En un edificio de ladrillos genérico en el borde noroeste del campus del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, miles de computadoras empaquetadas en estantes del tamaño de máquinas expendedoras zumban en un coro ensordecedor de procesamiento de datos. Día y noche, escupen 7 billones de cálculos por segundo. Estas máquinas se conocen colectivamente como la supercomputadora Discover de la NASA y tienen la tarea de ejecutar modelos climáticos sofisticados para predecir el clima futuro de la Tierra.

Pero ahora, también están sospechando algo mucho más lejano:si alguno de los más de 4, 000 planetas curiosamente extraños más allá de nuestro sistema solar descubiertos en las últimas dos décadas podrían albergar vida.

Los científicos están descubriendo que la respuesta no solo es sí, pero eso es así en una variedad de condiciones sorprendentes en comparación con la Tierra. Esta revelación ha llevado a muchos de ellos a lidiar con una pregunta vital para la búsqueda de vida de la NASA más allá de la Tierra. ¿Es posible que nuestras nociones de lo que hace que un planeta sea adecuado para la vida sean demasiado limitadas?

La próxima generación de potentes telescopios y observatorios espaciales seguramente nos dará más pistas. Estos instrumentos permitirán a los científicos analizar por primera vez las atmósferas de los planetas más tentadores que existen:los rocosos, como la tierra que podría tener un ingrediente esencial para la vida, agua líquida, fluyendo sobre sus superficies.

Siendo por el momento, es difícil sondear atmósferas lejanas. Enviar una nave espacial al planeta más cercano fuera de nuestro sistema solar, o exoplaneta, tomaría 75, 000 años con la tecnología actual. Incluso con potentes telescopios, los exoplanetas cercanos son prácticamente imposibles de estudiar en detalle. El problema es que son demasiado pequeños y están demasiado ahogados por la luz de sus estrellas para que los científicos puedan distinguir las firmas de luz tenue que reflejan, firmas que podrían revelar la química de la vida en la superficie.

En otras palabras, detectar los ingredientes de las atmósferas alrededor de estos planetas fantasmas, como a muchos científicos les gusta señalar, es como estar en Washington CORRIENTE CONTINUA., y tratando de vislumbrar una luciérnaga junto a un reflector en Los Ángeles. Esta realidad hace que los modelos climáticos sean críticos para la exploración, dijo el científico jefe de exoplanetas Karl Stapelfeldt, que tiene su base en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California.

"Los modelos especifican predicciones comprobables de lo que deberíamos ver, ", dijo." Estos son muy importantes para diseñar nuestros futuros telescopios y estrategias de observación ".

¿Es el sistema solar un buen modelo a seguir?

Al escanear el cosmos con grandes telescopios terrestres y espaciales, Los astrónomos han descubierto una variedad ecléctica de mundos que parecen sacados de la imaginación.

"Por mucho tiempo, los científicos estaban realmente enfocados en encontrar sistemas similares al sol y a la Tierra. Eso es todo lo que sabíamos "dijo Elisa Quintana, un astrofísico Goddard de la NASA que dirigió el descubrimiento en 2014 del planeta Kepler-186f del tamaño de la Tierra. "Pero descubrimos que existe toda esta loca diversidad en los planetas. Encontramos planetas tan pequeños como la luna. Encontramos planetas gigantes. Y encontramos algunos que orbitan estrellas diminutas, estrellas gigantes y estrellas múltiples ".

En efecto, la mayoría de los planetas detectados por el telescopio espacial Kepler de la NASA y el nuevo Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito, así como observaciones en tierra, no existen en nuestro sistema solar. Caen entre el tamaño de una Tierra terrestre y un Urano gaseoso, que es cuatro veces más grande que este planeta.

Planetas más cercanos en tamaño a la Tierra, y lo más probable en teoría para tener condiciones habitables, hasta ahora solo se han encontrado alrededor de estrellas "enanas rojas", que constituyen la gran mayoría de las estrellas de la galaxia. Pero es probable que eso se deba a que las enanas rojas son más pequeñas y más tenues que el sol, por lo que la señal de los planetas que los orbitan es más fácil de detectar para los telescopios.

Porque las enanas rojas son pequeñas, los planetas tienen que estar incómodamente cerca —más cerca que Mercurio del sol— para permanecer gravitacionalmente unidos a ellos. Y como las enanas rojas son geniales, en comparación con todas las demás estrellas, los planetas tienen que estar más cerca de ellos para atraer suficiente calor para permitir que el agua líquida se acumule en sus superficies.

Entre los descubrimientos recientes más atractivos en sistemas de enanas rojas se encuentran planetas como Proxima Centauri b, o simplemente Proxima b. Es el exoplaneta más cercano. También hay siete planetas rocosos en el sistema cercano TRAPPIST-1. Si estos planetas podrían sustentar vida o no, sigue siendo un tema de debate. Los científicos señalan que las enanas rojas pueden arrojar hasta 500 veces más radiación ultravioleta y rayos X dañinos en sus planetas que la que el sol expulsa al sistema solar. En la cara de eso, este entorno despojaría las atmósferas, evaporar los océanos y freír el ADN en cualquier planeta cercano a una enana roja.

Todavía, tal vez no. Los modelos climáticos de la Tierra muestran que los exoplanetas rocosos alrededor de las enanas rojas podrían ser habitables a pesar de la radiación.

La magia esta en las nubes

Anthony Del Genio es un científico del clima planetario recientemente retirado del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA en la ciudad de Nueva York. Durante su carrera simuló los climas de la Tierra y de otros planetas, incluido Proxima b.

El equipo de Del Genio simuló recientemente posibles climas en Proxima b para probar cuántos lo dejarían lo suficientemente cálido y húmedo como para albergar vida. Este tipo de trabajo de modelado ayuda a los científicos de la NASA a identificar un puñado de planetas prometedores que merecen un estudio más riguroso con el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA.

"Si bien nuestro trabajo no puede decirles a los observadores si algún planeta es habitable o no, podemos decirles si un planeta se encuentra entre los buenos candidatos para buscar más, "Dijo Del Genio.

Proxima b orbita Proxima Centauri en un sistema de tres estrellas ubicado a solo 4,2 años luz del sol. Aparte de eso, los científicos no saben mucho al respecto. Creen que es rocoso basado en su masa estimada, que es un poco más grande que la de la Tierra. Los científicos pueden inferir la masa observando cuánto tira Proxima b de su estrella mientras la orbita.

El problema con Proxima b es que está 20 veces más cerca de su estrella que la Tierra del sol. Por lo tanto, al planeta le toma sólo 11,2 días hacer una órbita (la Tierra tarda 365 días en orbitar al sol una vez). La física les dice a los científicos que este acogedor arreglo podría dejar a Próxima b gravitacionalmente bloqueada con su estrella, como si la luna estuviera gravitacionalmente unida a la Tierra. Si es verdad, un lado de Proxima b se enfrenta a la intensa radiación de la estrella mientras que el otro se congela en la oscuridad del espacio en una receta planetaria que no augura nada bueno para la vida en ninguno de los lados.

Pero las simulaciones de Del Genio muestran que Proxima b, o cualquier planeta con características similares, podría ser habitable a pesar de las fuerzas que conspiran contra él. "Y las nubes y los océanos juegan un papel fundamental en eso, "Dijo Del Genio.

El equipo de Del Genio actualizó un modelo climático de la Tierra desarrollado por primera vez en la década de 1970 para crear un simulador planetario llamado ROCKE-3-D. Si Proxima b tiene atmósfera es una cuestión abierta y crítica que, con suerte, será resuelta por futuros telescopios. Pero el equipo de Del Genio asumió que sí.

Con cada simulación, el equipo de Del Genio varió los tipos y cantidades de gases de efecto invernadero en el aire de Proxima b. También cambiaron la profundidad, Talla, y la salinidad de sus océanos y ajustó la proporción de tierra a agua para ver cómo estos ajustes influirían en el clima del planeta.

Los modelos como ROCKE-3-D comienzan con solo granos de información básica sobre un exoplaneta:su tamaño, masa, y distancia de su estrella. Los científicos pueden inferir estas cosas al observar cómo la luz de una estrella se sumerge cuando un planeta cruza frente a ella. o midiendo el tirón gravitacional de una estrella cuando un planeta la rodea.

Estos escasos detalles físicos informan ecuaciones que comprenden hasta un millón de líneas de código de computadora necesarias para construir los modelos climáticos más sofisticados. El código instruye a una computadora como la supercomputadora Discover de la NASA a usar reglas establecidas de la naturaleza para simular sistemas climáticos globales. Entre muchos otros factores, Los modelos climáticos consideran cómo circulan e interactúan las nubes y los océanos y cómo la radiación del sol interactúa con la atmósfera y la superficie de un planeta.

Cuando el equipo de Del Genio ejecutó ROCKE-3-D en Discover, vieron que las nubes hipotéticas de Proxima b actuaban como una enorme sombrilla al desviar la radiación. Esto podría reducir la temperatura en el lado que mira hacia el sol de Proxima b de demasiado caliente a tibia.

Otros científicos han descubierto que Proxima b podría formar nubes tan masivas que borrarían todo el cielo si uno mirara hacia arriba desde la superficie.

"Si un planeta está bloqueado gravitacionalmente y gira lentamente sobre su eje, se forma un círculo de nubes frente a la estrella, siempre apuntando hacia ella. Esto se debe a una fuerza conocida como efecto Coriolis, que causa convección en el lugar donde la estrella está calentando la atmósfera, "dijo Ravi Kopparapu, un científico planetario Goddard de la NASA que también modela los climas potenciales de los exoplanetas. "Nuestro modelo muestra que Proxima b podría verse así".

Además de hacer que el lado del día de Proxima b sea más templado de lo esperado, una combinación de circulación de la atmósfera y el océano movería aire y agua cálidos alrededor del planeta, transportando así calor al lado frío. "De modo que no solo evita que la atmósfera nocturna se congele, crea partes en el lado nocturno que realmente mantienen agua líquida en la superficie, aunque esas partes no ven luz, "Dijo Del Genio.

Tomando una nueva mirada a un viejo modelo a seguir

Las atmósferas son envolturas de moléculas alrededor de los planetas. Además de ayudar a mantener y hacer circular el calor, las atmósferas distribuyen gases que nutren la vida o son producidos por ella.

Estos gases son las llamadas "biofirmas" que los científicos buscarán en las atmósferas de los exoplanetas. Pero qué es exactamente lo que deberían estar buscando aún está indeciso.

La de la Tierra es la única evidencia que tienen los científicos de la química de una atmósfera que sustenta la vida. Todavía, deben tener cuidado al usar la química de la Tierra como modelo para el resto de la galaxia. Simulaciones del científico planetario Goddard Giada Arney, por ejemplo, muestran que incluso algo tan simple como el oxígeno, el signo por excelencia de la vida vegetal y la fotosíntesis en la Tierra moderna, podría presentar una trampa.

El trabajo de Arney destaca algo interesante. Si las civilizaciones alienígenas hubieran apuntado sus telescopios hacia la Tierra hace miles de millones de años con la esperanza de encontrar un planeta azul nadando en oxígeno, se habrían sentido decepcionados; tal vez hubieran dirigido sus telescopios hacia otro mundo. Pero en lugar de oxígeno el metano podría haber sido la mejor firma biológica para buscar hace entre 3.800 y 2.500 millones de años. Esta molécula se produjo en abundancia en ese entonces, probablemente por los microorganismos que florecen silenciosamente en los océanos.

"Lo interesante de esta fase de la historia de la Tierra es que era tan extraterrestre en comparación con la Tierra moderna, "Dijo Arney." Aún no había oxígeno, por lo que ni siquiera era un punto azul pálido. Era un punto naranja pálido " ella dijo, haciendo referencia a la neblina naranja producida por el smog de metano que pudo haber envuelto la Tierra primitiva.

Hallazgos como este, Arney dijo, "han ampliado nuestro pensamiento sobre lo que es posible entre los exoplanetas, "ayudando a expandir la lista de biofirmas que los científicos planetarios buscarán en atmósferas distantes.

Construyendo un plan para los cazadores de atmósferas

Si bien las lecciones de los modelos climáticos planetarios son teóricas, lo que significa que los científicos no han tenido la oportunidad de probarlos en el mundo real, ofrecen un plan para futuras observaciones.

Uno de los objetivos principales de la simulación de climas es identificar los planetas más prometedores a los que recurrir con el telescopio Webb y otras misiones para que los científicos puedan utilizar el tiempo limitado y costoso del telescopio de la manera más eficiente. Adicionalmente, estas simulaciones están ayudando a los científicos a crear un catálogo de posibles firmas químicas que algún día detectarán. Tener una base de datos de este tipo para extraer los ayudará a determinar rápidamente el tipo de planeta que están mirando y decidir si seguir sondeando o dirigiendo sus telescopios a otra parte.

Descubrir la vida en planetas distantes es una apuesta, Del Genio señaló:"Entonces, si queremos observar con más sabiduría, tenemos que tomar recomendaciones de modelos climáticos, porque eso solo aumenta las probabilidades ".