La búsqueda de vida más allá de la Tierra está impulsada por una oleada de creatividad e innovación. Tras la fiebre del oro del descubrimiento de exoplanetas en las últimas dos décadas, Es hora de abordar el siguiente paso:determinar cuáles de los exoplanetas conocidos son candidatos adecuados para la vida.

Científicos de la NASA y dos universidades presentaron nuevos resultados dedicados a esta tarea en campos que abarcan la astrofísica, Ciencia de la Tierra, heliofísica y ciencia planetaria, demostrando cómo un enfoque interdisciplinario es esencial para encontrar vida en otros mundos, en la reunión de otoño de la American Geophysical Union el 13 de diciembre. 2017, en Nueva Orleans, Luisiana.

"La propiedad inmobiliaria potencialmente habitable en el universo se ha expandido enormemente, "dijo Giada Arney, un astrobiólogo del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Ahora sabemos de miles de exoplanetas, pero lo que sabemos sobre ellos es limitado porque todavía no podemos verlos directamente ".

En la actualidad, los científicos se basan principalmente en métodos indirectos para identificar y estudiar exoplanetas; tales métodos pueden decirles si un planeta es similar a la Tierra o qué tan cerca está de su estrella madre. Pero esto aún no es suficiente para decir si un planeta es realmente habitable, o apto para la vida, para esto, En última instancia, los científicos deben poder observar exoplanetas directamente.

Se están realizando diseños de misión e instrumentos de imagen directa, Pero mientras tanto, Arney explicó, los científicos están progresando con las herramientas que ya tienen a su disposición. Están construyendo modelos computacionales para simular cómo se verían los planetas habitables y cómo interactuarían con sus estrellas madres. Para validar sus modelos, están buscando planetas dentro de nuestro propio sistema solar, como análogos de los exoplanetas que algún día podamos descubrir. Esta, por supuesto, incluye la Tierra misma, el planeta que mejor conocemos, y el único que conocemos todavía que es habitable.

"En nuestra búsqueda de vida en otros mundos, Es importante que los científicos consideren los exoplanetas desde un sentido holístico, es decir, desde la perspectiva de múltiples disciplinas, ", Dijo Arney." Necesitamos estos estudios multidisciplinarios para examinar los exoplanetas como los mundos complejos formados por múltiples astrofísicos, procesos planetarios y estelares, en lugar de solo puntos distantes en el cielo ".

Estudiando la Tierra como un exoplaneta

Cuando los humanos comienzan a recolectar las primeras imágenes directas de exoplanetas, incluso la imagen más cercana aparecerá como un puñado de píxeles. ¿Qué podemos aprender sobre la vida planetaria con solo unos pocos píxeles?

Stephen Kane, un experto en exoplanetas de la Universidad de California, Orilla, ha ideado una forma de responder a esa pregunta utilizando la cámara de imágenes policromáticas terrestres de la NASA a bordo del Observatorio del clima del espacio profundo de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, o DSCOVR. Kane explicó que él y sus colegas toman imágenes de alta resolución de DSCOVR, que generalmente se utilizan para documentar los patrones climáticos globales de la Tierra y otros eventos relacionados con el clima, y ​​las degradan a imágenes de unos pocos píxeles de tamaño. Kane pasa las imágenes DSCOVR a través de un filtro de ruido que intenta simular la interferencia esperada de una misión de exoplanetas.

"Con solo unos pocos píxeles, tratamos de extraer toda la información que conocemos sobre la Tierra, ", Dijo Kane." Si podemos hacerlo con precisión para la Tierra, podemos hacer esto para planetas alrededor de otras estrellas ".

DSCOVR toma una foto cada media hora y ha estado en órbita durante dos años. Son más de 30, 000 imágenes son, con mucho, el registro continuo más largo de observaciones de disco completo desde el espacio que existe. Al observar cómo cambia el brillo de la Tierra cuando la mayor parte de la tierra está a la vista en comparación con la mayor parte del agua, Kane ha podido aplicar ingeniería inversa al albedo de la Tierra, oblicuidad, la tasa de rotación e incluso la variación estacional, algo que aún no se ha medido directamente para los exoplanetas, todo lo cual podría influir potencialmente en la capacidad de un planeta para sustentar la vida.

Buscando otras Venus

De la misma forma en que los científicos usan la Tierra como estudio de caso de planetas habitables, también utilizan planetas dentro del sistema solar, y por lo tanto planetas con los que están más familiarizados, como estudios de lo que hace que los planetas sean inhabitables.

Kane también estudia el planeta hermano de la Tierra, Venus, donde la superficie está a 850 grados Fahrenheit y la atmósfera, llena de ácido sulfúrico, se empantana en la superficie con 90 veces la presión de la Tierra. Dado que la Tierra y Venus son tan cercanos en tamaño y, sin embargo, tan diferentes en términos de sus perspectivas de habitabilidad, está interesado en desarrollar métodos para distinguir los análogos de la Tierra y Venus en otros sistemas planetarios, como una forma de identificar planetas terrestres potencialmente habitables.

Kane explicó que trabaja para identificar los análogos de Venus en los datos de Kepler de la NASA definiendo la "Zona de Venus, "donde la insolación planetaria — cuánta luz recibe un planeta dado de su estrella anfitriona — juega un papel clave en la erosión atmosférica y los ciclos de gases de efecto invernadero.

"El destino de la Tierra y Venus y sus atmósferas están vinculados entre sí, "Dijo Kane." Al buscar planetas similares, estamos tratando de comprender su evolución, y, en última instancia, con qué frecuencia los planetas en desarrollo terminan en un infierno similar a Venus ".

Modelado de interacciones estrella-planeta

Mientras Kane hablaba de planetas, La científica espacial de Goddard, Katherine García-Sage, se centró en la forma en que los planetas interactúan con su estrella anfitriona. Los científicos también deben considerar cómo las cualidades de una estrella anfitriona y el entorno electromagnético de un planeta, que puede protegerlo de la fuerte radiación estelar, dificultan o ayudan a la habitabilidad. Campo magnético de la Tierra, por ejemplo, protege la atmósfera del fuerte viento solar, la constante efusión de material solar cargado del Sol, que puede eliminar los gases atmosféricos en un proceso llamado escape ionosférico.

García-Sage describió la investigación sobre Proxima b, un exoplaneta que se encuentra a cuatro años luz de distancia y se sabe que existe dentro de la zona habitable de su estrella enana roja, Proxima Centauri. Pero el hecho de que esté en la zona habitable, a la distancia correcta de una estrella donde el agua podría acumularse en la superficie de un planeta, no significa necesariamente que sea habitable.

Si bien los científicos aún no pueden decir si Proxima b está magnetizado, pueden usar modelos computacionales para simular qué tan bien un campo magnético similar a la Tierra protegería su atmósfera en la órbita cercana del exoplaneta a Proxima Centauri, que con frecuencia produce violentas tormentas estelares. Los efectos de tales tormentas en el entorno espacial de un planeta determinado se conocen colectivamente como clima espacial.

"Necesitamos comprender el entorno del clima espacial de un planeta para comprender si un planeta es habitable, "Dijo García-Sage." Si la estrella está demasiado activa, puede poner en peligro la atmósfera, que es necesario para proporcionar agua líquida. Pero hay una línea muy fina:hay indicios de que la radiación de una estrella puede producir componentes básicos para la vida ".

Una estrella enana roja, uno de los tipos de estrellas más comunes en nuestra galaxia, como Proxima Centauri, elimina la atmósfera cuando la radiación ultravioleta extrema ioniza los gases atmosféricos. produciendo una franja de partículas cargadas eléctricamente que pueden fluir hacia el espacio a lo largo de las líneas del campo magnético.

Los científicos calcularon cuánta radiación produce en promedio Proxima Centauri, basado en observaciones del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. En la órbita de Proxima b, Los científicos descubrieron que su planeta similar a la Tierra encontró episodios de radiación ultravioleta extrema cientos de veces mayor que la Tierra proveniente del Sol.

García-Sage y sus colegas diseñaron un modelo de computadora para estudiar si un planeta similar a la Tierra, con la atmósfera de la Tierra, campo magnético y gravedad:en la órbita de Proxima b podría aferrarse a su atmósfera. Examinaron tres factores que impulsan el escape ionosférico:radiación estelar, temperatura de la atmósfera neutra, y tamaño del casquete polar, la región sobre la que ocurre el escape.

Los científicos muestran que con las condiciones extremas que probablemente existan en Proxima b, el planeta podría perder una cantidad equivalente a la totalidad de la atmósfera de la Tierra en 100 millones de años, sólo una fracción de los 4.000 millones de años de Proxima b hasta ahora. Incluso en el mejor de los casos, esa gran cantidad de masa se escapa a lo largo de 2 mil millones de años, bien dentro de la vida del planeta.

Marte, un laboratorio para estudiar exoplanetas

Mientras García-Sage hablaba de planetas magnetizados, David Brain, científico planetario de la Universidad de Colorado, Roca, habló de Marte, un planeta sin campo magnético.

"Marte es un gran laboratorio para pensar en exoplanetas, ", Dijo Brain." Podemos usar Marte para ayudar a limitar nuestro pensamiento sobre una variedad de exoplanetas rocosos donde aún no tenemos observaciones ".

La investigación del cerebro utiliza observaciones de la atmósfera de Marte y la evolución volátil de la NASA, o MAVEN, misión para hacer la pregunta:¿Cómo habría evolucionado Marte si estuviera orbitando un tipo diferente de estrella? La respuesta proporciona información sobre cómo los planetas rocosos, no muy diferentes al nuestro, podrían desarrollarse de manera diferente en diferentes situaciones.

Se cree que alguna vez Marte transportó agua y una atmósfera que podrían haberlo hecho hospitalario para la vida similar a la de la Tierra. Pero Marte perdió gran parte de su atmósfera con el tiempo a través de una variedad de procesos químicos y físicos; MAVEN ha observado una pérdida atmosférica similar en el planeta desde su lanzamiento a fines de 2013.

Cerebro, un co-investigador de MAVEN, y sus colegas aplicaron los conocimientos de MAVEN a una simulación hipotética de un planeta similar a Marte que orbita una estrella de clase M, comúnmente conocida como estrella enana roja. En esta situación imaginaria, el planeta recibiría entre cinco y diez veces más radiación ultravioleta que el Marte real, lo que a su vez acelera el escape atmosférico a tasas mucho más altas. Sus cálculos indican que la atmósfera del planeta podría perder de tres a cinco veces más partículas cargadas y de cinco a diez veces más partículas neutrales.

Tal tasa de pérdida atmosférica sugiere que orbitando en el borde de la zona habitable de una estrella silenciosa de clase M, en lugar de nuestro sol, podría acortar el período habitable del planeta en un factor de aproximadamente cinco a 20.

"Pero no perdería la esperanza de que los planetas rocosos orbitan alrededor de las enanas M, "Dijo Brain." Elegimos el peor de los casos. Marte es un planeta pequeño, y carece de un campo magnético para que el viento solar pueda despojar más eficazmente de su atmósfera. También elegimos un Marte que no es geológicamente activo, por lo que no hay una fuente interna de atmósfera. Si cambió cualquier factor, un planeta así podría ser un lugar más feliz ".

Cada uno de estos estudios aporta una sola pieza a un rompecabezas mucho más grande:determinar qué características debemos buscar, y necesito reconocer, en la búsqueda de un planeta que pueda albergar vida. Juntos, Esta investigación interdisciplinaria sienta las bases para garantizar que, a medida que se desarrollan nuevas misiones para observar exoplanetas con mayor claridad, estaremos listos para determinar si podrían albergar vida.