Todos recordamos el cuento infantil «Ricitos de oro y los tres osos». Nos encanta contar a nuestros hijos y nietos cómo las gachas de papá oso estaban demasiado calientes, las de mamá oso demasiado frías, pero las del bebé oso estaban en su punto. No es de extrañar, pues, que cuando los científicos empezaron a pensar en el hecho de que los océanos de la Tierra debían permanecer líquidos durante miles de millones de años para que la vida sobreviviera -la temperatura del planeta no debía ser ni demasiado caliente ni demasiado fría, sino la justa- lo bautizaron como el primer «planeta Ricitos de Oro»
Míralo de esta manera: Como todas las estrellas de su tipo, nuestro Sol se ha hecho gradualmente más brillante durante los 4.500 millones de años transcurridos desde su formación. Cuando los océanos se formaron por primera vez en la Tierra, hace unos 4.000 millones de años, el Sol era un 30% más débil que ahora, por lo que el planeta tenía que retener mucha más energía solar para evitar que sus océanos se congelaran. A medida que pasaba el tiempo y el Sol vertía más energía sobre la Tierra, la composición de la atmósfera del planeta también cambió, influyendo en la temperatura a través del efecto invernadero. Sin embargo, a pesar de todo esto, parece que los océanos se mantuvieron unos pocos grados por encima de la congelación a lo largo de la historia de la Tierra. Ni demasiado frío, ni demasiado caliente.
Por poner sólo un ejemplo de cambio atmosférico, sabemos que hace 3.500 millones de años los océanos de la Tierra albergaban prósperas colonias de cianobacterias, algo parecido a lo que llamamos espuma verde de estanque. En aquella época, prácticamente no había oxígeno libre en la atmósfera, pero las bacterias emitían oxígeno como producto de desecho de la fotosíntesis (como siguen haciendo las plantas hoy en día). Al principio, este oxígeno se eliminaba mediante reacciones químicas, como la oxidación del hierro en las rocas de la superficie, pero hace unos 2.500 millones de años, su abundancia comenzó a aumentar en lo que algunos científicos llaman el Gran Evento de Oxidación. Presumiblemente, muchos de los habitantes originales del planeta que no podían tolerar el oxígeno se extinguieron entonces, ahogados en sus propios productos de desecho. Otros, sin embargo, se adaptaron y fueron capaces de utilizar el oxígeno para impulsar el ciclo de respiración que te mantiene a ti y a todos los demás animales del planeta con vida en la actualidad.
En 1978, el astrofísico Michael Hart, entonces en la Universidad Trinity de Texas, publicó un modelo informático que describía la historia de la atmósfera de la Tierra. En este modelo, el débil calor del Sol primitivo se veía favorecido por un efecto invernadero producido por el amoníaco y el metano de la atmósfera (ambos, al igual que el más conocido dióxido de carbono, CO2, son gases de efecto invernadero). A medida que el Sol se hacía más brillante, el oxígeno producido por los organismos vivos destruía estos compuestos, disminuyendo el efecto invernadero y compensando así el aumento de la radiación solar. Finalmente, surgió nuestra atmósfera actual, con un efecto invernadero impulsado por el dióxido de carbono y el vapor de agua. En esencia, la Tierra caminó por el filo de la navaja entre convertirse en un invernadero desbocado por un lado y congelarse por el otro.
La parte más importante del cálculo de Hart desde nuestro punto de vista, sin embargo, provino de la observación de lo que habría sucedido si la Tierra hubiera estado a una distancia del Sol diferente de la que tiene en la actualidad. Según su modelo, si la Tierra hubiera estado un uno por ciento más lejos o un cinco por ciento más cerca del Sol, se habría perdido el delicado equilibrio que permitía a los océanos permanecer en estado líquido. Así, las consideraciones sobre la evolución de la atmósfera de nuestro planeta condujeron a la idea de que existe una banda alrededor de una estrella en la que los océanos superficiales pueden permanecer líquidos durante miles de millones de años. Esta franja se denomina zona habitable circunestelar (ZCH) y se ha convertido en una de las ideas centrales que impulsan las reflexiones de los científicos sobre la vida en los exoplanetas.
- Vida imaginada: Un viaje científico especulativo entre los exoplanetas en busca de alienígenas inteligentes, criaturas de hielo y animales de supergravedad
- Zonas habitables circumestelares y habitabilidad
- El tipo de estrella implicada
- La evolución de la atmósfera
- Inteligencia y Tecnología
- Formas de vida en los mundos Ricitos de Oro
Vida imaginada: Un viaje científico especulativo entre los exoplanetas en busca de alienígenas inteligentes, criaturas de hielo y animales de supergravedad
Este libro no es un vuelo ficticio: los científicos James Trefil y Michael Summers toman lo que sabemos sobre los exoplanetas y la vida en nuestro propio mundo y utilizan esos datos para formular hipótesis sobre cómo, dónde y qué tipos de vida podrían desarrollarse. La vida imaginada es un libro imprescindible para todo aquel que quiera aprender cómo las realidades de nuestro universo pueden resultar mucho más extrañas que la ficción.
Comprar
Zonas habitables circumestelares y habitabilidad
Lo primero que podemos decir sobre las ZCH es que cada estrella tendrá una. Siempre habrá una banda alrededor de la estrella, es decir, donde el balance energético podría mantener la temperatura de una superficie planetaria entre los puntos de congelación y ebullición del agua. En el caso de las estrellas pequeñas y tenues, la banda es estrecha y cercana. Muchos de los exoplanetas conocidos en la CHZ de su estrella, por ejemplo, están más cerca de esa estrella que Mercurio del Sol. Del mismo modo, la CHZ de las estrellas grandes y brillantes es más amplia y se encuentra más lejos. Además, como se ha señalado anteriormente, la producción de energía de una estrella aumenta con el tiempo, por lo que la zona habitable se desplaza hacia el exterior a medida que la estrella envejece. Sin embargo, lo importante es que, dado que todas las estrellas tienen una zona de habitabilidad en algún lugar, es de esperar que, sólo por casualidad, se hayan formado algunos planetas en esas zonas.
Sin embargo, una vez hecho esto, tenemos que añadir que, en la última década o dos, los científicos se han dado cuenta de que la zona de habitabilidad debe ser considerada con mucho más cuidado de lo que permite un simple cálculo de equilibrio de temperatura. Como señala la astrofísica del MIT Sara Seager, un planeta en la zona habitable no tiene ninguna garantía de ser realmente habitable. De hecho, hay muchos factores que pueden influir en la posibilidad de que haya vida en los mundos de una CHZ.
A medida que ha ido avanzando la exploración de exoplanetas, encontrar un planeta de tipo terrestre en una CHZ se ha convertido en una especie de santo grial en la comunidad astronómica. Pero hoy nos hemos dado cuenta de que la habitabilidad de un planeta es algo más que la ubicación de su órbita. Por ejemplo, los investigadores han observado mundos que no estaban en la CHZ de sus estrellas, que no tenían océanos superficiales de agua líquida y que, sin embargo, eran posibles hogares para la vida e incluso para civilizaciones avanzadas. Consideraciones como éstas han llevado a los científicos a adoptar una visión mucho más amplia de las condiciones necesarias para la aparición de la vida.
El tipo de estrella implicada
El tipo de estrella alrededor de la cual gira un planeta puede tener importantes consecuencias para el desarrollo de la vida, incluso para los planetas en una CHZ. Las estrellas pequeñas y tenues, por ejemplo, que se denominan enanas rojas y constituyen la mayor fracción de estrellas de la Vía Láctea, suelen pasar por períodos de extrema actividad. Las erupciones estelares y las eyecciones de cantidades masivas de partículas cargadas harían muy difícil la vida en cualquier superficie planetaria, tanto si el planeta estuviera en la CHZ como si no. En tales sistemas, es probable que la vida tuviera que permanecer en el fondo del océano o bajo tierra para sobrevivir. En tales situaciones, la CHZ simplemente se vuelve irrelevante.
Los científicos están empezando a abandonar la idea de que la vida tiene que evolucionar y persistir en la superficie de los planetas. Muchos argumentos actuales, por ejemplo, concluyen que cualquier organismo vivo en Marte se encontrará bajo la superficie. Además, si existe vida en los océanos subterráneos del sistema solar exterior, como en los océanos de Europa y Encélado, estará, por definición, bajo la superficie. Incluso en la Tierra, parece que puede haber una mayor biomasa bajo la superficie planetaria que en ella. Por lo tanto, el intenso entorno de radiación asociado a las estrellas pequeñas no tiene por qué impedir el desarrollo de la vida, aunque esa vida probablemente sería imposible de detectar directamente con nuestra tecnología actual.
Las estrellas más masivas, por otro lado, proporcionan un entorno de radiación más benigno, pero pueden tener una vida relativamente corta. En algunos casos, pueden vivir hasta 30 millones de años. Es poco probable que algo que no sea simple vida microbiana pueda evolucionar en un planeta en tan poco tiempo. Además, estas estrellas terminan su vida en una explosión masiva llamada supernova, que seguramente destruiría cualquier planeta cercano. Por lo tanto, incluso si la vida lograra desarrollarse en la CHZ de una estrella de este tipo, todo rastro de ella sería eliminado cuando la estrella muriera.
Es por estas limitaciones que los cazadores de exoplanetas han concentrado su atención en los planetas de la CHZ de estrellas de tamaño medio como el Sol.
La evolución de la atmósfera
La segunda fuente de complejidad en la discusión de la habitabilidad surge porque las atmósferas planetarias no son sistemas estables e inmutables, sino que evolucionan con el tiempo. El Gran Evento de Oxidación de la Tierra es sólo un ejemplo de este tipo de proceso.
Para los planetas pequeños como Marte, el escape gravitatorio de la atmósfera juega un papel importante. Así es como funciona: Las moléculas que componen la atmósfera de un planeta están siempre en movimiento, y cuanto mayor es la temperatura, más rápido se mueven. Sin embargo, independientemente de la temperatura, siempre habrá algunas moléculas que se muevan más rápido que la media y otras más lentas. Si las moléculas más rápidas adquieren suficiente velocidad y se mueven en una dirección perpendicular a la superficie del planeta, pueden superar la atracción gravitatoria del planeta y escapar al espacio.
Cuanto más grande sea el planeta, más fuerte será su fuerza gravitatoria y más fácil será retener la atmósfera. En la Tierra, por ejemplo, una molécula tendría que estar moviéndose a unas siete millas por segundo (11 km/seg) para escapar. Es importante señalar que es más difícil impulsar las moléculas pesadas a gran velocidad que las ligeras. Esto significa que las moléculas más ligeras tienen más probabilidades de perderse por el escape gravitatorio que las pesadas. La Tierra, por ejemplo, ha perdido una gran cantidad de su hidrógeno y helio originales -los miembros más ligeros de su atmósfera- mientras que Marte ha perdido gases aún más pesados como el oxígeno y el nitrógeno.
Un mecanismo de pérdida relacionado llamado fotodisociación es particularmente importante para las moléculas de agua. Si hay agua en la superficie de un planeta, habrá algo de vapor de agua en la atmósfera. La radiación ultravioleta de la estrella del planeta romperá las moléculas de agua que se encuentran en la parte superior de la atmósfera. El hidrógeno resultante, al ser ligero, se perderá por escape gravitatorio, y el oxígeno se combinará con los átomos de la superficie para crear diversos minerales oxidados. Creemos, por ejemplo, que así es como Marte perdió el océano que tenía al principio de su historia, y que el color rojo del planeta es el resultado de la oxidación (herrumbre) del hierro en sus rocas superficiales.
Otro tipo de cambio importante se refiere al dióxido de carbono, un importante gas de efecto invernadero (junto con el vapor de agua) en la atmósfera de la Tierra. Cada vez que estalla un volcán en la Tierra, se libera dióxido de carbono desde las profundidades del manto y se bombea a la atmósfera. En un complejo proceso conocido como el ciclo profundo del carbono, el dióxido de carbono es llevado al océano y se incorpora a materiales como la piedra caliza, tras lo cual puede ser, entre otras cosas, devuelto al interior de la Tierra. Así, los procesos geológicos generales de un planeta pueden afectar a la cantidad de dióxido de carbono en su atmósfera, y ésta, a su vez, influirá en su temperatura. Creemos que cualquier océano que existiera en la superficie de Venus al principio de su historia se habría evaporado debido a la alta temperatura del planeta, resultado de su proximidad al Sol. Así, Venus no tenía forma de eliminar el dióxido de carbono de su atmósfera y, al carecer de un ciclo profundo del carbono, el planeta sufrió una acumulación de ese gas en lo que se conoce como un efecto invernadero desbocado.
Estos ejemplos muestran que los cambios en la atmósfera de un exoplaneta -cambios, tenemos que señalar, que no podemos observar con la instrumentación telescópica actual- pueden tener efectos profundos en su habitabilidad. Por ejemplo, un planeta que estuviera en la CHZ de su estrella, pero que tuviera muy poca agua, podría sufrir un efecto invernadero desbocado y acabar como Venus. Desde la distancia, sería muy difícil saber si esto ha sucedido o no.
Inteligencia y Tecnología
El hecho de que conozcamos bastante bien cómo y cuándo se desarrolló la vida en un mundo Ricitos de Oro (la Tierra) elimina algunas de las conjeturas sobre el desarrollo de la vida en este tipo de planetas. Aunque la química de la vida extraterrestre no tiene por qué basarse en el mismo sistema que opera en la vida en la Tierra, no es demasiado arriesgado suponer que las formas de vida en otros mundos Ricitos de Oro dependerán igualmente de la compleja información contenida en las grandes moléculas basadas en el carbono. El carbono puede formar cadenas y anillos de átomos fuertes y estables que son ideales para su uso como biomoléculas portadoras de información.
Además, no tenemos que suponer la galaxia estándar de ciencia ficción poblada por homínidos bípedos que hablan inglés para entender cómo podría operar la selección natural en otros mundos Ricitos de Oro. Podemos observar el desarrollo de la inteligencia y la tecnología en la Tierra y establecer posibles analogías con planetas Ricitos de Oro similares en la galaxia.
El punto clave sobre la selección natural al que tenemos que prestar atención es éste: no es un proceso que seleccione la amabilidad o el valor moral. Un viejo chiste lo aclara:
Dos excursionistas en las montañas se encuentran con un oso pardo obviamente hambriento
. Uno de los excursionistas empieza a deshacerse de su mochila.
El otro dice: «¿Qué haces? No puedes correr más rápido
que ese oso.»
«No tengo que correr más rápido que el oso; sólo tengo que correr
más rápido que tú.»
No importa si el corredor más lento es un hombre amable que ayuda a las ancianas a cruzar la calle. A la selección natural no le importa. Lo único que importa es que su compañero sea más rápido. Esos son los genes que pasarán a la siguiente generación.
Formas de vida en los mundos Ricitos de Oro
Entonces, ¿qué nos dice esto sobre los tipos de formas de vida que se desarrollarán en los mundos Ricitos de Oro? Nos tememos que la respuesta no es muy alentadora, ya que el resultado más probable es que no sean más gentiles y amables que el Homo sapiens. Si observamos la historia de nuestra especie y la desaparición de más de 20 especies de homínidos que se han descubierto en el registro fósil, no podemos albergar una actitud esperanzadora ante la posibilidad de que nos encontremos con una especie tecnológica avanzada que sea más pacífica que nosotros. Lo más probable es que cualquiera que encontremos ahí fuera no sea más moral ni menos belicoso que nosotros. ¡Asusta!
Míralo de esta manera: Si comprimimos la historia del universo en un solo año, la Tierra y nuestro sistema solar se formaron alrededor del Día del Trabajo, y el desarrollo de la ciencia no ocupa más que los últimos segundos. Es extremadamente improbable que ningún otro ser haya desarrollado la ciencia en todo el «año» anterior a la aparición del Homo sapiens. Las leyes de la física y la química no son oscuras ni están ocultas: cualquier civilización medianamente inteligente puede descubrirlas. Al menos alguna de esas civilizaciones Ricitos de Oro tendría que hacerlo. Algún Isaac Newton extraterrestre, en algún lugar, debió iniciar el camino hacia una civilización tecnológica avanzada. El hecho más inquietante es que no podemos encontrar ninguna evidencia de tal civilización. Incluso si no hay un motor de curvatura más rápido que la luz y no hacemos grandes avances en la tecnología, los cálculos sugieren que en 30 millones de años -menos de un día en nuestro año universal- la raza humana podría extenderse por toda la galaxia. Si podemos hacerlo, entonces también podría hacerlo cualquier otra civilización tan avanzada como nosotros.
¿Entonces dónde están esas otras civilizaciones? Esta pregunta es una expresión de lo que se llama la paradoja de Fermi (llamada así por Enrico Fermi (1901 a 1954), uno de los principales físicos del siglo XX). Una vez alguien le mencionó unos cálculos que sugerían la existencia de millones de civilizaciones avanzadas en la galaxia. Fermi pensó un momento y luego preguntó: «¿Dónde están todos?». En otras palabras, ¿por qué no están ya aquí? ¿Por qué experimentamos lo que los científicos llaman «el Gran Silencio» en lo que respecta a los extraterrestres?
Los científicos y escritores de ciencia ficción, siendo las almas imaginativas que son, han producido muchas explicaciones posibles. He aquí algunas de las más populares:
- La hipótesis del zoo: Los extraterrestres han declarado que la Tierra es algo así como una zona salvaje protegida.
- La hipótesis de Star Trek: Los extraterrestres han adoptado una Directiva Primaria que les impide interferir con civilizaciones en desarrollo como la nuestra.
- La hipótesis del paraíso: Los extraterrestres están gordos y felices en un entorno ideal y no tienen interés en la exploración.
- La hipótesis del reemplazo: La vida orgánica ha sido sustituida por máquinas inteligentes (un futuro a menudo previsto para la raza humana), y las máquinas no tienen interés en contactar con la vida orgánica.
El problema, sin embargo, es que aunque podemos imaginar cualquiera de estos escenarios desarrollándose en unas pocas civilizaciones extraterrestres, es realmente difícil considerar cualquiera de ellos como el resultado inevitable del desarrollo de la vida.
Debe haber muchos millones de planetas del tamaño de la Tierra en las CHZ de sus estrellas, una conjetura apoyada por el hecho de que ya hemos encontrado un par de docenas de ellos en nuestra pequeña muestra de unos pocos miles de exoplanetas. Que todos ellos adopten algo parecido a la Primera Directiva de Star Trek, por ejemplo, es extremadamente improbable. Nos tememos que la respuesta más lógica a la pregunta de por qué no somos conscientes de la existencia de civilizaciones extraterrestres avanzadas es que esas civilizaciones no existen. Por lo que podemos ver, la única explicación para esto que depende de las leyes de la naturaleza es una que depende de la operación de la selección natural.
Esto nos lleva a una posibilidad muy oscura sobre el destino de la vida en los mundos Ricitos de Oro. Dada la tendencia de la selección natural a producir especies agresivas -especies como el Homo sapiens- es posible que toda la historia del universo haya sido ocupada por el proceso de evolución que produce formas de vida inteligentes en un planeta Ricitos de Oro tras otro, sólo para que esas formas de vida se eliminen a sí mismas una vez que descubren la ciencia. En otras palabras, puede haber habido un gran número de civilizaciones que alcanzaron nuestro nivel ahí fuera, pero todas se destruyeron a sí mismas antes de poder colonizar sus estrellas cercanas. Este escenario del día del juicio final es una explicación común para la paradoja de Fermi.
Es un pensamiento escalofriante.