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La presión atmosférica y las zonas habitables de los sistemas solares

04/05/2013 15:30 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

imageEn esta primera etapa en la búsqueda de vida extraterrestre en nuestro sistema solar y más allá, hacemos énfasis en encontrar agua en estado liquido. En caso de que este preciado liquido exista en la superficie de un planeta o luna, la vida tal y como la conocemos tendría una gran oportunidad de existir y gran parte del trabajo de los astrónomos y los astrobiologos se centra precisamente en la denominada 'zona habitable' de los lejanos sistemas solares, la región en torno a una estrella donde el calor permite la presencia de agua en estado liquido.

Y en una nueva contribución a este esfuerzo, un estudio reciente ha echado un vistazo a una de las cuestiones que influyen precisamente en la capacidad de un planeta de mantener esta agua en su superficie, la presión atmosférica.

‘La presión atmosférica afecta al rango de temperaturas del agua líquida que se utiliza comúnmente para definir la habitabilidad planetaria’, comenta Giovanni Vladilo del Observatorio Astronómico de Trieste en Italia y autor principal del artículo publicado en la revista Astrophysical Journal. ’Por lo tanto, si usted desea estimar habitabilidad, debes tener explícitamente en cuenta la presión (atmosférica) en tu problema.’

En nuestro mundo, y aunque no lo sintamos, las moléculas presentes en la atmosfera ejercen presión sobre nuestros cuerpos, aunque seamos incapaces de sentirla esta fuerza aprieta la superficie de nuestro planeta con la nada desdeñable cifra de un kilogramo por centímetro cuadrado.

Nuestra biología terrestre evolucionó para poder funcionar bajo esta presión, que, aunque pueda parecer sorprendentemente fuerte, palidece si la comparamos con la fuerza que han de soportar algunos organismos que se encuentran en las profundidades de nuestros océanos, en la fosa de las marianas hay que enfrentarse a una presión de más de 1000 atmosferas.

La presión atmosférica tiene un impacto en el punto de ebullición del agua, cuando el líquido se convierte en gas. Si alguna vez has practicado escalada de alta montaña, mientras cocinabas te abras dado cuenta que el agua hierve a una temperatura inferior a los típicos 100ºC, la razón: la presión atmosférica es inferior a mayor altitud que a nivel del mar, simplemente hay menos atmósfera sobre tu cabeza, así que a mayor altitud, más tardaras en prepararte esa taza de caldo reconstituyente, el agua hierve pero la temperatura a la que lo hace es menor.

Vladilo explico el por qué la presión tiene este efecto. ’La temperatura es un indicador de la velocidad de los movimientos moleculares. El punto de ebullición se produce cuando los movimientos moleculares son lo suficientemente rápidos como para permitir que la mayoría de las moléculas escapen as unas de las otras’, convirtiéndose así en gas.’La presión mantiene las moléculas juntas, así que cuanto mayor sea la presión, más rápidamente tendrás que mover las moléculas, o lo que es lo mismo, necesitas más temperatura para que se produzca la evaporación.’

En el nuevo trabajo de Vladilo, él y sus colegas modelaron un planeta como la Tierra tanto en tamaño como en composición de la atmósfera. En este mundo hipotético realizaron más de 4.000 simulaciones informáticas en las variaban algunos de los datos, fijaron presiones atmosféricas que iban desde una centésima parte hasta seis veces la presión de nuestra atmosfera. También variaron distancia orbital de este planeta virtual que se encontraría en una estrella similar al Sol, situándolo a tan solo dos tercios de la distancia que nos separa del Sol o alejándolo hasta un tercio más, de 0, 6 AU a 1, 3 AU. Para tener una idea de estos parámetros orbitales, el primero estaría un poco más cerca del Sol que lo que esta Venus mientras que el segundo se situaría a más de la mitad de la distancia que nos separa de Marte.

Con estos modelos, los investigadores estimaron la habitabilidad global de estos exoplanetas similares a la Tierra al establecer las latitudes en las que el agua podría permanecer aun en estado líquido.

imageDe esta forma, pudieron ver como la zona habitable de una estrella se ampliaba a medida que aumentaba la presión atmosférica de un planeta. Pero si este mundo tuviese tan solo una décima parte de nuestra presión atmosférica, el borde exterior de la zona habitable se situaría tan solo un dos por ciento más lejos que la órbita que describe la Tierra alrededor del Sol, así que, si hay una baja presión atmosférica, a la vida no le queda mucho margen de maniobra, cuando se trata de habitabilidad. Pero a medida que la presión atmosférica aumenta a tres veces la de la Tierra, la zona habitable se extendía hasta más de un 18% de nuestra región de ricitos de oro.

Durante el mismo intervalo de presión, bajo-a-alto, el borde interior de la zona habitable varió de 87 por ciento de la Tierra y el Sol distancia a 77 por ciento. En este modelo, para un planeta con una presión atmosférica de la Tierra, la nubosidad y la humedad, el borde interior de la zona habitable está justo en el medio de este rango, el 82 por ciento de la distancia Tierra-Sol.

Estos resultados indican que un exoplaneta similar a la Tierra con una composición similar, pero con una presión atmosférica mayor, podría ser considerado como habitable si se encuentra un 5% más cerca de su estrella, pero en el caso de que ese mundo tuviese una presión atmosférica menor, un 5% más lejos implicaría que este planeta no podría ser considerado como habitable.

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Uno de los factores principales que están detrás de la zona ampliada de habitabilidad orbital a presiones más altas es que las atmósferas de mayor presión tienden a ser más gruesas. A su vez, las atmósferas densas transportan mejor el calor que las atmosferas más delgadas, promoviendo a su vez un mayor efecto invernadero, donde los gases atmosféricos absorben el calor procedente del Sol.

En aquellos exoplanetas que se encuentran a mayor distancia, más que la 1 AU que nos separa del Sol, y que por lo tanto reciben menos energía de sus estrellas, una mayor presión atmosférica implica que el planeta disfruta de una mayor temperatura debido a que la atmosfera atrapa el calor, distribuyéndolo desde el ecuador, mientras que el agua en las zonas polares puede llegar a congelarse. En consecuencia, un planeta con una alta presión atmosférica permanecer caliente a mayores distancias de su estrella.

Con respecto a los mundos de baja presión, donde el agua hierve a menor temperatura, si uno de estos exoplanetas se encontrase más cerca de su estrella que nosotros, su agua herviría, pero esta no alcanzaría unas temperaturas que impedirían la presencia de vida, por lo que, de algún modo, aun podrían ser habitables.

Además de estas conclusiones generales, el modelo de los investigadores ofrece perspectivas interesantes. Por ejemplo, la mayoría de las formas de vida que podríamos encontrar en estos mundos más cercanos a sus soles y en los que la presión atmosférica es alta, podrían ser extremófilas, al menos para los estándares de la Tierra.

Las temperaturas globales en estos mundos interiores con elevadas densidades atmosféricas provocan que, como en Venus, las temperaturas sean demasiado elevadas para que existan formas de vida complejas. Sin embargo, los termófilos, bacterias que son capaces de prosperar en ambientes con temperaturas superiores a los 45ºC, podrían encontrar en estos mundos su hogar ideal.

En general, la zona habitable de las criaturas como nos que requieren temperaturas relativamente moderadas en realidad se mueve hacia afuera un poco de una estrella similar al Sol en escenarios de alta presión.

La presión atmosférica también podría tener un profundo efecto en la biodiversidad. En comparación con los mundos donde la presión atmosférica es baja, aquellos cuyas atmosferas sean más densas disfrutarían de temperaturas más uniformes a nivel global, debido de nuevo a la transferencia eficiente de calor entre sus latitudes. Estos planetas de pesadas atmósferas podrían albergar una gama relativamente estrecha de formas de vida, ya que todos tendrían que adaptarse al mismo régimen de temperaturas.

Sin embargo, los planetas con presiones atmosféricas más bajas que la Tierra, mostrarían un mayor rango de temperaturas que las que disfrutamos en nuestro mundo, por lo que estas moradas nos mostrarían un mayor abanico de formas de vida al estar presentes una gama más amplia de hábitats.

Por ahora, la investigación sobre estas variabilidades de las zonas habitables dependiendo de la presión atmosférica es algo puramente académico, sobre todo teniendo en cuenta que la presión atmosférica no es una propiedad que podamos medir de los exoplanetas descubiertos hasta el momento, pero Vladilo considera que el trabajo con los planetas conocidos como súper-Tierras podría proporcionarnos algunas ideas de cuales serian sus presiones atmosféricas y cambiar así la posible región habitable.

image‘En la actualidad, las observaciones pueden determinar sólo unas pocas propiedades de las atmósferas planetarias, como su composición química, y la mayoría son planetas gigantes en vez de los terrestres’, comento Vladilo. ’Sin embargo, estoy seguro de que los avances tecnológicos nos permiten caracterizar, en cierta medida, las atmósferas de las súper-Tierras, que son candidatos razonables para estudios de habitabilidad planetaria. Si vamos a ser capaces de estimar algunos parámetros básicos de los planetas con las observaciones, como el albedo planetario [la cantidad de luz reflejada por la superficie] y el flujo de infrarrojos [la cantidad de luz infrarroja emitida], entonces nuestros modelos serán lo suficientemente limitados como para obtener una estimación razonable de la presión en la superficie del planeta.’

Un tema importante para la evaluación de presiones atmosféricas exoplanetarios es el hecho de que la formación de atmósferas y las densidades que se desarrollan no se entiende bien. Luna de Saturno, Titán, por ejemplo, tiene una gruesa atmósfera con una presión de aproximadamente 50 por ciento mayor que la de la Tierra. Cuerpos embargo similares en el sistema solar exterior, como las lunas de Júpiter Ganímedes y Calisto, se aferran a los sobres sólo muy tenues de gas.

‘Es vergonzoso que casi no tengamos ni idea de las atmósferas y de dónde vienen’, comento Sara Seager, profesora de la ciencia y la física planetaria en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, que no participó en el nuevo estudio. ’Es una de esas cosas que podemos esperar y esperar para aprender’ ’El repunte en los documentos sobre la habitabilidad planetaria es un signo elocuente de lo que es por venir’.

En cuanto a la investigación de Vladilo, Seager dijo que ‘es refrescante ver que una amplia gama de presiones de superficie podría permitir una superficie habitable.’

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Sobre esta noticia

Autor:
Eonhadico (607 noticias)
Fuente:
espacioprofundo.es
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Reportaje
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