Análogo a la Tierra

Recreación de Kepler-62f, uno de los exoplanetas confirmados con mayor IST (Índice de Similitud con la

Tierra).

Un análogo a la Tierra —también llamado Tierra gemela, exotierra, segunda Tierra, Tierra alienígena, Tierra 2 o planeta tipo Tierra— es unplaneta con condiciones similares a las encontradas en la Tierra.1 2 3 4 Para ser considerado un análogo terrestre, un cuerpo planetario debe orbitar alrededor de su estrella en la zona de habitabilidad del sistema —coloquialmente denominada zona «Ricitos de Oro»—,5 n. 1 tener una masa y radio parecidos a los de la Tierra, contar con una composición atmosférica adecuada, pertenecer a una estrella similar al Sol y disponer del resto de rasgos básicos de nuestro planeta que permiten, en conjunción con los anteriores, la presencia de vida tal y como la conocemos.6 7 8

Desde que los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron en 1995 el primer exoplaneta orbitando una estrella similar al Sol, 51 Pegasi b,9 el gran objetivo de los expertos en exoplanetología ha sido hallar una segunda Tierra.10 En los años posteriores y hasta el lanzamiento del telescopio Kepler, los descubrimientos eran mayoritariamente de gigantes gaseosos que orbitaban sus estrellas a distancias muy cortas, dadas las limitaciones de los instrumentos de la época.11Esta clase de cuerpos, denominados jupíteres calientes, influyen en gran medida en sus estrellas y transitan con frecuencia, lo que facilitaba su detección y parecía apuntar una clara supremacía cuantitativa de este tipo de planetas frente al resto por sesgo.12 Con el tiempo, la mejora en las herramientas de investigación invirtió la tendencia, siendo evidente el predominio de cuerpos telúricos de masas similares a la terrestre por encima de aquellos de mayor tamaño.1314

Para clasificar los exoplanetas en función de su grado de parentesco con la Tierra, la NASA y el Instituto SETI han desarrollado un indicador, el IST —Índice de Similitud con la Tierra—, que estima la semejanza en función de la masa, radio y temperatura de equilibrio estimada del cuerpo planetario.15 Desde el anuncio oficial de su descubrimiento el 6 de junio de 2015, los dos objetos con mayor IST del catálogo de exoplanetas confirmados son Kepler-438b (88 %) y Kepler-296 (85 %).16

La posibilidad de encontrar análogos a la Tierra tiene especial interés para la humanidad, porque puede inferirse que a mayor semejanza entre un exoplaneta y la Tierra, mayor es la probabilidad de que sostenga vida extraterrestre e incluso una eventual civilización alienígena.17 Por esta razón, ha sido un tema tratado frecuentemente en el ámbito de la ciencia, el cine, la literatura y la filosofía.18 19 En última instancia, el descubrimiento y colonización de este tipo de planetas garantizaría la supervivencia de la humanidad ante catástrofes planetarias como la propia muerte del Sol.20

Índice

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1 Criterioso 1.1 Tamañoo 1.2 Temperaturao 1.3 Estrellao 1.4 Composición atmosféricao 1.5 Otros factores

2 Investigación 3 Descubrimientos

o 3.1 Confirmados 3.1.1 Descripción de los campos 3.1.2 Lista

o 3.2 Teorías 4 Planetas superhabitables 5 Terraformación 6 Un nuevo hogar 7 Véase también 8 Notas 9 Referencias

o 9.1 Bibliografía 10 Enlaces externos

Criterios[editar]

Impresión artística de Kepler-22b, un posible análogo a la Tierra.

El mayor obstáculo para el estudio de la exoplanetología son las distancias cósmicas.21 La información disponible, más allá de la estricta confirmación de la existencia del planeta-objetivo, se limita al tamaño, masa y distancia orbital respecto a su estrella —así como las características básicas de la misma, que incluyen la metalicidad—.22 De este último punto se deduce una temperatura de equilibrio para el objeto, a la que se añade los efectos de una atmósfera y albedo similares a los de la Tierra para inferir su temperatura media superficial.n.

2 23 Además, la velocidad de escape, radio, densidad y temperatura de equilibrio permiten calcular el Índice de Similitud con la Tierra o IST del exoplaneta para estimar su grado de parentesco.2425 Dado que el IST indica la semejanza de un cuerpo planetario con la Tierra, cualquier planeta que registre un valor elevado en este baremo es, por definición, un análogo a la Tierra.24

Sin embargo, un alto IST no supone necesariamente la habitabilidad de un exoplaneta. Venus es, con diferencia, el cuerpo planetario más hostil para la vida de todo el sistema solar interior, con una temperatura media de 467 ℃ y una presión atmosférica superficial de 93 atm.26 Como resultado, su índice de similitud es del 37 %, a pesar de que su radio medio, densidad aparente y velocidad de escape son muy similares a los de la Tierra.n.

3 24 Si la temperatura real de Venus fuese estimada en función de la distancia respecto al Sol, como ocurre con los exoplanetas descubiertos, su índice de similitud sería mucho mayor.17 Así pues, un exoplaneta con un IST próximo al 100 % puede presentar un efecto invernaderodesbocado parecido al venusiano, carecer de atmósfera o estar anclado por marea a una enana roja fulgurante que inunde cíclicamente su superficie con altísimos niveles de radiación ultravioleta.27 Incluso sin pertenecer a un sistema estelar de este tipo, es posible que el planeta carezca de una magnetosfera que lo proteja frente a los vientos estelares, lo que impediría la formación de una capa de ozono.24

Por tanto, los rasgos que determinan si un planeta es un análogo a la Tierra van más allá de los considerados en el cálculo del IST, incluyendo también la composición atmosférica, el tipo de estrella a la que pertenece y cualquier otro que influya significativamente en las condiciones del planeta:28

Tamaño[editar]

La gravedad de un planeta es directamente proporcional a su masa.29 Un exoplaneta poco masivo no tendrá la suficiente atracción gravitatoria como para retener su atmósfera primigenia y, en caso de disponer de agua líquida en su superficie, perderá lentamente todo su hidrógeno, convirtiéndose en un planeta desierto como Marte.30 En el caso opuesto, un planeta terrestre demasiado masivo n. 4  puede tener una atmósfera excesivamente densa similar a la de Venus, que bloquee la luz estelar e impida su paso a la superficie o que provoque un efecto invernadero descontrolado.31 Por esta razón, los expertos centran su búsqueda de análogos a la Tierra en aquellos exoplanetas con masas comprendidas entre 0,8-1,9 M⊕ y radios de entre 0,5-2,0 R⊕.32

No obstante, el margen real puede ser incluso más restrictivo. Los estudios del equipo de Courtney Dressing, del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA), indican que existe un límite fijado en 1,6 radios terrestres (R⊕) por debajo del cual prácticamente todos los planetas presentan una composición de roca-hierro similar a la de Venus y la Tierra.33 Estas investigaciones demuestran que la densidad media de los cuerpos planetarios decrece a medida que aumenta su radio a partir de dicho límite, lo que supone un incremento sustancial en las concentraciones de agua u otros compuestos volátiles.n. 5 34 No obstante, del estudio se desprende que, en general, los objetos con una masa por debajo de las 6 masas terrestres (M⊕) tienen altas probabilidades de registrar una composición parecida a la de la Tierra.33 35

Durante la conferencia que anunció el descubrimiento de Kepler-62e y Kepler-62f, el investigador Bill Borucki, del Centro de Investigación Ames de la NASA, y el profesor Dimitar Sasselov, de la Universidad de Harvard, publicaron las predicciones de los modelos informáticos aplicados a estos planetas, que indicaban que posiblemente fuesen mundos oceánicos.n. 6 Las investigaciones parecen indicar que los planetas-océano representan un estado de transición entre los cuerpos telúricos con tierras emergidas como nuestro planeta y los de tipo minineptuno, habitual en sistemas en los que otros objetos con órbitas inferiores hayan reunido la mayor parte de los elementos pesados disponibles en el disco protoplanetario durante el proceso de formación.36 Esto puede ser especialmente significativo en planetas situados en la zona de habitabilidad de enanas rojas, ya que pueden llegar a acumular 25 veces más agua que la Tierra.37 Sin embargo, no hay razones que comprometan el potencial de los planetas-océano para albergar vida.38

El tamaño de un exoplaneta también influye en su campo magnético y en su tectónica de placas. Las supertierras y lasmegatierras pueden presentar condiciones internas muy distintas a las de la Tierra y no hay una opinión consensuada sobre la probabilidad de que cuenten con procesos geológicos de este tipo.39 40 Algunos modelos apuntan a que la tectónica de placas es un proceso poco activo en las supertierras,41 mientras que otros implican que se trata de un fenómeno común, incluso si el planeta carece de agua.42

Temperatura[editar]

Posible aspecto de un planeta océano situado en la zona de habitabilidad de una enana roja.Véase también: Clasificación térmica de habitabilidad planetaria

Hay varios factores que pueden determinar la temperatura de un planeta.43 Además de la distancia respecto a su estrella y laluminosidad de esta, también influyen su albedo, densidad y composición atmosférica —especialmente el porcentaje de gases de efecto invernadero—, así como un posible acoplamiento de marea.4445 Tal y como se sospecha que ocurrió en la Tierra durante el Período Criogénico, es probable que una temperatura media ligeramente inferior a la terrestre conlleve una mayor extensión de los casquetes polares y, en consecuencia, del albedo del planeta. En última instancia, la cantidad adicional de luz reflejada al espacio dará lugar a un descenso de las temperaturas y a un aumento en la extensión de las capas de hielo, iniciando así un proceso retroalimentativo que culminará en una glaciación global permanente.46

Del mismo modo, una composición atmosférica con mayor presencia de gases de efecto invernadero que la Tierran. 7puede desencadenar un efecto invernadero descontrolado similar al de Venus.47 48 A diferencia de un ciclo de glaciación global, al que la propia actividad volcánica del planeta puede poner fin, es muy difícil que las condiciones del propio exoplaneta o de su sistema cambien lo suficiente como para escapar a una situación de efecto invernadero desbocado.49Con frecuencia, aquellos cuerpos más masivos que la Tierra que orbitan en el límite interno de la zona habitable de su estrella son catalogados como supervenus y no como supertierras.50

El anclaje por marea es otro de los factores que pueden influir sustancialmente en la temperatura de un planeta.45 Ocurre típicamente en estrellas de tipo M y K-tardío, donde la zona de habitabilidad no traspasa el límite de anclaje. Por tanto, cualquier exoplaneta que orbite a una estrella de este tipo en su zona habitable tendrá un hemisferio constantemente expuesto a la luz estelar y otro en perpetua oscuridad.51 Además de la mayor exposición a la actividad estelar por motivo de la proximidad,52 el acoplamiento puede cambiar la dinámica interna del exoplaneta y acabar con su magnetosfera, exponiéndolo a los vientos estelares.53 Es de esperar que estos cuerpos registren grandes diferencias de temperatura entre el hemisferio diurno y el nocturno que pueden desencadenar la congelación de toda su agua y atmósfera en la cara nocturna, si el planeta no cuenta con una atmósfera lo suficientemente densa como para repartir eficazmente el calor.27No obstante, si no se cumple

ninguno de estos supuestos, deberían de darse temperaturas moderadas en la zona del crepúsculo del planeta que permitiesen su habitabilidad.54 55

Es probable que se registren temperaturas más estables en planetas que orbiten a análogos solares en su zona habitable, ya que se encuentran lo suficientemente alejados de sus estrellas como para presentar anclaje por marea.45 Además, el tamaño de la zona de habitabilidad es directamente proporcional a la luminosidad de la estrella, siendo más amplia cuanto mayor sea la misma.56 En noviembre de 2013, los datos de la misión Kepler permitieron a los astrónomos estimar el número de exoplanetas de masa terrestre que orbitan a una estrella análoga al Sol en su zona de habitabilidad en 11 000 millones, solo en nuestra galaxia.57

La propia vida es en sí misma un factor de habitabilidad, moderando y estabilizando la temperatura del planeta mediante mecanismos como la actividad fotosintética, que permitió la aparición de los organismos aerobios en la Tierra.58 Existe un amplio consenso entre la comunidad científica a favor de la evolución de las especies como ley universal, por lo que cabe esperar que tal y como sucedió en la Tierra, los organismos simples puedan modificar las condiciones de habitabilidad planetaria —especialmente la temperatura y la composición atmosférica—, permitiendo la aparición de otras formas de vida.59

Estrella[editar]Véanse también: Habitabilidad en sistemas de enanas rojas y Habitabilidad en sistemas de enanas naranjas.

Clasificación de Morgan-Keenan.

Las características de una estrella determinan las condiciones presentes en un sistema planetario.60 61 Las más masivas y luminosas —tipo O y similares— producen un efectofotoevaporación que impide la formación de planetas,62 por lo que es prácticamente imposible encontrar análogos a la Tierra orbitando a cuerpos estelares de este tipo.n.

8 63 Además, la vida de un cuerpo estelar es inversamente proporcional a su masa y es posible que incluso en estrellas tipo A y F la vida no disponga de tiempo suficiente para evolucionar.64 65

En el otro extremo, las más pequeñas —enanas rojas y naranjas tipo K-tardío— cuentan con una zona habitable muy pequeña y próxima a ellas.56 66 Esta cercanía puede suponer que cualquier exoplaneta situado a una distancia adecuada para que exista agua líquida sobre su superficie se encuentre anclado por marea, ofreciendo siempre una misma cara a su estrella.n.

9 45 A su vez, la dinámica de las enanas rojas es muy distinta a la solar, presentando bruscos descensos e incrementos de luminosidad que afectarían en gran medida a cualquier forma de vida presente en el sistema.67 Los efectos pueden ser aún más perjudiciales si se trata de estrellas fulgurantes, un estado que parece ser común en los primeros miles de millones de años de los astros de este tipo.53 56 La posible existencia de vida en planetas pertenecientes a estrellas de este tipo es objeto de debate y de gran interés para la astrobiología, ya que son las más comunesn. 10 y longevas, y su estabilidad aumenta a medida que envejecen.70 Las enanas naranjas de tipo K podrían ser ideales para el desarrollo de la vida, por presentar las mismas ventajas que las de tipo M y K-tardío sin sus inconvenientes.61

Otro de los factores a considerar es la metalicidad de la estrella.71 Aquellas con valores muy bajos serán pobres en elementos pesados,n. 11 al igual que su sistema, afectando notoriamente a la composición de los planetas que puedan formarse a su alrededor.72 Según autores como G. González, P. Ward y D. E. Brownlee, la metalicidad estelar varía en función de la región de la galaxia, dando lugar a lo que denominaron zona galáctica habitable.n. 12 En la Vía Láctea, esta región formaría un anillo entre 4 y 10 kpc del centro galáctico. Más cerca del núcleo de la galaxia, la exposición asupernovas y otros eventos cósmicos altamente energéticos impedirían la presencia de formas de vida complejas, y más lejos la metalicidad sería demasiado débil como para permitir la formación planetaria.73

Como resultado, se espera que los análogos a la Tierra pertenezcan a análogos solares, es decir, con una masa, tamaño y metalicidad similares a los del Sol, o a estrellas tipo K.61

Composición atmosférica[editar]

Ilustración artística de un exoplaneta con señales de agua en su atmósfera

Los principales componentes de la atmósfera de la Tierra son muy comunes en el universo.74 Es probable que todos los planetas cuenten o hayan contado en algún momento de su historia con una atmósfera más o menos densa compuesta parcial o totalmente de hidrógeno, oxígeno,nitrógeno y/o compuestos químicos derivados de ellos, como el dióxido de carbono, metano, vapor de agua, etc.74 La atmósfera terrestre se compone principalmente de nitrógeno (78 %) y oxígeno (21 %), como consecuencia de la actividad fotosintética.75 La composición atmosférica de la Tierra ha variado sustancialmente con el paso del tiempo, como tras la Gran Oxidación, alterando significativamente las condiciones superficiales del planeta.76 Es posible que, tal y como se sospecha que ocurrió en la Tierra, surjan microorganismos en océanos extraterrestres que den lugar a otros capaces de realizar la fotosíntesis, en un proceso de convergencia evolutiva.77 Con el paso del tiempo, podrían modificar la composición de la atmósfera y adecuarla a organismos complejos.78

Se suele considerar al oxígeno molecular (O2) y a su subproducto fotoquímico, el ozono (O3), como las biofirmasatmosféricas más sólidas —es decir, como los mejores indicadores del origen orgánico del oxígeno presente en el ambiente—.74 Sin embargo, la fotólisis del agua por la radiación ultravioleta, seguida del escape hidrodinámico del hidrógeno, puede desencadenar una acumulación de oxígeno en la atmósfera de planetas cercanos a su estrella sometidos a un efecto invernadero descontrolado.74 Se creía que en aquellos cuerpos situados en la zona de habitabilidad, la fotólisis del agua estaría fuertemente limitada por trampas de fríon. 13 de vapor de agua en la atmósfera baja.79 Sin embargo, la extensión de la trampa de frío depende en gran medida de la cantidad de gases no condensables —como el nitrógeno y el argón— presentes en la atmósfera.74 En ausencia de estos gases la probabilidad de una acumulación de oxígeno depende también de la historia de acreción del planeta, química interna, dinámica atmosférica y rasgos de su órbita.74 Por lo tanto, el oxígeno en sí mismo no representa una biofirma robusta.80 El ratio de nitrógeno y argón a oxígeno podría detectarse estudiando las variaciones de la radiación infrarroja con la fase orbital81 o por espectroscopia de transmisión en conjunción con el análisis de la dispersión de

Rayleigh durante un tránsito astronómico en un cielo despejado y una atmósfera libre de aerosoles.82 83

Los medios actuales carecen de la precisión necesaria para realizar estos estudios espectroscópicos en exoplanetas de masa terrestre que orbiten a sus estrellas en la zona habitable.84 La puesta en marcha de algunos telescopios terrestres y orbitales proyectados para un futuro cercano permitirá resolver algunas de las incógnitas planteadas, estudiando la composición atmosférica de los potenciales análogos terrestres y confirmando —o descartando— la presencia de vida.85 82

Otros factores[editar]

Imagen artística de la magnetosfera terrestre y su interacción con el viento solar.

Más allá de los rasgos básicos que se presuponen a un análogo a la Tierra, existen otros múltiples factores a considerar que podrían alterar significativamente las condiciones de habitabilidad de un exoplaneta, como la presencia de un campo magnético que lo proteja frente a los vientos estelares.86 La magnetosfera de la Tierra nace de la separación del núcleo de la Tierra en diferentes capas.87 El núcleo externo se compone principalmente de hierro fundido de alta conductividad que genera el magnetismo mediante laley de Ampère.88 Exoplanetas con masa, densidad, composición y rotación similares a los de la Tierra deberían presentar un campo magnético equivalente.89 Sin embargo, la mayor masa de las supertierras puede producir altas presiones con grandes viscosidades y altas temperaturas de fusión, que impidan la separación del interior en diferentes capas —resultando en mantos indefinidos sin un núcleo determinado—.88 En tales casos, el óxido de magnesio, que es rocoso en la Tierra, puede encontrarse en estado líquido en el interior de las supertierras, generando un campo magnético.88 En planetas anclados por marea a sus estrellas, la ausencia de rotación puede impedir la formación de una magnetosfera, y la consiguiente exposición a los vientos estelares podría expulsar todo su hidrógeno al espacio y convertirlos en planetas-desierto.53

Las catástrofes acaecidas a lo largo de la historia del exoplaneta pueden modificar sus condiciones de habitabilidad. Incluso cumpliendo con el resto de criterios clave, una colisión con un protoplaneta durante la formación del sistema puede alterar significativamente la inclinación del eje y la velocidad de rotación del plantea, como se sospecha que ocurrió enVenus y Urano,90 , y ocasionar la pérdida de la magnetosfera.91 De igual modo, la órbita del sistema alrededor de lagalaxia puede aproximarlo a estrellas masivas que se encuentren al final de la secuencia principal y a punto de estallar en forma de supernova, despojando al planeta de su hipotética ozonosfera —e incluso, en casos extremos, de la mayor parte de su atmósfera—.92 Hay un sinfín de eventualidades que pueden acabar con la aptitud para la vida del planeta, aunque su masa y temperatura de equilibrio sugieran lo contrario. Nuevamente, el análisis de su atmósfera despejaría las dudas al respecto.85

Investigación[editar]

Telescopio Gigante de Magallanes (GMT)

Los primeros exoplanetas detectados con posibilidades de albergar vida eran principalmente supertierras como Gliese 581 d, Gliese 581 g n. 14  y Gliese 667 Cc.94 En todos los casos, pertenecían a enanas rojas y tenían órbitas muy reducidas, lo que permitía detectar con facilidad las oscilaciones de su estrella.95 Con independencia de los problemas para la vida derivados de su masa elevada, estos planetas se encuentran casi con total seguridad anclados por marea a sus estrellas.52 Su habitabilidad potencial aún es objeto de estudio.96

El perfeccionamiento en los métodos de detección de exoplanetas en los últimos años, gracias a herramientas como el telescopio espacial Kepler, ha supuesto una revolución en el ámbito de la astronomía.97 En menos de una década, los hallazgos han pasado de centrarse en jupíteres calientes a supertierras y, en última instancia, a objetos de masa terrestre.98 Tales avances han despertado un interés inusitado en la búsqueda del primer gemelo de la Tierra y las principales agencias aeroespaciales del mundo se han volcado en proyectar misiones cada vez más ambiciosas capaces de hallar un análogo terrestre.99 La crisis económica global de 2008 y los consecuentes recortes gubernamentales han puesto freno a algunos de estos proyectos, obligando a posponerlos indefinidamente o a reemplazarlos por alternativas más económicas.100 101

Entre los proyectos cancelados o pospuestos indefinidamente destacan el Proyecto Espacial Darwin de la ESA y elTerrestrial Planet Finder de la NASA.102 103 104 Estos telescopios espaciales ha