Análogo a la Tierra

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Recreación de Kepler-62f, uno de los exoplanetas confirmados con mayor IST.

Un análogo a la Tierra (también definido como Tierra gemela, exotierra, segunda Tierra, Tierra alienígena, Tierra 2 o planeta tipo-Tierra) es un mundo o planeta con condiciones similares a las encontradas en la Tierra.[1]​ Para ser considerado un análogo terrestre, un cuerpo planetario debe orbitar a su estrella en la zona de habitabilidad del sistema (coloquialmente denominada zona «Ricitos de Oro»),[2]​[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.[3]​[4]​[5]​

Desde que en 1995 los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz descubriesen el primer exoplaneta orbitando una estrella similar al Sol, 51 Pegasi b,[6]​ el gran objetivo de los expertos en exoplanetología ha sido hallar una segunda Tierra.[7]​ En los años posteriores y hasta el lanzamiento del telescopio Kepler, los descubrimientos eran mayoritariamente gigantes gaseosos que orbitaban sus estrellas a distancias muy pequeñas, dadas las limitaciones de los instrumentos de la época.[8]​ Esta clase de cuerpos, denominados júpiteres calientes, influyen en gran medida en sus estrellas y transitan frecuentemente frente a las mismas, dando lugar a un sesgo que reflejaba un claro dominio de éste tipo de planetas frente al resto.[9]​ Con el tiempo, la mejora en las herramientas de investigación (especialmente tras el lanzamiento en 2009 del telescopio Kepler) invirtió la tendencia, siendo evidente el predominio de cuerpos telúricos de masas similares a la terrestre por encima de aquellos de mayor tamaño.[10]​[11]​

La posibilidad de encontrar análogos a la Tierra tiene especial interés para la humanidad, considerando que 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.[12]​ Como tal, ha sido un tema frecuentemente tratado en el ámbito de la ciencia, el cine, la literatura y la filosofía.[13]​[14]​ En última instancia, el descubrimiento y colonización de este tipo de planetas garantizaría la supervivencia de la humanidad ante catástrofes mundiales como la propia muerte del Sol.[15]​

Criterios

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

Las distancias cósmicas representan el mayor obstáculo para la exoplanetología.[16]​ 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).[17]​ De éste último punto se deduce una temperatura superficial para el objeto, a la que se añade los efectos de una atmósfera y albedo similares a los de la Tierra para calcular su temperatura de equilibrio (es decir, la que correspondería a la Tierra si orbitase a su estrella anfitriona a la misma distancia).[18]​ Con estos datos, se obtiene el Índice de Similitud con la Tierra (IST) del exoplaneta y se deducen las condiciones hipotéticas que podrían presentarse en su superficie.[19]​[20]​ Dado que el IST indica el grado de 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.[19]​

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 ºC y una presión atmosférica superficial de 93 atm.[21]​ 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 (el IST otorga más peso a la temperatura media que al resto de atributos).[19]​ 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.[12]​ Así pues, un exoplaneta con un IST próximo al 100 % podría presentar un efecto invernadero desbocado parecido al venusiano, carecer de atmósfera (o que esta tenga una composición tóxica) o estar anclado por marea a una enana roja fulgurante que inunde cíclicamente su superficie con altísimos niveles de radiación ultravioleta.[22]​ Incluso sin pertenecer a un sistema estelar de este tipo, sería posible que el planeta careciese de una magnetosfera que lo protegiese frente a los vientos estelares, lo que impediría la formación de una capa de ozono.[19]​

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:[23]​

Tamaño

La masa de un planeta es directamente proporcional a su gravedad.[24]​ Un exoplaneta poco masivo no tendría la suficiente atracción gravitatoria como para retener su atmósfera primigenia y, en caso de disponer de agua líquida en su superficie, perdería lentamente todo su hidrógeno, convirtiéndolo en un planeta desierto como Marte.[25]​ En el caso opuesto, un planeta terrestre demasiado masivo (megatierras y supertierras), incluso si tiene una densidad similar o superior a la terrestre (y que por tanto no sea un minineptuno), podría tener una atmósfera excesivamente densa como la de Venus, que impidiese que la luz estelar llegase a la superficie y/o que provocase un efecto invernadero descontrolado.[26]​ 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⊕.[27]​

Estudios recientes indican que existe un límite fijado en 1,6 R⊕, por debajo del cual prácticamente todos los planetas presentan una composición de roca-hierro similar a la de Venus y la Tierra.[28]​ Estas investigaciones, dirigidas por el equipo HARPS-N, indican que la densidad de los cuerpos planetarios por término medio decrece a medida que aumenta su volumen a partir dicho límite, lo que conllevaría elevadas concentraciones de agua u otros compuestos volátiles, como el hidrógeno y el helio.[29]​ No obstante, el estudio desprende que genéricamente aquellos objetos con una masa por debajo de las 6 M⊕ tienen altas probabilidades de registrar una composición parecida a la terrestre.[28]​

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 hicieron públicos los resultados de los modelos informáticos aplicados a estos planetas, que sugerían que posiblemente se tratasen de mundos oceánicos (Kepler-62e cuenta con un radio de 1,61 R⊕ y Kepler-62f, de 1,41 R⊕; con masas muy por debajo del límite marcado por el equipo HARPS-N para los gigantes gaseosos).[30]​ Las investigaciones parecer 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, especialmente en estrellas poco masivas (se estima que los cuerpos planetarios situados en la zona de habitabilidad de las enanas rojas pueden llegar a acumular 25 veces más agua que la Tierra).[31]​

El tamaño de un exoplaneta también influye en su campo magnético y en su tectónica de placas. Las supertierras y las megatierras pueden presentar condiciones internas muy distintas a las de la Tierra y no hay una opinión consensuada sobre la probabilidad de que existan en este tipo de planetas.[32]​[33]​ Algunos afirman que la tectónica de placas es un proceso geológico poco frecuente en las supertierras,[34]​ mientras que otros lo consideran un fenómeno común, incluso si el planeta carece de agua.[35]​

Temperatura

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 influir en la temperatura de un planeta.[36]​ Además de la distancia respecto a su estrella y las características de la misma (es decir, que se encuentre en la zona habitable), también influyen su albedo, densidad y composición atmosférica (efecto invernadero), y acoplamiento de marea.[37]​[38]​ Tal y como se sospecha que ocurrió en la Tierra durante el Período Criogénico, es posible que una temperatura media ligeramente inferior a la terrestre conlleve una mayor extensión de los casquetes polares y en consecuencia de su albedo, reflejando más luz de su estrella y dando lugar en última instancia a un proceso retroalimentativo que culmine en una glaciación global permanente.[39]​

Del mismo modo, una composición atmosférica con mayor presencia de gases de efecto invernadero que la Tierra (dióxido de carbono, metano y hasta vapor de agua), podría desencadenar un efecto invernadero descontrolado.[40]​[41]​ A diferencia del supuesto de la glaciación global, que puede finalizar con la propia actividad volcánica del planeta, es muy difícil que las condiciones del propio exoplaneta o de su sistema cambien lo suficiente como para abandonar una situación de efecto invernadero desbocado.[42]​ Con 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.[43]​

El anclaje por marea es otro de los factores que puede influir sustancialmente en la temperatura de un planeta.[38]​ Además de la mayor exposición a la actividad estelar (es típico de exoplanetas situados muy cerca de sus estrellas, que pueden pertenecer a la zona de habitabilidad de su sistema si la luminosidad estelar es muy inferior a la solar como ocurre en las estrellas de tipo M y K-tardío),[44]​ el acoplamiento puede cambiar la dinámica interna del exoplaneta y acabar con su magnetosfera, exponiéndolo a los vientos estelares.[45]​ Es de esperar que estos cuerpos registren grandes diferencias de temperatura entre el hemisferio diurno y el nocturno que, en caso de no contar con una atmósfera lo suficientemente densa como para repartir el calor del planeta, podría desencadenar la congelación de toda su agua y atmósfera en la cara nocturna.[22]​ No obstante, si no se cumple ninguno de estos supuestos, deberían darse temperaturas moderadas en la zona del crepúsculo del planeta que permitiesen su habitabilidad.[46]​[47]​

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 permiten la presencia de formas de vida complejas.[48]​ 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 seres pluricelulares sean precedidos por organismos unicelulares que adapten las condiciones de habitabilidad del planeta (especialmente la temperatura y la composición atmosférica) a las posteriores formas de vida complejas.[49]​

Es más probable que se registren temperaturas adecuadas 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.[38]​ 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.[50]​ 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, sólo en nuestra galaxia.[51]​

Estrella

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.[52]​[53]​ Las más masivas y luminosas (tipo O y similares) producen un efecto fotoevaporación que impide la formación de planetas,[54]​ por lo que es prácticamente imposible encontrar análogos a la Tierra orbitando a estrellas de éste tipo (a pesar de contar con una zona de habitabilidad muy amplia).[55]​ 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 como para evolucionar.[56]​[57]​

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.[50]​[58]​ Su cercanía puede suponer, especialmente en las de tipo M, 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.[38]​ A su vez, su dinámica 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 (especialmente si son estrellas fulgurantes, un estado que parece ser común en los primeros miles de millones de años de vida de estas estrellas).[59]​[45]​[50]​ La posible existencia de vida en planetas pertenecientes a estrellas de esta tipología es objeto de debate y de gran interés para la astrobiología, ya que son las más comunes,[n. 2]​ las más longevas y su estabilidad aumenta a medida que envejecen.[62]​ Las enanas naranjas (tipo K) pueden presentar las mismas ventajas sin sus inconvenientes, por lo que podrían ser ideales para la vida.[53]​

Otro de los factores a considerar es la metalicidad de la estrella.[63]​ Aquellas con valores muy bajos serán pobres en elementos pesados (es decir, todos salvo el hidrógeno y el helio) al igual que su sistema, afectando notoriamente a la composición de los planetas que puedan formarse a su alrededor (escasez o ausencia de cuerpos terrestres).[64]​ Según autores como G. González, P. Ward y D. E. Brownlee, la metalicidad varía entre unas regiones galácticas y otras, dando lugar a lo que denominan zona galáctica habitable.[n. 3]​ En la Vía Láctea, ésta región formaría un anillo entre 4 y 10 kpc del centro galáctico. Más cerca del núcleo de la galaxia, la exposición a supernovas 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.[65]​

Como resultado, se espera que los análogos a la Tierra pertenezcan a análogos solares (con una masa, tamaño y metalicidad similares a los del Sol) o a estrellas tipo K.[53]​

Composición atmosférica

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.[66]​ 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.).[66]​ La atmósfera terrestre se compone principalmente de nitrógeno (78 %) y oxígeno (21 %), como consecuencia de la actividad fotosintética.[67]​ 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.[68]​ La abundancia de estos gases en el universo podría resultar en la presencia de atmósferas similares en exoplanetas no habitados, si el oxígeno presente no tiene origen orgánico.[69]​

Se suele considerar al oxígeno molecular (O2) y a su subproducto fotoquímico, el ozono (O3), como las biofirmas atmosféricas más sólidas (es decir, como los mejores indicadores del origen orgánico del oxígeno presente en el ambiente).[66]​ La fotólisis del agua por la radiación ultravioleta seguida del escape hidrodinámico del hidrógeno, puede desencadenar una acumulación de oxígeno en planetas cercanos a su estrella sometidos a un efecto invernadero descontrolado.[66]​ Se creía que en aquellos cuerpos situados en la zona de habitabilidad, la fotólisis del agua estaría fuertemente limitada por trampas de frío (capas atmosféricas considerablemente más frías que las inferiores y superiores) de vapor de agua en la atmósfera baja.[69]​ 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.[66]​ En ausencia de estos gases la probabilidad de una acumulación de oxígeno depende también de complejos caminos en la historia de acreción del planeta, química interna, dinámica atmosférica y rasgos de su órbita.[66]​ Por lo tanto, el oxígeno en sí mismo no representa una biofirma robusta.[70]​ El ratio de nitrógeno y argón a oxígeno podría detectarse estudiando las curvas de fase térmicas[71]​ o por transmisión de medidas espectroscópicas de la pendiente de dispersión de Rayleigh durante un tránsito astronómico en un cielo despejado (es decir, en una atmósfera libre de aerosoles).[72]​[73]​

Es posible que, tal y como se sospecha que ocurrió en la Tierra, surgiesen microorganismos en océanos extraterrestres primigenios que evolucionasen en organismos fotosintéticos (en un proceso de convergencia evolutiva).[74]​ Con el paso del tiempo, podrían transformar atmósferas tóxicas en adecuadas para la vida tal y como la conocemos, permitiendo así la presencia de formas de vida complejas.[75]​

Los medios actuales carecen de la precisión necesaria para realizar los estudios espectroscópicos referidos anteriormente en exoplanetas de masa terrestre que orbitan a su estrella en la zona habitable.[76]​ 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 a la Tierra descubiertos y confirmando (o descartando) la presencia de vida.[77]​[72]​

Otros factores

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.[78]​ La magnetosfera de la Tierra nace de la separación del núcleo de la Tierra en diferentes capas.[79]​ El núcleo externo se compone principalmente de hierro fundido de alta conductividad que genera el magnetismo mediante la ley de Ampère.[80]​ Exoplanetas con masa, densidad, composición y rotación similares a los de la Tierra deberían presentar un campo magnético equivalente.[81]​ 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).[80]​ 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.[80]​ En planetas anclados por marea a su estrella (clasificación estelar M y K-tardíos), la ausencia de rotación puede impedir la formación de una magnetosfera, exponiéndolos a los vientos estelares, que podrían expulsar todo su hidrógeno al espacio convirtiéndolos en planetas-desierto.[45]​

Las catástrofes acaecidas a lo largo de la historia del exoplaneta pueden haber modificado sus condiciones de habitabilidad. Incluso cumpliendo con el resto de elementos clave, una colisión con un protoplaneta durante la formación del sistema podría haber alterado significativamente la inclinación de su eje y su rotación (como se sospecha que ocurrió en Venus y Urano),[82]​ acabando con la magnetosfera del planeta.[83]​ De igual modo, la órbita del sistema alrededor de la galaxia puede haberlo aproximado en algún momento de su historia a estrellas masivas que se encontrasen al final de sus vidas, exponiéndolo a supernovas que hayan despojado al planeta de su hipotética ozonosfera (e incluso, en casos extremos, de la mayor parte de su atmósfera).[84]​ Hay un sinfín de eventualidades que podrían 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.[77]​

Investigación

Telescopio Gigante de Magallanes (GMT)

Los primeros exoplanetas detectados con posibilidades de albergar vida (es decir, cuerpos terrestres que orbitan a sus estrellas en la zona habitable), eran principalmente supertierras como Gliese 581 d, Gliese 581 g[n. 4]​ y Gliese 667 Cc.[86]​ En todos los casos, pertenecían a estrellas tipo M (enanas rojas) y tenían órbitas muy reducidas, lo que permitía detectar tránsitos con frecuencia.[87]​ Con independencia de los problemas derivados de su masa elevada, estos planetas se encuentran casi con total seguridad anclados por marea a su estrella.[44]​ Su habitabilidad potencial aún es objeto de estudio.[88]​

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.[89]​ En menos de una década, los hallazgos han pasado de centrarse en júpiteres calientes a supertierras y, en última instancia, a objetos de masa terrestre.[90]​ 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.[91]​ La crisis económica global de 2008 y los consecuentes recortes gubernamentales han puesto freno a éstos proyectos, obligando a posponerlos indefinidamente o a reemplazarlos por alternativas más económicas.[92]​[93]​

Entre los proyectos cancelados o pospuestos indefinidamente destacan el Proyecto Espacial Darwin de la ESA y el Terrestrial Planet Finder de la NASA.[94]​[95]​[96]​ Estos telescopios espaciales habrían tenido la capacidad de detectar exoplanetas de masa similar a la Tierra y de estudiar sus atmósferas, pudiendo encontrar biofirmas que corroborasen la presencia de vida.[97]​

La NASA ha proyectado un observatorio espacial de características similares para un horizonte temporal mayor, el Telescopio Atlas, que podría ser lanzado poco después del 2025.[98]​[99]​ El resto de actividades propuestas se centran en su mayoría en la construcción de telescopios terrestres extremadamente grandes, como el GMT, el E-ELT, el TMT y el LBT.[100]​ Salvo éste último, ya en funcionamiento, el resto realizarán sus primeras observaciones entre el 2022 y el 2025.[101]​[102]​[103]​

Descubrimientos

Los descubrimientos recientes han influido en gran medida el alcance de los campos de la astrobiología, los modelos de habitabilidad planetaria y la búsqueda de vida extraterrestre.[104]​ La NASA y el Instituto SETI han propuesto la clasificación de los análogos a la Tierra en función de un baremo, el Índice de Similitud con la Tierra (IST), que parte de la masa, radio y temperatura de un planeta para estimar su parentesco con la Tierra.[105]​[106]​ Así, un IST elevado indicaría un alto grado de semejanza con nuestro planeta y posiblemente unas condiciones adecuadas para la vida tal y la como la conocemos.[107]​ Por el momento, los exoplanetas ya confirmados con mayor IST son Kepler-438b (88 %) y Kepler-296e (85 %).[108]​[109]​ Existen candidatos a la espera de ser confirmados con una puntuación incluso mayor: KOI-4878.01 (98 %),[110]​ KOI-3456.02 (93 %)[111]​ y KOI-5737.01 (90 %).[112]​ KOI-4878.01 podría ser el primer auténtico gemelo de la Tierra.[113]​[n. 5]​

Candidatos y confirmados

Véase también: Anexo:Planetas extrasolares potencialmente habitables

El telescopio Kepler detecta exoplanetas mediante tránsitos planetarios.[114]​ Como consecuencia, los posibles análogos terrestres que transiten con mayor frecuencia (es decir, los que pertenezcan a estrellas tipo M y K-tardíos, más pequeñas que el Sol y con zonas de habitabilidad más próximas a ellas), son más fáciles de confirmar.[115]​[116]​ Por el contrario, los que pertenecen a estrellas tipo G y similares (como el Sol), son más difíciles de detectar y la probabilidad de que las señales percibidas sean erróneas es relativamente alta. En los últimos años, la misión ha detectado varios planetas de estas características para posteriormente catalogarlos como falsos positivos (caso de KOI-5123.01 y KOI-5927.01).[117]​[118]​ Es posible que ocurra lo mismo con KOI-4878.01.[110]​

A continuación, figuran los diez exoplanetas detectados con mayor IST y sus características estimadas en comparación con la Tierra:[119]​[120]​[n. 6]​[n. 7]​

Los criterios evaluados son los siguientes:[120]​

  • IST (Índice de Similitud con la Tierra): Compara la similitud con la Tierra en una escala de 0 a 1, con 1 siendo lo más similar. El IST depende del radio, la densidad, la velocidad de escape y la temperatura de superficie del planeta.
  • SPH (Standard Primary Habitability-Habitabilidad primaria común): Varía de 0 a 1, donde 1 corresponde a la idoneidad para la vegetación, es decir, la biomasa y la producción primaria. Depende de la temperatura superficial y de la humedad relativa si se conoce.
  • HZD (Habitable Zone Distance-Distancia del centro de la zona habitable): Varia de -1 (confín interno de la zona) a +1 (confín externo), donde 0 corresponde al centro de la zona. Este valor depende de la luminosidad solar, de la temperatura de su estrella y del semieje mayor de la órbita planetaria.
  • HZC (Habitable Zone Composition-Сomposición del planeta): Depende de la masa y del radio. Valores cercanos a 0 representan probablemente la combinación de hierro, roca y agua; valores inferiores a -1 representan objetos astronómicos compuestos principalmente de hierro; valores superiores a +1 representan objetos astronómicos compuestos principalmente de gas.
  • HZA (Habitable Zone Atmosphere-Atmósfera habitable): Mide la probabilidad de una atmósfera habitable. Depende de la masa, del radio, del semieje mayor y de la luminosidad de su estrella. Valores inferiores a -1 representan objetos astronómicos que probablemente carecen de atmósfera; valores superiores a +1 representan objetos astronómicos con gruesas atmósferas de hidrógeno (como los gigantes gaseosos). Valores entre -1 y 1 indican más probabilidad de una densidad atmosférica tolerable para la vida, aunque el 0 no representa necesariamente el óptimo.
  • pClass (Planetary Class-Clase planetaria): Clasifica objetos según la zona térmica (caliente, tibio o frío, donde tibio comprende la zona habitable) y la masa (asteroidal, mercuriana, subterrestre, terrestre, superterrestre, neptuniana, y joviana).
  • hClass (Habitable Class-Clase de habitabilidad): Clasifica planetas habitables según la temperatura: hipopsicroplanetas (hP) — muy fríos (debajo de los −50°C), psicroplanetas (P) — fríos, mesoplanetas (M) — con temperatura intermedia (0–50°C, ideal para la vida), termoplanetas (T) — cálidos e hipertermoplanetas (hT) — muy cálidos (por encima de 100°C).
  • sType (Clase estelar): Clasifica objetos según el tipo de estrella a la que orbitan.
# Nombre IST SPH HZD HZC HZA Temp (°C) Masa (M⊕) Radio (R⊕) pClass hClass sType Periodo orbital Distancia (años luz) Estado Año desc.
N/d Tierra 1.00 0.72 -0.50 -0.31 -0.52 15 °C 1 1 tibio terrestre mesoplaneta G 365.26 días 0 no exoplaneta prehistórico
1 KOI-4878.01 0.98 0.85 -0.52 -0.17 -0.56 17.9 °C 0.99 1.04 tibio terrestre mesoplaneta F 449.01 días 1075.8 candidato Kepler 2012
2 KOI-3456.02 0.93 0.56 -0.39 -0.17 -0.34 11.55 °C 1.51 1.18 tibio terrestre mesoplaneta F 486.13 días 1461.1 candidato Kepler 2012
3 KOI-5737.01 0.90 0.86 -0.48 -0.16 -0.16 18.15 °C 2.22 1.32 tibio terrestre mesoplaneta G 376.24 días 1834.4 candidato Kepler 2012
4 Kepler-438b 0.88 0.50 -0.94 -0.17 -0.49 37.45 °C 1.27 1.12 tibio terrestre mesoplaneta M 35.23 días 472.9 confirmado 2015
5 KOI-5806.01 0.86 0.68 -0.73 -0.16 -0.29 34.75 °C 1.89 1.26 tibio terrestre mesoplaneta G 313.83 días 970.5 candidato Kepler 2012
6 KOI-5499.01 0.85 0.26 -0.91 -0.17 -0.41 41.05 °C 1.56 1.19 tibio terrestre mesoplaneta G 122.58 días 1966.3 candidato Kepler 2012
7 Kepler-296e 0.85 0.75 -0.87 -0.16 0.04 33.45 °C 3.32 1.48 tibio terrestre mesoplaneta M 34.14 días 1692.8 confirmado 2015
8 KOI-2194.03 0.84 0.24 -0.20 -0.16 0.06 4.75 °C 2.94 1.43 tibio terrestre mesoplaneta F 445.23 días 1915 candidato Kepler 2012
9 GJ-667Cc 0.84 0.64 -0.62 -0.15 -0.21 13.25 °C 3.80 1.54 tibio terrestre mesoplaneta M 28.14 días 23.6 confirmado 2011
10 Kepler-442b 0.84 0.04 -0.34 -0.16 -0.06 -2.65 °C 2.34 1.34 tibio terrestre psicroplaneta K 112.31 días 1115.5 confirmado 2015

Teorías

La zona galáctica habitable forma un anillo entre 4 y 10 kpc del centro de la galaxia.

Durante años, los expertos han debatido la frecuencia con la que aparecen los análogos terrestres, surgiendo dos vertientes claramente diferenciadas: La hipótesis de la Tierra especial[52]​ y el principio de mediocridad copernicano (y con él, la abundancia de los análogos a la Tierra).[121]​ Los partidarios de la primera argumentan que la presencia de vida compleja en un cuerpo planetario es fruto de grandes coincidencias estadísticas y que, para que pueda darse, se necesita un «Júpiter» que capture la mayor parte de los cometas y asteroides que se dirijan a los planetas interiores del sistema, un satélite de considerables proporciones, la posición en un área concreta de la galaxia (denominada «zona de habitabilidad galáctica») y una tectónica de placas; con independencia de los otros elementos mencionados anteriormente (tamaño, temperatura,...).[52]​ Esta teoría ha sufrido importantes críticas, que la consideran excesivamente restrictiva y defensora de hipótesis creacionistas.[122]​ En los últimos años, numerosos expertos han demostrado mediante cálculos y simulaciones como parte de los principios clave de la hipótesis de la Tierra especial podrían ser erróneos.[123]​[124]​[125]​[n. 8]​[n. 9]​

Por el contrario, los seguidores del principio de mediocridad en exoplanetología afirman que la vida compleja es común en el universo.[126]​[127]​ Entre sus más famosos defensores destaca el astrónomo Frank Drake, autor de la ecuación de Drake en 1961.[128]​ Según sus propias estimaciones, podrían existir entre mil y cien millones de civilizaciones tan sólo en la Vía Láctea.[129]​ Al contrario que los partidarios de la hipótesis de la Tierra especial, sus cálculos se consideran desorbitados, propios de una época en la que los valores de gran parte de las incógnitas de la ecuación de Drake eran totalmente desconocidos (él mismo, al igual que Carl Sagan, se retractaron posteriormente de sus elevadas estimaciones iniciales).[130]​ No obstante, el principio de mediocridad sí ha demostrado ser la pauta habitual en cosmología, fruto del alto número de estrellas en la galaxia y de galaxias en el universo.[131]​

Partiendo de los datos de la misión Kepler, los astrónomos estimaron en noviembre de 2013 que existen 40 000 millones de análogos terrestres tan sólo en la Vía Láctea (de ellos, 11 000 millones orbitando a estrellas similares al Sol).[51]​ Estas cifras supondrían, estadísticamente, que el exoplaneta habitable más cercano podría estar a tan sólo 12 años luz de distancia.[132]​[133]​[134]​ Estos datos no aclaran cuál de las dos posturas se aproxima más a la realidad, pero demuestran que los planetas que reúnen las condiciones básicas de la Tierra (masa, radio, temperatura de equilibrio y tipo estelar) son comunes en la galaxia.[135]​

Actualmente, la postura de la mayor parte de los astrónomos se sitúa entre ambos extremos.[128]​ Se cree que el número real de civilizaciones presentes en la Vía Láctea es muy inferior a los millones estimados por Frank Drake y que posiblemente estén muy distantes entre sí como para permitir la comunicación entre ellas, pero consideran común la vida microbiana e incluso compleja.[126]​ En el futuro, las nuevas herramientas de investigación exoplanetaria podrán arrojar cifras más ajustadas a la realidad.[136]​

Planetas superhabitables

Artículo principal: Planeta superhabitable

Los hallazgos de los últimos años a través de las observaciones del telescopio Kepler han sorprendido a los expertos.[137]​ Los extremos exoplanetarios parecen situarse muy por encima de los récords del Sistema Solar en todos los ámbitos, y los investigadores desarrollan constantemente nuevos modelos para predecir la clase de planetas que podrían descubrirse en el futuro (planetas-océano, de carbono, etc.).[138]​ En enero de 2014, una investigación de los astrofísicos René Heller y John Armstrong publicada en Astrobiology, sugiere la posible existencia de planetas superhabitables, un tipo de cuerpo celeste parecido a la Tierra que sería incluso más apto para la vida que nuestro propio planeta.[53]​[139]​

Impresión artística de un exoplaneta con unas condiciones similares a las que podría presentar Kepler-442b.

El Laboratorio de Habitabilidad Planetaria (en inglés, PHL) de la Universidad de Puerto Rico en Arecibo ha creado una serie de ratios adicionales al IST que estiman las condiciones que pueden presentarse en un exoplaneta a partir de la información disponible, asignando a su vez el valor correspondiente para la Tierra.[113]​ El máximo IST alcanzable se corresponde con el valor 1 de nuestro planeta, y cualquier cuerpo planetario con una calificación similar sería considerado (a expensas de nuevas observaciones), como un gemelo de la Tierra.[140]​ Sin embargo, la propia Tierra no alcanza el óptimo en el resto de baremos. De este modo, sólo obtendría un valor de 0,72 para la habitabilidad primaria común (es decir, su capacidad para sustentar la vida vegetal), por su atmósfera relativamente escasa.[141]​ A su vez, tampoco alcanzaría la mejor puntuación en distancia respecto al centro de la zona habitable (-0,5), ya que se encuentra desplazada hacia el confín interno de la misma.[113]​[142]​

Entre los exoplanetas cuya existencia ha podido ser confirmada, hay varios que superan a la Tierra en algunos de estos apartados.[113]​ Por ejemplo, Kepler-442b se sitúa más próximo al centro de la zona habitable de su estrella que la Tierra y se estima que la densidad atmosférica correspondiente a un cuerpo de sus características sería más adecuada para la vida.[113]​ No obstante, su temperatura media lo convierte en un psicroplaneta, posiblemente demasiado frío como para superar las condiciones de habitabilidad de la Tierra.[143]​

Otros factores en los que la habitabilidad de la Tierra puede verse superada son el tipo estelar, el campo magnético, la profundidad media de sus océanos y la tectónica de placas.[139]​ Las estrellas tipo K, también conocidas como enanas naranjas, son menos luminosas que el Sol (tipo G o enana amarilla) pero su ciclo vital es notoriamente superior.[144]​ Además, tienen la suficiente masa como para superar los problemas de cara a la habitabilidad que presentan las enanas rojas, por lo que podrían ser más adecuadas para sustentar vida que los análogos solares.[139]​ En cuanto a la tectónica de placas, los modelos de Heller y Armstrong predicen que los cuerpos con masas próximas a 2 M⊕ podrían desempeñar mejor esta actividad geológica.[145]​ Además, al ser más masivos, es probable que tuviesen un campo magnético mayor que les ofreciese una mejor protección frente al viento estelar, y que su atmósfera fuese más densa que la terrestre, sin alcanzar los extremos de Venus.[53]​ Por último, la profundidad media de los océanos de la Tierra no favorece la presencia de vida marina, más abundante y diversa en regiones poco profundas. Planetas con unos océanos de menor profundidad podrían ser más aptos para la vida.[53]​

A raíz de éstas hipótesis, Heller y Armstrong proponen el uso de un término, «mundos superhabitables», para definir a aquellos planetas que presentan unas condiciones para la vida mejores que las de la Tierra.[139]​ Se estima que su apariencia y características se corresponderían con los de un análogo a la Tierra y serían considerados como tales, pero su IST no alcanzaría valores extremadamente próximos a 1 (aunque sí relativamente cercanos) como consecuencia de sus sutiles diferencias. Por el momento, no se ha descubierto ningún exoplaneta (confirmado o candidato) capaz de reunir todas las características propias de un mundo superhabitable.[53]​

Terraformación

Representación artística de Marte terraformado.
Artículo principal: Terraformación

La terraformación de un planeta, satélite u otro cuerpo celeste, es un proceso hipotético de modificación deliberada de la atmósfera, temperatura y topografía superficial; para adaptarlo a las exigencias de la vida en la Tierra.[146]​

La terraformación permitiría a la humanidad colonizar a gran escala un planeta salvando las grandes distancias del espacio interestelar. Expertos de todo el mundo han desarrollado técnicas teóricas para acometer este proceso en los candidatos más cercanos, Marte y Venus.[147]​ Con las modificaciones necesarias, Venus podría llegar a convertirse en un análogo a la Tierra tras un proceso considerablemente más largo y costoso que el marciano.[148]​ Marte, con una masa muy por debajo de la terrestre, no podría alcanzar éste estado y cualquier proceso de esa índole sería temporal (eventualmente perdería su atmósfera como consecuencia de su menor gravedad y magnetosfera).[149]​

Es posible que en sistemas estelares cercanos existan planetas no aptos para la vida que requieran muy pocos cambios para ser habitables, resultando en un proceso más económico y asequible con grandes posibilidades para la humanidad. En cualquier caso, la tecnología actual no permite realizar tales modificaciones en las condiciones de un planeta a la escala necesaria y posiblemente sea un proceso fuera del alcance del ser humano hasta dentro de varias décadas e incluso siglos.[150]​

Un nuevo hogar

Artículo principal: Viaje interestelar
Véanse también: Proyecto Orión y Proyecto Daedalus.

El siguiente paso lógico tras detectar, confirmar y analizar debidamente las condiciones de un análogo a la Tierra, sería viajar al mismo (en un principio enviando sondas espaciales para estudiarlo en profundidad y obtener imágenes superficiales y, posteriormente, misiones tripuladas). Incluso si el gemelo de la Tierra más próximo se encontrase a pocas decenas de años luz, el viaje sería imposible de acometer con los medios disponibles en la actualidad. La nave más rápida enviada por el ser humano al espacio, la Voyager 1, viaja a 1/18 000 de la velocidad de la luz.[151]​ A esa velocidad, tardaría 76 000 años en llegar a Próxima Centauri, la estrella más cercana (4,23 años luz).[152]​ Con la tecnología actual, sería posible desarrollar en pocos años una nave de propulsión nuclear de pulso que redujese el tiempo de recorrido a menos de un siglo, pero para llegar a los exoplanetas habitables más próximos se necesitarían cientos o incluso miles de años.[152]​

Concepción artística del Proyecto Orión de la NASA.

Un viaje de tal duración tendría graves problemas para la tripulación como la exposición prolongada a la ingravidez,[153]​ además de superar con creces el tiempo de vida de la tripulación. Sería necesario recurrir a naves generacionales,[154]​ animación suspendida,[155]​ ampliación de la vida humana o a embriones congelados (que serían incubados en la propia nave).[156]​ Tales medios requerirían el desarrollo de importantes avances científicos.

Otra alternativa sería desarrollar nuevos motores que redujesen sustancialmente el tiempo de viaje. Los cohetes de fusión podrían alcanzar hasta un 10 % de la velocidad de la luz, frente al 3 % ofrecido por la propulsión nuclear de pulso.[157]​ Los ramjets interestelares y, especialmente, los cohetes de antimateria, podrían llegar a alcanzar velocidades cercanas a las de la luz, donde la dilatación temporal reduciría considerablemente el tiempo de viaje para los tripulantes.[158]​ Las naves de empuje por curvatura podrían ser capaces de alcanzar velocidades superlumínicas deformando el espacio-tiempo para «acercar» el punto de destino.[159]​ Los científicos están trabajando actualmente con tecnología de fusión nuclear en el proyecto ITER, pero su uso cotidiano (más aún su utilización en motores espaciales) está lejos de ser alcanzado.[160]​ El resto de alternativas puede que no sean viables hasta dentro de varios siglos o milenios (si alguna vez llegan a serlo).[161]​[162]​[163]​

El documental Evacuar la Tierra, emitido por National Geographic en diciembre de 2012, propone el uso de una nave generacional gigante construida en el espacio e impulsada por propulsión nuclear de pulso.[164]​ La nave rotaría sobre sí misma creando una sensación de gravedad que podría reducir el impacto de largos periodos de ingravidez.[165]​ Es posible que la combinación de varios de los elementos vistos anteriormente sea la solución a este tipo de viajes.[166]​

Las colonias humanas diseminadas por la Vía Láctea se encontrarían prácticamente incomunicadas con la Tierra, ya que cualquier mensaje enviado o recibido tardaría años, décadas y hasta siglos en recorrer las enormes distancias espaciales. Deben ser totalmente autónomas y estar preparadas para asumir cualquier contingencia sin recibir ayuda externa.[167]​

Además de suponer un gran avance para la humanidad, las colonias en análogos a la Tierra garantizarían la supervivencia del ser humano como especie.[168]​

Véase también

Notas

  1. ↑ Comúnmente, se conoce a los cuerpos que orbitan a su estrella en esta zona como planetas «Ricitos de Oro». Para ser un análogo terrestre, un planeta «Ricitos de Oro» debe reunir el resto de características de este tipo de planetas, como tamaño, composición atmosférica, etc.[2]​
  2. ↑ Se estima que suponen un 70 % del total en galaxias espirales y un 90 % en galaxias elípticas, posiblemente un 73 % en la Vía Láctea.[60]​[61]​
  3. ↑ La zona galáctica habitable es uno de los puntos que estos autores estudian en su obra Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe para justificar la escasez de vida inteligente en el universo.[52]​
  4. ↑ La existencia de GL 581 d y g no ha sido confirmada.[85]​
  5. ↑ El próximo tránsito de KOI-4878.01 tendrá lugar el 19 de julio de 2015.[110]​
  6. ↑ Dejando el cursor sobre los encabezados de cada columna, describe el atributo. Para una explicación más detallada, consultar el anexo.
  7. ↑ Algunos datos como la temperatura superficial y la distancia proceden de la conversión de los valores que figuran en el catálogo exoplanetario del PHL de la UPRA a estas unidades.
  8. ↑ En 2008, en Horner & Jones demostraron mediante simulaciones informáticas que el efecto gravitacional de Júpiter posiblemente ha causado más impactos en la Tierra de los que ha prevenido.[123]​
  9. ↑ Hay fuertes evidencias que indican la existencia de placas tectónicas en Marte en el pasado, a pesar de que no posee un satélite natural de considerables dimensiones que ejerza una importante fuerza de marea sobre el planeta.[124]​

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Bibliografía

Enlaces externos

Plantilla:Exoplaneta

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