Las oscilaciones resonantes de la atmósfera de un planeta causadas por las mareas gravitacionales y el calentamiento de su estrella podrían evitar que la rotación de un planeta se ralentice constantemente con el tiempo. según una nueva investigación de Caleb Scharf, quien es el Director de Astrobiología de la Universidad de Columbia. Sus hallazgos sugieren que el efecto se mejora para un planeta con una atmósfera que ha sido oxigenada por la vida. y las 'mareas atmosféricas' resultantes podrían incluso actuar como firma biológica.

Las mareas pueden distorsionar la masa de un planeta, lo que a su vez afecta su rotación. Estamos más familiarizados con las mareas gravitacionales, que en la Tierra sentimos por la gravedad de la Luna y el Sol. Estas mareas gravitacionales crean protuberancias a medida que la Tierra gira, y la luna y el sol tiran de esos bultos, ralentizar el giro.

Por el contrario, mareas atmosféricas, a veces llamadas mareas térmicas o solares, ocurren cuando la luz solar calienta la superficie y el aire en el lado diurno de la Tierra. Ese calentamiento desplaza la masa de la atmósfera desde el punto más caliente a los puntos más fríos del planeta. Como ocurre con las mareas gravitacionales, Las mareas atmosféricas provocan protuberancias que son vulnerables a los tirones gravitacionales. Esas protuberancias cambian sutilmente la forma de la atmósfera de la Tierra, estirándolo de una esfera a algo un poco menos simétrico y más elíptico. Scharf sugiere imaginar un 'mango' en la Tierra, y esas fuerzas que tiran del mango atmosférico pueden ayudar a acelerar o ralentizar la rotación del planeta.

Frecuencias resonantes

Generalmente, los efectos producidos por estas fuerzas térmicas de marea son relativamente pequeños, pero los efectos pueden aumentar en determinadas circunstancias, como en resonancias. Estas son frecuencias vibratorias naturales que describen el movimiento ondulante de los puentes en el viento, o ser empujado más y más alto en un columpio. La redistribución atmosférica se amplifica cuando la tasa de rotación del planeta coincide con la frecuencia natural de oscilación de la atmósfera.

Scharf utiliza otra metáfora para explicar la resonancia:"Es como tocar un violín, " él dice Revista de astrobiología . "La atmósfera es una cuerda de violín envuelta alrededor del planeta. Si dibujas el arco a la velocidad adecuada a través de la cuerda, obtienes la nota correcta y el sonido más fuerte ".

Los científicos creen que la resonancia se produjo con la Tierra cuando sus días duraban aproximadamente 21 horas. Esa duración del día habría creado un pico en el movimiento atmosférico, lo que significa que habría sentido los tirones de marea más fuertes del Sol y la Luna, creando un 'mango' particularmente grande y un par máximo. En esa resonancia, la influencia de una estrella sobre la atmósfera de un planeta es mayor, como son los efectos sobre la rotación del planeta. Un fenómeno llamado 'atrapamiento resonante' puede ocurrir cuando las fuerzas opuestas ejercidas sobre el mango atmosférico, y por las habituales mareas gravitacionales del planeta, alcanzar el equilibrio, bloqueando la tasa de rotación del planeta.

Saliendo de la trampa

Según Scharf, La investigación sugiere que la Tierra puede haber estado atrapada resonantemente en la duración del día de 21 horas durante "cientos de millones de años, "quizás en la Era Precámbrica hace más de 500 millones de años. Los efectos de la captura resonante son difíciles de medir por sí mismos, pero, en general, Scharf señala que los planetas con rotaciones más rápidas tienen ecuadores más calientes y polos más fríos. Estar atrapado resonantemente puede haber afectado el clima de la Tierra, pero más importante es el papel del atrapamiento resonante en la evolución del clima.

La resonancia puede romperse (y en el caso de la Tierra por necesidad habría sido) interrumpida por las fluctuaciones de temperatura, como un calentamiento rápido después de una congelación profunda, lo que reiniciaría el aumento de la duración del día durante millones de años a medida que la rotación de un planeta se reanuda disminuyendo.

Por ejemplo, es posible que hace entre 3 y 4 mil millones de años, La Tierra tuvo un día de 12 horas, y que con el tiempo se alargó hasta las 24 horas. En algún momento del futuro lejano, un día de la Tierra puede durar más de 24 horas.

Un fenómeno común

Dado que la mayoría de los planetas experimentan mareas gravitacionales que podrían afectar su rotación, Scharf cree que otros planetas rocosos eventualmente experimentarán atrapamiento resonante, dando como resultado que la duración del día se mantenga constante durante largos períodos de tiempo.

Rory Barnes, profesor del Laboratorio Planetario Virtual de la NASA de la Universidad de Washington, está de acuerdo en que este proceso puede estar muy extendido.

"Si bien Scharf reprodujo resultados anteriores para la Tierra, su modelo de este complicado fenómeno es simple y elegante, ", dice." Sin embargo, es difícil decir de manera concluyente cuáles podrían ser los efectos en un planeta específico, dada la complicada influencia de los climas, condiciones atmosféricas, Talla, etc. Pero el intento de primer orden de Scharf de desenredar estos factores proporciona ideas para un mayor refinamiento ".

Una implicación particularmente interesante del trabajo de Scharf es la posibilidad de que la actividad biológica también pueda afectar la rotación de un planeta. Moléculas como el ozono calientan la atmósfera, lo que hace que las mareas térmicas sean más fuertes y cambia la resonancia a días más cortos. Si la vida en un planeta produce oxígeno, el planeta acumularía ozono que promueve el atrapamiento resonante antes en la historia de un planeta. Tales posibilidades "todas dependen de la secuencia de eventos, "dice Scharf. Si la Tierra estuviera en medio de una resonancia, los aumentos de ozono podrían romperlo; si la Tierra ya hubiera experimentado resonancia, podría volver a entrar en ese estado.

¿Un comentario positivo de por vida?

La pregunta del millón de dólares es si las alteraciones rotacionales producidas por la oxigenación o el ozono serían propicias para la vida. ¿Es este un proceso de retroalimentación positiva que ayuda a que la vida influya en su entorno planetario de tal manera que ayude a propagar esa vida? Scharf dice que es demasiado pronto para decirlo con certeza, pero si la actividad biológica puede ayudar a bloquear el estado resonante, la presencia de vida podría generar un circuito de retroalimentación.

Si los científicos pudieran obtener más datos sobre la evolución de la rotación de la Tierra durante los últimos cuatro mil millones de años, podrían "compararlo con nuestros datos sobre la oxigenación atmosférica y buscar correlaciones que puedan sugerir los efectos de la oxigenación en el atrapamiento resonante, lo que sería bastante asombroso, pero bastante posible, "dice Scharf. Barnes está de acuerdo, llamando a esto una "idea provocadora que merece un estudio más a fondo".

Otra idea para un examen futuro es si las tasas de rotación planetaria podrían proporcionar un apoyo circunstancial para la habitabilidad potencial de un planeta.

"Detectar las velocidades de rotación de los planetas es increíblemente difícil, "dice Scharf, "pero dados los avances en las ciencias exoplanetarias, tal vez haya una manera de hacerlo ".

Incluso si los científicos pudieran descubrir cómo medir la velocidad de rotación de los planetas rocosos, Scharf duda que encuentren una "pistola humeante" que se conecte causalmente con la presencia de vida biológica. Sin embargo, Los cálculos de la tasa de rotación podrían ser una de las muchas herramientas que utilizan los astrobiólogos para buscar planetas que alberguen vida. A Barnes le encantaría ver "un experimento que aísle el papel de la biología en la tasa de rotación y la habitabilidad potencial de un planeta, " Pero mientras tanto, agregará observaciones de velocidad de rotación a su lista de verificación extraterrestre.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de la revista Astrobiology Magazine de la NASA. Explore la Tierra y más allá en www.astrobio.net.