De las Tierras 2.0 y otros mitos sobre la habitabilidad planetaria

Articulo tomado del blog Siderofilia por Jorge I. Zuluaga, de los SciLogs de Investigación y Ciencia.

La NASA acaba de anunciar con bombos y platillos el descubrimiento de otro planeta "pequeño" en la zona de habitabilidad de una estrella de tipo solar, Kepler-452b. El planeta ha recibido todo tipo de motes: "Tierra 2.0", "el primo mayor de la Tierra", "el alter ego de la Tierra" y hasta "un posible destino turístico para la humanidad". Estos engañosos apodos obedecen a los que propongo llamar "mitos sobre la habitabilidad planetaria". He aquí una selección de algunos de esos mitos y las no tan prometedoras realidades que les corresponden.

Representación artística de Kepler-452b la nueva Supertierra descubierta por el equipo del telescopio Kepler y que tiene dividida la opinión de la comunidad astronómica. Crédito: NASA/JPL/Kepler.

El descubrimiento del planeta Kepler-452b tiene divididos "emocionalmente" a los astrónomos. Están quienes consideran que se ha hecho demasiada bulla por un hallazgo relativamente convencional (si es que descubrir planetas alrededor de otras estrellas podría considerarse así) sin la relevancia que parecen darle sus descubridores y más aún la mayor parte de los medios de divulgación científica en el mundo; y del otro lado están los astrónomos que creen que K452b (como abreviaré en lo sucesivo su "romántico" nombre) es realmente especial y merece toda la atención que podamos darle.

Entre las características del planeta que más controversia ha generado (y que en parte ha producido este "cisma" comunicativo entre los astrónomos) está su supuesto parecido con la Tierra en términos de tamaño y potencial hospitalidad para la vida.

La mayor parte del malentendido parece venir de lo poco que sabemos sobre la habitabilidad planetaria, no solo comunicadores y divulgadores de la ciencia, sino también los científicos que trabajamos en el asunto por igual. Este estado de cosas ha conducido al surgimiento de una serie de "mitos", ahora muy extendidos, sobre los lugares del universo donde la vida podría aparecer y más importante diversificarse.

Les propongo que en una especie de terapia de grupo hagamos una lista de algunos de esos mitos y aterricemos algunos conceptos alrededor de este "truculento" asunto de la habitabilidad planetaria.

Pero primero...

El objeto de la discordia

Propiedades comparadas de Kepler 452b y de la Tierra. Crédito: NASA/JPL/Kepler.

Si bien Internet está plagado hoy de artículos que describen a nuestro protagonista, déjenme contar en pocas palabras, y espero, con el menor sesgo posible, quién es K452b.

Técnicamente, la mejor denominación para el planeta en cuestión es la de una supertierra potencialmente habitable que orbita una estrella de tipo solar, relativamente envejecida, localizada a unos 1400 años luz del sistema solar. Llamamos supertierras a aquellos planetas que tienen masas entre 1 y cerca de 10 veces la masa de la Tierra.

El planeta tiene un diámetro 7000 kilómetros mayor que la Tierra (es 1,6 veces más grande que nuestro planeta) y una masa (inferida) equivalente a unas 5 Tierras.

No sabemos su composición química (si está hecho mayoritariamente de hierro, silicatos o contiene muchos volátiles, como Plutón por ejemplo) de modo que el planeta, aun teniendo el mismo tamaño medido (que es lo único que se conoce con alguna certeza) podría ser tan liviano como la Tierra o tan pesado como Urano (véase la figura abajo).

Debido a que se desconoce la composición de K452b y su radio es también incierto, la masa del planeta podría estar entre aquella de la Tierra y la de un mini Neptuno. Crédito: ApJ/Jenkins et al. (2015).

La "Tierrota" en cuestión orbita a una estrella con algunas similaridades al Sol. La más importante es su masa: se "calcula" que Kepler-452 (el nombre oficial de la estrella) es apenas 4 % más pesada que nuestra estrella.

Siendo la masa la característica fundamental que define las propiedades de una estrella (véase una de mis entradas anteriores), esto la hace casi una gemela del Sol. Pero no es del todo así. Kepler-452 podría ser casi 2000 millones de años más vieja que el sistema solar. Con esto, la estrella resulta ser hoy más grande y más luminosa que el Sol.

Adicionalmente Kepler-452 tiene casi el doble de elementos pesados que los que encontramos en nuestra propia estrella(una metalicidad mayor) lo que le confiere algunas diferencias cruciales (un radio y luminosidad mayor para la misma edad).

La órbita de Kepler-452b o K452b (la "b" en el nombre es lo que distingue al planeta de la estrella) es casi idéntica a la de la Tierra: el planeta está tan solo un 5 % más lejos de su estrella que la Tierra del Sol y la excentricidad es casi la misma que aquella de la órbita de la Tierra.

Todas estas características juntas hacen que a la superficie de K452b (si es que tiene realmente una) llegue una cantidad de luz similar que a la que recibimos en nuestro supuesto paraíso.

Así, podríamos especular que si nos paráramos en algún punto de su atmósfera donde la presión fuera similar a la nuestra, al medio día el cielo tal vez luciría igual que el nuestro, de un color azul profundo y con algunas nubes de agua aquí y allá. La temperatura allí podría ser también unos cómodos ~20 C (asumiendo que hay gases en su atmósfera que retengan el calor de la estrella como lo hacen en la Tierra el vapor de agua, el metano y el CO2).

¿Qué más se podría pedir? Definitivamente parece que estamos ante una "fotocopia" de la Tierra. ¿O tal vez no?

Mitos y realidades sobre la habitabilidad planetaria

Aparte de los datos llanos sobre el planeta y su estrella entregados por los investigadores en un reciente artículo donde se confirma la existencia del sistema, la mayoría de los juicios y afirmaciones sobre el supuesto parecido y hospitalidad de K452b se basan, a mi buen saber y entender, en algunos reconocidos mitos sobre estos dos delicados asuntos, la naturaleza particular de la Tierra y el problema de la habitabilidad planetaria.

Para evitar que descubrimientos futuros nos conduzcan a las mismas discusiones, intentemos enumerar aquí algunos de los más importantes. A los lectores mejor informados, los invito para que propongan los suyos propios (recuerden que esta es una terapia de grupo).

La posición de la órbita de K452b en la zona de habitabilidad radiativa de su estrella anfitriona. Como puede verse de la comparación con la zona de habitabilidad del Sistema Solar, Venus, la Tierra (mas su Luna) y Marte están dentro de esta región y aún así solo dos de ellos (la Tierra y Marte) son habitables y uno esta habitado. Crédito: NASA/JPL/Kepler

Mito. Todo lo que se "ve" como la Tierra, es como la Tierra.

Realidad. Los planetas son cuerpos increíblemente complejos y diversos. Todo lo que tenga un tamaño y masa menor que el de una estrella tiene el potencial de convertirse en algo prácticamente único en el universo. Me atrevería a decir que en toda la Vía Láctea no hay ningún planeta igual a la Tierra. Aun sabiendo que podrían existir tal vez un par de millardos de cuerpos con masas o tamaños similares a nuestro planeta, tal y como lo han revelado los "censos" levantados por telescopios como Kepler, las cosas que hacen a la Tierra única podrían ser difíciles de repetirse en su totalidad en otro planeta de la Galaxia. Y es que no se trata solo de comparar sus tamaños (radios), masas, distancias a la estrella central o temperaturas de equilibrio (la temperatura que tendría su superficie si no hubiera atmósfera). Para encontrar un planeta idéntico a la Tierra deberíamos también hallarlo con una atmósfera similar, un interior dinámico, una geología rica, océanos, un campo magnético relativamente intenso y por supuesto vida por todas partes. Es paradójico, pero sin vida, nuestro planeta tampoco luciría como la Tierra que vemos ahora. La cosa es entonces un poco más complicada. Dejemos de soñar con encontrar una Tierra 2.0 y más bien celebremos el descubrimiento de Kepler-452b 1.0 y de la inmensa diversidad planetaria que existe en el universo.

El Síndrome de la Cebra: si las cebras pudieran hablar nos dirían que las llanuras secas y amplias del Serengeti son los lugares ideales para la vida. Difícilmente reconocerían la selva tropical húmeda de las montañas de Colombia o el Congo como lugares habitables. De la misma manera podríamos tener un sesgo por los planetas parecidos a la Tierra y creer que son los más aptos para la vida.

Mito. La Tierra es un lugar muy hospitalario para la vida y encontrar planetas similares a ella es importante en nuestra búsqueda de otros lugares habitados en el universo.

Realidad. La Tierra podría ser apenas habitable. Sabemos que tiene una atmósfera relativamente tenue y frágil y una cantidad mínima de agua (0,1 % de su masa). Aunque es difícil asegurarlo con certeza, algunos investigadores pensamos que de tener un poco menos agua, la Tierra podría ser un desierto seco y estéril. Incluso si lo piensan bien, una fracción importante de nuestro planeta es realmente muy poco hospitalaria (inmensos desiertos helados o ardientes). Con todo esto ¿qué nos hace creer entonces que encontrar un planeta similar al nuestro será como encontrar el santo grial de la vida en el universo? Las más recientes investigaciones teóricas han demostrado que podrían existir planetas y sistemas planetarios aún más aptos para el surgimiento y desarrollo de la vida; ambientes superhabitables se llaman ahora. Yo llamaría a este sesgo, el "síndrome de la cebra" (véase la imagen y leyenda arriba). Si le preguntaran a una cebra qué lugares de la Tierra, distintos a las llanuras del Serengeti, son los más hospitalarios para ella y las especies con las que convive tal vez respondería que algunas llanuras de Norteamérica, Australia o Asia; en cambio posiblemente rechazaría de un tajo las montañas de Colombia o el Congo por ser demasiado húmedas y estrechas para el desarrollo de su vida. ¿Estaremos pensando como cebras? ¿será que en lugar de buscar planetas como la Tierra deberíamos buscar otros que podrían ofrecer incluso mejores condiciones para la vida que nuestro planeta?

La zona de habitabilidad (región coloreada) es esencialmente una herramienta para seleccionar los candidatos y planetas que deberían ser estudiados en más profundidad. Crédito: NASA/Kepler.

Mito. Lo único que necesitamos para que un planeta sea habitable es que esté en la zona de habitabilidad.

Realidad. Este es posiblemente el mito más extendido sobre la habitabilidad planetaria. Aquí, debemos recordar que el concepto moderno de "zona de habitabilidad radiativa" (es decir la zona en la que la luz y el calor es suficiente para que un planeta con atmósfera tenga agua líquida en la superficie) surgió como un modo para escoger de entre una lista muy larga de planetas descubiertos, aquellos a los que se debería dedicar más atención. La "zona de habitabilidad" es pues solo un filtro para concentrar nuestros esfuerzos en objetivos planetarios interesantes. Nunca se dijo, y en los círculos especializados esto es bastante claro, que los planetas de la zona de habitabilidad sean necesariamente habitables y mucho menos habitados. Basta con recordar que en el sistema solar hay 4 cuerpos en la zona de habitabilidad radiativa: Venus, la Tierra, la Luna y Marte. De ellos, solo 2 son realmente habitables (la Tierra y Marte) y solo uno (al menos en el presente) es habitado.

Curva de luz mostrando el tránsito de K452b en frente de su estrella. La dispersión en los puntos demuestra de un lado que el tránsito es muy sutil (comparable con el ruido de la señal), pero también que la cantidad de luz que recibimos de la estrella es muy pequeña. Planetas como K452b descubiertos alrededor de estrellas lejanas posiblemente no podrán ser estudiados con detalle en el futuro cercano. Aparte de saber que está ahí no es mucho más lo que aprenderemos sobre él. Crédito: NASA / Jenkins et al. 2015

Mito. Después de descubrir un planeta en la zona de habitabilidad es casi inmediato que investigaciones adicionales podrían revelarnos si es realmente habitable y mejor si es habitado.

Realidad. Determinar si un planeta es en realidad habitable, es decir si tiene agua líquida en la superficie y procesos geológicos adecuados para el surgimiento y sostenimiento de la vida, es bastante más difícil que observar un par de tránsitos a 1400 años luz de distancia. Piensen solamente en lo que sabemos de Marte: 50 años de investigación in situ y más de 20 misiones exitosas, incluyendo orbitadores y landers, apenas nos están empezando a convencer de que las condiciones para la existencia de agua líquida en el planeta existieron y tal vez existan hoy en sus desiertos helados. Descubrir océanos enteros de agua en planetas extrasolares, tomará seguramente un "poquito" más de tiempo. Más importante aún, si algún día logramos detectar las huellas indistinguibles del agua líquida o (aún más difícil) de la vida misma, es probable que lo hagamos en planetas situados a unas decenas y no a centenares de años luz. Hay que recordar también que entre los objetivos científicos primarios de Kepler no estaba descubrir el primer planeta gemelo de la Tierra, sino el de determinar la frecuencia con la que planetas como ella aparecen aquí y allá en la Galaxia. Así, el descubrimiento de K452b, más que una revolución para la búsqueda de vida en el universo, podría considerarse solo un "punto" adicional de una encuesta planetaria a escala galáctica.

Estadística de planetas y candidatos descubiertos por el telescopio Kepler a Julio de 2015. Este es uno de los objetivos fundamentales de Kepler: hacer un censo de los planetas de distintos tamaños en la Galaxia. Crédito: NASA/Kepler

Mito. Los planetas parecidos a la Tierra son gemas raras y cada que encontremos uno deberíamos hacer una rueda de prensa.

Realidad. Los planetas con tamaños y masas similares a la Tierra están entre los más abundantes del universo (véase la figura arriba). Si bien hace 30 años nuestros instrumentos solo podrían descubrir gigantes gaseosos y calientes, hoy, censos como los del mismo Kepler, han revelado la existencia de un incontable número de pequeñines girando alrededor de casi todas las estrellas de la Galaxia. ¿Por qué entonces hacer una rueda de prensa por cada supertierra descubierta en la zona de habitabilidad? Es cierto que este tipo de estrategias mediáticas han aumentado el impacto que estas investigaciones tienen entre el público no especializado. Todo lo que contribuya a que la ciencia esté en la boca del público debería ser considerado positivo. Sin embargo es cierto también que hay temas que se agotan cuando (como es el caso aquí) la prueba de un hecho científico (como la existencia de planetas pequeños en la zona de habitabilidad de muchas estrellas) podría ser más abundante de lo que esperábamos en un principio. Un caso similar a este podría ser el descubrimiento de agua líquida en la superficie de Marte. Al principio se trató de una novedad increíble. A la "tercera" rueda de prensa muchos científicos ya no encontraban justificación para el despliegue mediático excesivo de un hecho ahora relativamente obvio. Hoy nos hemos acostumbrado al hecho de que el agua fluyó y está fluyendo en Marte sin que esto signifique necesariamente que la vida pueble el planeta rojo. En algún momento (tal vez llegó la hora) nos acostumbraremos a que muchas supertierras residen en la zona de habitabilidad, sin que eso signifique que estamos ad portas del descubrimiento de vida extraterrestre.

En fin. Mi propuesta es entonces que sigamos celebrando todos los descubrimientos de Kepler y de los otros instrumentos que buscan planetas extrasolares, pero que lo hagamos con un poco más de escepticismo y de conciencia de la verdadera importancia que cada descubrimiento tiene. En últimas, cada planeta y sistema planetario descubierto, parecidos o no a la Tierra o al sistema solar, son gemas por sí mismos.