosférica de Marte.
Interacción entre el viento solar y Marte. Sin una magnetosfera potente, Marte ha perdido y sigue perdiendo su atmósfera por culpa del viento solar (NASA).
Hasta hace unos años existía un acalorado debate sobre si la mayor parte de la atmósfera marciana se había perdido al espacio o, si por el contrario, quedó almacenada en el suelo forma de depósitos de carbonatos, hielo de agua y hielo de dióxido de carbono. Ahora, gracias sobre todo a la misión MAVEN de la NASA, tenemos la total seguridad de que Marte perdió la mayor parte de su atmósfera por acción del viento solar. En la actualidad, la atmósfera de Marte es tremendamente tenue, de tan solo 6 milibares de presión y está formada exclusivamente por dióxido de carbono. Si se sublimasen los depósitos de hielo de dióxido de carbono que se hallan en los polos marcianos solo lograríamos aumentar la presión hasta los 50 milibares (malas noticias para los futuros ingenieros planetarios que quieran terraformar el planeta). Por contra, el planeta rojo sí que ha mantenido la mayoría de sus reservas de agua. Hasta hace unos tres mil millones de años, Marte tenía una cantidad de agua equivalente a una capa global de 500 a 1000 metros de profundidad, pero parece que, como mucho, solo ha perdido una capa equivalente a 50 metros de profundidad.
Los casquetes polares permanentes de Marte (en su mayoría hechos de hielo de agua) (NASA/Ralph Aeschliman).
Estas son buenas noticias de cara la habitabilidad presente de Marte, puesto que, aunque la superficie no es habitable, en el interior hay hielo de agua en cantidades más que suficientes. En contacto con posibles fuentes de calor internas, este hielo es susceptible de formar lagos subterráneos de agua líquida, especialmente con ayuda de las abundantes sales de percloratos que permiten bajar el punto de fusión del hielo. Las misiones robóticas han demostrado que Marte tuvo agua líquida en la superficie de forma más o menos continua durante el periodo Noeico (desde hace 4100 millones de años hasta hace 370o millones de años). Para que esto fuese posible, el clima marciano tuvo que ser más cálido y húmedo que el actual, pero eso requiere una atmósfera de al menos diez veces la presión superficial que tiene ahora. Los resultados de MAVEN encajan con estas condiciones, ya que se ha calculado que, a lo largo de su historia, Marte ha perdido una atmósfera de más de 500 milibares de dióxido de carbono.
Curiosity ha encontrado numerosas pruebas de la presencia recurrente de lagos en el interior del cráter Gale (Kevin Gill/Wikimedia Commons).
Pero la pregunta clave es, ¿cuándo dejó Marte de ser habitable en su superficie? La mayor parte de la atmósfera de Marte se perdió hace 3700 millones de años, al final del periodo Noeico. Desde entonces el planeta rojo ha tenido una atmósfera muy tenue. Sin embargo, gracias a misiones como Curiosity sabemos que Marte fue habitable durante el periodo Hespérico (desde hace 3700 millones de años hasta hace 3000 millones) e, incluso, durante el comienzo del Amazónico (desde hace 3000 millones hasta la actualidad). Eso sí, desde mediados del Hespérico no fue habitable en la superficie continuamente y se sucedieron episodios de habitabilidad intercalados con otros, cada vez más largos, en los que el planeta no era habitable. ¿Cuánto duró cada uno de estos periodos? No estamos seguros, solo sabemos que Marte se fue haciendo más y más seco y más y más frío. En realidad, durante la mayor parte del tiempo que fue habitable, Marte probablemente fue más parecido a una bola de nieve que a una canica azul con bellos océanos.
Recreación de un Marte habitable con océanos (Wikipedia Commons/Ittiz).
El Marte habitable quizás se parecía más a una bola de nieve que al Marte azul de las novelas de ciencia ficción (NASA).
Por esa época la Tierra era, obviamente, habitable, pero era un mundo tan diferente al actual que, si pudiéramos viajar en el tiempo para poder verlo, nos parecería tanto o más alienígena que Marte. Para empezar, durante el eón Arcaico —desde hace 4000 millones de años hasta hace 2500 millones de años— la atmósfera terrestre contenía, además de nitrógeno, muchísimo más dióxido de carbono y metano, mientras que no había rastro de oxígeno. Es posible que la atmósfera estuviese dominada por una neblina de sustancias orgánicas no muy diferente a la que encontramos en Titán, la mayor luna de Saturno. Nuestro planeta era en su juventud «un punto naranja pálido», en vez del punto azul pálido que todos conocemos. Aunque también es posible que gran parte de los océanos fuesen de color púrpura debido al pigmento usado por los microorganismos para realizar la fotosíntesis. Entre otras diferencias con la Tierra actual, la tectónica de placas, un mecanismo fundamental para garantizar la habitabilidad de nuestro planeta, solo comenzó hace alrededor de unos 3000 mil millones de años, más o menos cuando la superficie de Marte dejó de ser habitable para siempre.
Evolución de la habitabilidad de Marte y la Tierra. La superficie de Marte dejó de ser habitable para siempre justo cuando la biosfera terrestre se expandió por su superficie de forma evidente (ESA).
Durante el eón Arcaico la Tierra era, además de habitable, un mundo habitado, pero, curiosamente, la biosfera superficial era muy poco llamativa. Únicamente sería a partir del comienzo del eón Proterozoico —hace 2500 millones de años— cuando la Tierra empezó a tener una biosfera superficial importante, tanto que la composición atmosférica sufrió cambios significativos, como la aparición de oxígeno y la disminución de la presencia de metano y dióxido de carbono. No obstante, conviene recordar que durante el Proterozoico los niveles de oxígeno rondaron concentraciones de entre 0,1% y un 1% de la actual. Efectivamente, durante la mayor parte de la historia de la Tierra hubiéramos necesitado un traje espacial —o, por lo menos, un suministro de oxígeno— para sobrevivir en nuestro propio planeta. No obstante, la Tierra también ha pasado por periodos durante los cuales fue habitable a duras penas, como, por ejemplo, los dos o más episodios de «Tierra bola de nieve» durante los cuales los oceános se congelaron casi en su totalidad.
La Tierra del eón Arcaico era un «punto naranja pálido» por la neblina de sustancias orgánicas (NASA).
Biomarcadores y espectros de la atmósfera terrestre en el pasado (NASA/HabEx).
En cuanto a Venus, es la gran incógnita. En la actualidad la superficie de Venus es el lugar más parecido al infierno bíblico que conocemos, con una presión de 92 atmósferas y una temperatura de unos 480 ºC, día y noche. Pero creemos que esta densa atmósfera, formada en un 96,5% por dióxido de carbono, es un añadido reciente, una consecuencia del efecto invernadero desbocado que cambió radicalmente la historia del planeta. Estamos seguros de que Venus tuvo en su pasado muchísima más agua que ahora —que solo tiene en su atmósfera el 0,001% del agua que hay en los océanos de la Tierra—, por lo que lo lógico es suponer que en algún momento de su historia fue habitable. Es posible que solo lo fuese cuando estuvo dentro de la zona habitable, o quizás fue capaz de retener agua líquida en su superficie hasta una época relativamente reciente. Algunos modelos teóricos señalan a que el gemelo de la Tierra pudo ser habitable hasta hace solo 700 millones de años o, como mínimo, hasta hace dos mil millones de años.
Es posible que Venus tuviese océanos hasta hace 2000 o 700 millones de años (NASA).
De ser así, nuestro planeta vecino guarda estratos geológicos de miles de millones de años durante los que fue habitable y, quizás, tuvo océanos. Un auténtico tesoro geológico protegido de nuestra curiosidad por unas condiciones infernales. De hecho, es posible que Venus fuese habitable durante mucho más tiempo, y con unas condiciones más favorables para la vida, que Marte. Otros modelos más tradicionales indican que el efecto invernadero descontrolado tuvo lugar poco después de la formación del planeta. Sea como sea, parece que Venus nunca desarrolló una tectónica de placas como la Tierra y, como consecuencia, se ha sugerido que su superficie ha sufrido periódicamente episodios volcánicos catastróficos. De acuerdo con el conteo de cráteres de la superficie, el último de estos episodios pudo ocurrir hace 700 millones de años. No sabemos si este hecho marcó el fin del Venus habitable o, por el contrario, fue uno más en la larga historia de episodios volcánicos que ha experimentado este planeta-infierno. Por este motivo resulta tan necesaria una misión a Venus que nos permita buscar claves para saber cómo ha evolucionado su clima.
A la izquierda, el mecanismo de tectónica de placas actual. A la derecha, los mecanismos tectónicos que pudo tener la Tierra primigenia y, quizás, Venus (NASA).
Si pudiéramos usar una máquina del tiempo para contemplar el sistema solar de hace tres mil millones de años nos encontraríamos probablemente con tres planetas potencialmente habitables (y eso sin contar mundos con océanos de agua líquida situados fuera de la zona habitable, como Europa). Sin duda, una hipotética civilización alienígena que hubiera observado el sistema solar por aquel entonces se habría llevado una auténtica sorpresa. En la Tierra ya había vida unicelular, una vida que apareció tan pronto como las condiciones lo permitieron. Por eso sospechamos que también pudo surgir en Marte y en Venus, aunque no lo sabemos. Si queremos salir de dudas, tendremos que explorar estos dos mundos vecinos concienzudamente. Mientras, podemos imaginar qué hubiera pasado si Venus y Marte hubieran continuado siendo habitables hasta el presente. ¿Qué impacto sobre nuestra civilización y sobre la exploración espacial habría tenido un sistema solar con otros dos mundos habitables?
Un Venus con océanos (Wikipedia Commons/Ittiz). Venus en la actualidad. Visto por la sonda japonesa Akatusiki (JAXA/ISAS/DARTS/Damia Bouic).