¿Cómo determinar si un planeta es o no apto para la vida?

A menudo surge esta pregunta en el contexto de la astrobiología. Una pregunta que no es fácil de responder aunque sí tiene algunas respuestas más o menos intuitivas. Todavía no sabemos cómo puede nacer la vida, pero sí que sabemos más o menos en qué ambientes puede desarrollarse y desde luego, qué cosas pueden permitir o impedir que la vida se pueda dar.

Por ejemplo, el Planeta debe estar a una distancia suficiente para que la radiación electromagnética producida por su estrella no sea demasiado elevada. En especial, determinados tipos de radiación de muy altas energías que destruirían cualquier tipo de organismo conocido. Y aún en el supuesto de que sea una estrella como nuestro Sol, de la secuencia principal o aunque sea más grande pero relativamente tranquila. Y en este sentido, en la proximidad a la estrella hay otros factores adicionales aparte de la intensidad de radiación recibida. Y es ni más ni menos que la gravedad.

Para tener una idea cualitativa, podemos decir que la fuerza de gravedad es siempre atractiva, y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia y directamente proporcional a las masas puestas en juego. Esto quiere decir que cuanto más cerca y más masa se tenga, mayor será la fuerza con la que atraen los cuerpos. En cuerpos muy grandes tales como lunas o planetas, ocurre que la parte que "mira" hacia la estrella está sintiendo una fuerza de mayor magnitud que la que está en la cara opuesta por el simple hecho de estar más cerca. Inmediatamente vemos que esta fuerza puede producir, llegado el caso, efectos devastadores sobre dicha luna o planeta. Bien, estas son las conocidas como fuerzas de marea que eventualmente pueden llegar a despedazar un planeta.

Se define límite de Roche de un planeta o de una estrella como aquella distancia a partir de la cual no se puede formar un satélite, o no puede entrar otro cuerpo sin fragmentarse, debido a la atracción gravitatoria. Bueno, esta sería la definición de andar por casa. Una definición rigurosa podría ser la siguiente.

El límite de Roche es la distancia mínima que puede soportar un cuerpo manteniendo su estructura debida a su propia gravedad, orbitando un objeto más masivo sin desintegrarse debido a las fuerzas de marea generadas por el cuerpo al que orbita.

Está calculado que el límite es aproximadamente 2.44 veces el radio del cuerpo más masivo. Los detalles de los cálculos pueden verse aquí. Pero en cualquier caso, este límite impide que un satélite pueda orbitar lo cerca que quiera de su planeta. Además tiene otros efectos mucho más directos sobre la geología del satélite. Y el ejemplo más claro lo tenemos en la luna galileana de Ío, del planeta Júpiter. El radio medio de la órbita de Ío son 421.000 kilómetros aproximadamente, y el límite de Roche para Júpiter es de 170.000 kilómetros. Obviamente Ío está lo bastante alejado del límite de Roche para poder conservar su estructura interna y sin embargo es poco mas del doble de distancia. Y esto se tiene que notar.

¡Y vaya si se nota! Las fuerzas de marea que Júpiter ejerce sobre Ío (cuyo tamaño es similar al de nuestra Luna) son las responsables de que esta Luna sea lo más parecido al infierno que hay en el Sistema Solar, aparte del propio Sol. Ríos de lava fluyen por su superficie. Hay más de 400 volcanes activos que emiten constantemente dióxido de azufre y otros compuestos eyectándolos a más de 500 km. Por si fuera poco, Ío actúa como una dinamo a medida que surca el campo magnético de Júpiter generando una corriente eléctrica de unos 3 millones de amperios hacia la ionosfera del gigante gaseoso.

Es evidente que, en una situación así, la vida no tiene muchas posibilidades por lo que sabemos hasta ahora. Así que hay que centrarse en buscar límites más razonables. En un paper que lleva por título Tidal Limits to Planetary Habitability tratan precisamente este tema: los límites que imponen las fuerzas de marea para hacer un planeta no sólo apto para la vida, también habitable por seres complejos. Traduzco un extracto a continuación.

Las zonas habitables en estrellas de la secuencia principal (N. del T: como el Sol) ha sido definida tradicionalmente como el rango de órbitas que interceptan la cantidad apropiada de viento solar para permitir que exista agua en la superficie del planeta. En los planetas extrasolares de tipo terrestres descubiertos en estrellas de tipo M⁽¹⁾ que están muy cerca de la estrella el calentamiento se debe no sólo a la actividad solar, que es menor, sino también debido a las fuerzas de marea. El calor producido por las fuerzas de marea puede ampliar el rango para planetas extrasolares de tipo terrestre y afectar significativamente a las condiciones en la superficie.

Por ejemplo si la variación en el calentamiento es mayor que en las estrellas de tipo Io (N. del T: aquí se refiere de nuevo a la clasificación estelar, nada que ver con el satélite de Júpiter) en el que las mareas producen vulcanismo que renueva la superficie del planeta al menos cada millón de años, entonces el desarrollo de la vida parece improbable. Por otro lado, si el calentamiento es menor que el necesario para iniciar la tectónica de placas, entonces el CO2 no puede ser reciclado por subducción produciendo un efecto invernadero muy acusado que esterilizaría el planeta (N. del T: leed los comentarios para matizar este punto).

Estos dos casos representan dos potenciales extremos para la habitabilidad y se presentan dentro del rango tradicional del criterio de habitabilidad para estrellas de la secuencia principal que son poco masivas. Se propone una revisión de la zona habitable que incorpora tanto la insolación estelar como el calentamiento por fuerzas de marea y se aplican al caso de GJ-581 y se encuentra que tiene una zona habitable aunque el calentamiento por las fuerzas de marea no es lo bastante intenso para producir la tectónica de placas.

⁽¹⁾Véase Clasificación estelar.

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