Hace varios años, el científico planetario Lynnae Quick comenzó a preguntarse si alguno de los más de 4,000 exoplanetas conocidos, o planetas más allá de nuestro sistema solar, podría parecerse a algunas de las lunas acuosas alrededor de Júpiter y Saturno. Aunque algunas de estas lunas no lo hacentienen atmósferas y están cubiertos de hielo, todavía se encuentran entre los principales objetivos en la búsqueda de la vida de la NASA más allá de la Tierra. La luna de Saturno Encelado y la luna Europa de Júpiter, que los científicos clasifican como "mundos oceánicos", son buenos ejemplos.
"Las columnas de agua brotan de Europa y Encelado, por lo que podemos decir que estos cuerpos tienen océanos subterráneos debajo de sus capas de hielo, y tienen energía que impulsa las columnas, que son dos requisitos para la vida tal como la conocemos", dice Quick, un científico planetario de la NASA que se especializa en vulcanismo y mundos oceánicos. "Entonces, si estamos pensando en estos lugares como posiblemente habitables, quizás las versiones más grandes de ellos en otros sistemas planetarios también sean habitables".
Quick, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, decidió explorar si, hipotéticamente, hay planetas similares a Europa y Encelado en la galaxia de la Vía Láctea. Y, ¿podrían ellos también ser lo suficientemente activos geológicamente paradispara penachos a través de sus superficies que algún día podrían ser detectados por telescopios.
A través de un análisis matemático de varias docenas de exoplanetas, incluidos los planetas en el cercano sistema TRAPPIST-1, Quick y sus colegas aprendieron algo significativo: más de una cuarta parte de los exoplanetas que estudiaron podrían ser mundos oceánicos, y la mayoría posiblemente albergue océanos debajocapas de hielo superficial, similares a Europa y Encelado. Además, muchos de estos planetas podrían estar liberando más energía que Europa y Encelado.
Los científicos algún día podrán probar las predicciones de Quick midiendo el calor emitido por un exoplaneta o detectando erupciones volcánicas o criovolcánicas líquido o vapor en lugar de roca fundida en las longitudes de onda de luz emitidas por las moléculas en la atmósfera de un planeta.ahora, los científicos no pueden ver muchos exoplanetas con ningún detalle. Por desgracia, están demasiado lejos y ahogados por la luz de sus estrellas. Pero al considerar la única información disponible: tamaños de exoplanetas, masas y distancias de sus estrellas, los científicoscomo Quick y sus colegas pueden aprovechar los modelos matemáticos y nuestra comprensión del sistema solar para tratar de imaginar las condiciones que podrían convertir a los exoplanetas en mundos habitables o no.
Si bien las suposiciones que se incluyen en estos modelos matemáticos son suposiciones educadas, pueden ayudar a los científicos a reducir la lista de exoplanetas prometedores para buscar condiciones favorables para la vida para que el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA u otras misiones espaciales puedan seguir.
"Las futuras misiones para buscar signos de vida más allá del sistema solar se centran en planetas como el nuestro que tienen una biosfera global que es tan abundante que está cambiando la química de toda la atmósfera", dice Aki Roberge, un astrofísico Goddard de la NASA que colaboró conRápido en este análisis: "Pero en el sistema solar, las lunas heladas con océanos, que están lejos del calor del Sol, todavía han demostrado que tienen las características que creemos que son necesarias para la vida".
Para buscar posibles mundos oceánicos, el equipo de Quick seleccionó 53 exoplanetas con tamaños más similares a la Tierra, aunque podrían tener hasta ocho veces más masa. Los científicos suponen que los planetas de este tamaño son más sólidos que gaseosos y, por lo tanto, más propensos aapoyan el agua líquida sobre o debajo de sus superficies. Se han descubierto al menos 30 planetas más que se ajustan a estos parámetros desde que Quick y sus colegas comenzaron su estudio en 2017, pero no se incluyeron en el análisis, que se publicó el 18 de junio en la revista Publicaciones de la Sociedad Astronómica del Pacífico .
Con sus planetas del tamaño de la Tierra identificados, Quick y su equipo buscaron determinar la cantidad de energía que cada uno podría generar y liberar como calor. El equipo consideró dos fuentes principales de calor. El primero, el calor radiogénico, se genera en miles de millones deaños por la lenta descomposición de los materiales radiactivos en el manto y la corteza de un planeta. Esa tasa de descomposición depende de la edad del planeta y la masa de su manto. Otros científicos ya habían determinado estas relaciones para los planetas del tamaño de la Tierra. Entonces, Quick y su equipoaplicó la tasa de desintegración a su lista de 53 planetas, suponiendo que cada uno tiene la misma edad que su estrella y que su manto ocupa la misma proporción del volumen del planeta que el manto de la Tierra.
A continuación, los investigadores calcularon el calor producido por otra cosa: la fuerza de marea, que es la energía generada por el tirón gravitacional cuando un objeto orbita a otro. Los planetas en órbitas estiradas o elípticas cambian la distancia entre ellos y sus estrellas mientras giranEsto conduce a cambios en la fuerza gravitacional entre los dos objetos y hace que el planeta se estire, generando calor. Con el tiempo, el calor se pierde en el espacio a través de la superficie.
Una ruta de salida para el calor es a través de volcanes o criovolcanes. Otra ruta es a través de la tectónica, que es un proceso geológico responsable del movimiento de la capa rocosa o helada más externa de un planeta o luna. De cualquier manera que se descargue el calor, sabiendoqué tanto empuja un planeta es importante porque podría hacer o deshacer la habitabilidad.
Por ejemplo, demasiada actividad volcánica puede convertir un mundo habitable en una pesadilla fundida. Pero muy poca actividad puede detener la liberación de gases que forman una atmósfera, dejando una superficie fría y estéril. Solo la cantidad correcta es compatible con un habitable, planeta húmedo como la Tierra, o una luna posiblemente habitable como Europa.
En la próxima década, Europa Clipper de la NASA explorará la superficie y el subsuelo de Europa y proporcionará información sobre el medio ambiente debajo de la superficie. Mientras más científicos puedan aprender sobre Europa y otras lunas potencialmente habitables de nuestro sistema solar, mejor seránser capaz de comprender mundos similares alrededor de otras estrellas, que pueden ser abundantes, según los hallazgos de hoy.
"Las próximas misiones nos darán la oportunidad de ver si las lunas oceánicas en nuestro sistema solar podrían soportar la vida", dice Quick, quien es miembro del equipo científico tanto en la misión Clipper como en la misión Libélula a la luna Titán de Saturno ".encontrar firmas químicas de la vida, podemos intentar buscar signos similares a distancias interestelares "
Cuando se lance Webb, los científicos intentarán detectar firmas químicas en las atmósferas de algunos de los planetas en el sistema TRAPPIST-1, que está a 39 años luz de distancia en la constelación de Acuario. En 2017, los astrónomos anunciaron que este sistema tiene siete Tierrade gran tamaño. Algunos han sugerido que algunos de estos planetas podrían ser acuosos, y las estimaciones de Quick respaldan esta idea. Según los cálculos de su equipo, TRAPPIST-1 e, f, gyh podrían ser mundos oceánicos, lo que los ubicaría entre los14 mundos oceánicos que los científicos identificaron en este estudio.
Los investigadores predijeron que estos exoplanetas tienen océanos al considerar las temperaturas de la superficie de cada uno. Esta información se revela por la cantidad de radiación estelar que cada planeta refleja en el espacio. El equipo de Quick también tuvo en cuenta la densidad de cada planeta y la cantidad estimada internacalentamiento que genera en comparación con la Tierra.
"Si vemos que la densidad de un planeta es menor que la de la Tierra, eso indica que podría haber más agua allí y no tanta roca y hierro", dice Quick. Y si la temperatura del planeta permite el agua líquida, haytengo un mundo oceánico
"Pero si la temperatura de la superficie de un planeta es inferior a 32 grados Fahrenheit 0 grados Celsius, donde el agua está congelada", dice Quick, "entonces tenemos un mundo oceánico helado y las densidades de esos planetas son aún más bajas".
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