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Sobre la habitabilidad de planetas
con rotación síncrona

Alberto González Fairén

El término “rotación síncrona” (o sincrónica) se aplica a cuerpos que emplean el mismo tiempo en girar sobre sí mismos que en completar una órbita alrededor del cuerpo que orbitan, lo que les hace mostrar siempre el mismo hemisferio al cuerpo central. Por ejemplo, la Luna se encuentra en rotación síncrona con la Tierra. ¿Qué implicaciones tiene la rotación síncrona en la habitabilidad de planetas extrasolares?
uede estar un planeta muy cerca de su estrella y aún así ser habitable? Si por “habitable” entendemos que tenga agua líquida sobre su superficie, entonces la respuesta no es inmediata, ya que hay multitud de factores en juego. Durante los últimos años, se ha publicado una gran cantidad de estudios sobre la habitabilidad de planetas orbitando en torno a estrellas enanas de tipo M, generalmente referidos al cálculo global de su temperatura de equilibrio para así intentar entender la estabilidad del agua líquida sobre sus superficies. El interés en el estudio de las estrellas M deriva del hecho que estas “enanas rojas” constituyen posiblemente cerca del 75% del total de estrellas de la Secuencia Principal (Figura 1). Además, cálculos recientes indican que casi todas las enanas rojas tienen planetas del tamaño de la Tierra orbitando en sus zonas de habitabilidad: de hecho, se ha detectado un importante número de planetas tipo Tierra orbitando enanas M precisamente porque tienen radios orbitales pequeños y su tránsito es muy definido (más información click aquí). Dos trabajos publicados este verano han proporcionado nuevos datos sobre las condiciones de habitabilidad de estos planetas.
Diagrama Hertzsprung-Russell
Figura 1: Diagrama Hertzsprung-Russell, que representa el brillo intrínseco de las estrellas en relación a su temperatura superficial. (M. Zeilik, 1993) Click para ampliar!
El primer artículo, firmado por Jun Yang (de la Universidad de Chicago) y colaboradores, describe un nuevo modelo tridimensional capaz de simular el efecto de las nubes en diferentes planetas extrasolares, incluyendo la cobertura total de nubes y su localización y altitud. Los autores aplican su modelo inicialmente al estudio del efecto de las nubes de agua en planetas situados en el margen interior de la zona de habitabilidad (Figura 2). Sus resultados demuestran que las nubes pueden contribuir al enfriamiento del planeta, lo que permitiría que el agua líquida fuera estable sobre la superficie de planetas mucho más cercanos a sus estrellas de lo que se pensaba hasta ahora.
Zonas de habitabilidad circumestelar
Figura 2: Zonas de habitabilidad circumestelar de acuerdo a la temperatura de la estrella. (NASA/Kepler Mission/D. Berry) Click para ampliar!
Como las enanas rojas son estrellas pequeñas y frías, para que sus planetas en órbita estén dentro de la zona de habitabilidad deben estar muy cerca de la estrella. Esto supone que sea muy frecuente que los planetas queden atrapados en rotación síncrona. Como consecuencia, el modelo de Yang predice que el hemisferio del planeta expuesto a la luz de la estrella fabricaría nubes de alta reflectividad que contribuirían a enfriar la superficie. Estas nubes contendrían gran cantidad de agua y cubrirían el cielo de la cara diurna hasta en un 80% (Figura 3). Además, las nubes más densas y gruesas se formarían allí donde la luz de la estrella llegara con mayor intensidad, aumentando así el albedo del planeta. El resultado final sería un enfriamiento notable del planeta, de hasta 73 grados, extendiendo de forma notable el radio de la zona de habitabilidad de estas estrellas.
Cobertura de nubes...
Figura 3: Cobertura de nubes (áreas blancas) en un planeta terrestre en rotación síncrona alrededor de una enana M.
(J. Yang et al., 2013) Click para ampliar!
Los cálculos del equipo de Yang predicen que planetas tipo Tierra orbitando estrellas enanas M podrían tener condiciones de habitabilidad en su superficie incluso si recibieran el doble de radiación de lo que se pensaba hasta ahora, lo que incrementa de forma considerable el número de planetas potencialmente habitables conocidos. Por ejemplo, estos resultados sugieren que planetas ya detectados, como HD85512 o GJ163c, se encontrarían de hecho dentro de la zona de habitabilidad de sus respectivas estrellas.

Es importante resaltar que, utilizando el mismo modelo, los autores demuestran que los planetas que no se encuentran en rotación síncrona con sus estrellas evolucionan de forma muy diferente. En estos planetas, el albedo sería similar al de la Tierra, ya que únicamente parte de los trópicos y de las latitudes medias estarían cubiertos de nubes, y las nubes contendrían poco agua. Como resultado, estos planetas no se enfriarían suficientemente y no serían habitables.

El segundo artículo, de Kristen Menou (Columbia University), analiza el mismo tipo de planetas (tipo Tierra orbitando enanas M), pero desde el punto de vista de la superficie. Los modelos clásicos de transporte de agua sobre la superficie de estos planetas predicen una movilización activa del agua en la atmósfera desde el hemisferio diurno hacia el nocturno, como consecuencia de las diferentes temperaturas. Posteriormente, el agua precipitaría en la cara nocturna en forma de nieve debido a las bajas temperaturas, quedando atrapada en la superficie oscura en forma de hielo. Como el hielo solamente fluiría de vuelta hacia la cara diurna muy lentamente, y solo en respuesta a la acumulación, el ciclo hidrológico resultante implicaría un secuestro de un enorme porcentaje del agua del planeta en forma de hielo en la cara nocturna.

Sin embargo, el nuevo modelo elaborado por Menou, que incorpora el análisis de la dinámica de las capas de hielo junto con cálculos termodinámicos, predice que este secuestro del hielo sucedería únicamente en planetas que tuvieran menos de ¼ del volumen total de agua que almacena la Tierra. En estos planetas con poco agua, la superficie de la cara diurna, potencialmente habitable desde un punto de vista térmico como indica el modelo de Yang, estaría muy seca. La habitabilidad de estos planetas tipo Tierra no estaría asegurada.

Sin embargo, según el trabajo de Menou, planetas que tuvieran un volumen de agua superior a ¼ del agua de la Tierra sí que podrían tener agua líquida en sus superficies diurnas, potencialmente habitables y no calcinadas, como hemos visto que predice el trabajo de Yang. La cantidad y la distribución final del agua dependería de varios factores, incluyendo la eficacia en la erosión de las rocas y en la regulación de la cantidad de CO2 atmosférico (Figura 4). Por lo tanto, estos nuevos modelos corroboran la idea de que, para declarar un planeta como “habitable”, se precisan estudios conjuntos y en detalle de su atmósfera y su superficie, y no es suficiente con un cálculo global de su temperatura de equilibrio.
Distribución esquemática de agua líquida...
Figura 4: Distribución esquemática de agua líquida y hielo en planetas terrestres en rotación síncrona alrededor de enanas M. La vista es desde un punto por encima del polo, y el hemisferio diurno está abajo. A menor cantidad de agua sobre la superficie, y a mayor distancia de la estrella, mayor facilidad para que el agua quede atrapada en la cara nocturna en forma de hielo.
(K. Menou, 2013) Click para ampliar!
 
 
Ithaca (New York), EEUU, 06 de Agosto de 2013.
 
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