Los planetas con océanos en la galaxia son más comunes de lo que se cree.

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 tienen atmósferas y están cubiertas de hielo, todavía se encuentran entre los principales objetivos en la búsqueda de vida de la NASA más allá de la Tierra. La luna Encelado de Saturno y la luna Europa de Júpiter, que los científicos clasifican como "mundos oceánicos", son buenos ejemplos.

Esta ilustración muestra la nave espacial Cassini de la NASA volando a través de plumas en Encelado en octubre de 2015. Créditos: NASA / JPL-Caltech

"Las columnas de agua que 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 plumas, 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 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 suficiente geológicamente activos  como para disparar penachos a través de sus superficies que algún día podrían ser detectados por telescopios?

Mediante 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 debajo de capas de hielo superficial, similar 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 la luz emitida por las moléculas en la atmósfera de un planeta. Por ahora, los científicos no pueden ver muchos exoplanetas con ningún detalle. Por desgracia, están demasiado lejos y ahogadas por la luz de sus estrellas. Pero al considerar la única información disponible (tamaños de exoplanetas, masas y distancias de sus estrellas), científicos como Quick y sus colegas pueden aprovechar los modelos matemáticos y nuestra comprensión del sistema solar para tratar de imaginar las condiciones que podrían estar transformando a los exoplanetas en mundos habitables o no.

Si bien las suposiciones que se incluyen en estos modelos matemáticos son conjeturas, 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 ​​con Quick on 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, tienen más probabilidades de soportar 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 fueron incluidos en el análisis, que se publicó el 18 de junio en la revista Publications of the Astronomical Society of the Pacific.

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 durante miles de millones de años 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 de un 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 equipo aplicaron la tasa de desintegración a su lista de 53 planetas, asumiendo 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.

Luego, 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 a medida que los rodean. Esto conduce a cambios en la fuerza gravitacional entre los dos objetos y hace que el planeta se estire, generando calor. Finalmente, 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 forma que se descargue el calor, es importante saber cuánto empuja un planeta porque podría crear o romper la habitabilidad.

Es posible que Venus alguna vez haya tenido océanos de agua líquida y volcanes activos, un entorno hospitalario para la vida. Pero con el tiempo el planeta se calentó tanto que los océanos se evaporaron. Gradualmente, los gases volcánicos crearon una atmósfera súper espesa en Venus, con nubes de ácido sulfúrico. Créditos: Michael Lentz y Mike Mirandi / Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

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. La cantidad justa admite un planeta habitable y 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 podrán comprender mundos similares alrededor de otras estrellas, lo que puede ser abundante, según los hallazgos de hoy.

"Las próximas misiones nos darán la oportunidad de ver si las lunas oceánicas de 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. "Si encontramos químicos firmas de 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 planetas del tamaño de la Tierra. 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, g, h podrían ser mundos oceánicos, lo que los ubicaría entre los 14 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 de calentamiento interno que genera en comparación con la Tierra.

"Si vemos que la densidad de un planeta es menor que la de la Tierra, eso es una indicación de que podría haber más agua allí y no tanta roca y hierro", dice Quick. Y si la temperatura del planeta permite el agua líquida, tienes un mundo oceánico.

Este gráfico animado muestra los niveles de actividad geológica prevista entre los exoplanetas, con y sin océanos, en comparación con la actividad geológica conocida entre los cuerpos del sistema solar, con y sin océanos. Créditos: Lynnae Quick y James Tralie / Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

"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".

Otros científicos que participaron en este análisis con Quick y Roberge son Amy Barr Mlinar del Instituto de Ciencia Planetaria en Tucson, Arizona, y Matthew M. Hedman de la Universidad de Idaho en Moscú.

Por Lonnie Shekhtman

Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.

Última actualización: 18 de junio de 2020, enlace publicación.

Editor: Svetlana Shekhtman