En algún lugar de nuestra galaxia un exoplaneta probablemente orbita una estrella más fría que nuestro sol, pero en lugar de congelarse sólido, el planeta podría ser cálido gracias al efecto invernadero causado por el metano en su atmósfera.

Los astrobiólogos de la NASA del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un nuevo modelo completo que muestra cómo la química planetaria podría hacer que eso suceda. El modelo, publicado en un nuevo estudio en la revista Naturaleza Geociencia , se basó en un escenario probable en la Tierra hace tres mil millones de años, y en realidad se construyó en torno a su posible química geológica y biológica.

El sol produjo entonces una cuarta parte menos de luz y calor, pero la tierra permaneció templada, y el metano puede haber salvado a nuestro planeta de una congelación profunda de un eón, los científicos plantean la hipótesis. No lo tenía, nosotros y la mayoría de las otras vidas complejas probablemente no estaríamos aquí hoy.

El nuevo modelo combinó múltiples procesos metabólicos microbianos con volcánicos, actividades oceánicas y atmosféricas, lo que puede convertirlo en el más completo de su tipo hasta la fecha. Pero mientras estudiaba el pasado distante de la Tierra, los investigadores de Georgia Tech apuntaron su modelo a años luz de distancia, queriendo que algún día ayude a interpretar las condiciones en exoplanetas recientemente descubiertos.

Los investigadores establecieron los parámetros del modelo de manera amplia para que pudieran aplicarse no solo a nuestro propio planeta, sino potencialmente también a sus hermanos con sus diferentes tamaños. geologías, y formas de vida.

La tierra y sus hermanos

"Realmente teníamos un ojo para el uso futuro con exoplanetas por una razón, "dijo Chris Reinhard, investigador principal del estudio y profesor asistente en la Escuela de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas de Georgia Tech. "Es posible que los modelos de metano atmosférico que estamos explorando para la Tierra primitiva representen condiciones comunes a las biosferas en toda nuestra galaxia porque no requieren una etapa de evolución tan avanzada como la que tenemos ahora aquí en la Tierra".

Reinhard y el primer autor Kazumi Ozaki publicaron su Naturaleza Geociencia documento el 11 de diciembre, 2017. La investigación fue apoyada por el Programa Postdoctoral de la NASA, la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia, el Instituto de Astrobiología de la NASA y la Fundación Alfred P. Sloan.

Los modelos anteriores han examinado la mezcla de gases atmosféricos necesaria para mantener la Tierra caliente a pesar de la anterior debilidad del sol. o estudió metabolismos microbianos aislados que podrían haber producido el metano necesario. "En aislamiento, cada metabolismo no ha dado lugar a modelos productivos que representen bien tanto metano, "Dijo Reinhard.

Los investigadores de Georgia Tech sinergizaron esos metabolismos microbianos aislados, incluida la fotosíntesis antigua, con la química geológica para crear un modelo que refleje la complejidad de todo un planeta vivo. Y la producción de metano del modelo se disparó.

"Es importante pensar en los mecanismos que controlan los niveles atmosféricos de gases de efecto invernadero en el marco de todos los ciclos biogeoquímicos en el océano y la atmósfera, "dijo el primer autor Ozaki, asistente postdoctoral.

Carl Sagan y el débil sol

El modelo de Georgia Tech refuerza una hipótesis principal que intenta explicar un misterio llamado la "paradoja del sol joven y débil" señalada por el icónico astrónomo Carl Sagan y su colega de la Universidad de Cornell George Mullen en 1972.

Los astrónomos notaron hace mucho tiempo que las estrellas brillaban más a medida que maduraban y más débiles en su juventud. Calcularon que hace unos dos mil millones de años, nuestro sol debe haber brillado un 25 por ciento más débil que en la actualidad.

Eso habría sido demasiado frío para que existiera agua líquida en la Tierra, pero paradójicamente, Hay pruebas contundentes que afirman que existía agua líquida. "Basado en la observación del registro geológico, sabemos que debe haber habido agua líquida, "Reinhard dijo, "y en algunos casos, sabemos que las temperaturas eran similares a las actuales, si no un poco más cálido ".

Sagan y Mullen postularon que la atmósfera de la Tierra debió haber creado un efecto invernadero que la salvó. En aquel momento, sospecharon que el amoníaco estaba funcionando, pero químicamente, esa idea resultó menos factible.

"El metano ha tenido un papel principal en esta hipótesis, ", Dijo Reinhard." Cuando el oxígeno y el metano ingresan a la atmósfera, se anulan químicamente entre sí con el tiempo en una compleja cadena de reacciones químicas. Debido a que había muy poco oxígeno en el aire en ese entonces, habría permitido que el metano se acumulara en niveles mucho más altos que en la actualidad ".

Planchar, y oxidación de la fotosíntesis

En el núcleo del modelo hay dos tipos diferentes de fotosíntesis. Pero hace tres mil millones de años, el tipo dominante de fotosíntesis que conocemos hoy en día que bombea oxígeno puede que ni siquiera haya existido todavía.

En lugar de, Otros dos procesos fotosintéticos bacterianos muy primitivos probablemente fueron esenciales para la antigua biosfera de la Tierra. Uno transformó el hierro del océano en óxido, y el otro fotosintetizó hidrógeno en formaldehído.

"El modelo se basó en una gran cantidad de actividad volcánica que arrojaba hidrógeno, "Dijo Ozaki. Otras bacterias fermentaron el formaldehído, y otras bacterias, todavía, convirtió el producto fermentado en metano.

Los dos procesos fotosintéticos sirvieron como resorte de reloj del mecanismo de relojería del modelo, que generó 359 reacciones biogeoquímicas previamente establecidas que se extendieron por la tierra, mar y aire.

3, 000, 000 carreras y metano furioso

El modelo no era el tipo de simulación que produce una animación en video de la biogeoquímica antigua de la Tierra. En lugar de, el modelo analizó matemáticamente los procesos, y el resultado fueron números y gráficos.

Ozaki ejecutó el modelo más de 3 millones de veces, parámetros variables, y descubrió que si el modelo contenía ambas formas de fotosíntesis operando en tándem, que el 24 por ciento de las carreras produjeron suficiente metano para crear el equilibrio necesario en la atmósfera para mantener el efecto invernadero y conservar la Tierra antigua, o posiblemente un exoplaneta, templado.

"Eso se traduce en aproximadamente un 24 por ciento de probabilidad de que este modelo produzca un clima cálido en la Tierra antigua con un sol tenue o en un exoplaneta similar a la Tierra alrededor de una estrella más tenue, "Dijo Reinhard." Otros modelos que analizaron estos metabolismos fotosintéticos de forma aislada tienen probabilidades mucho más bajas de producir suficiente metano para mantener el clima cálido ".

"Estamos seguros de que este enfoque estadístico bastante único significa que puede llevar los conocimientos básicos de este nuevo modelo al banco, " él dijo.

Otras explicaciones de la "paradoja del joven sol tenue" han sido más catastróficas y quizás menos regulares en su dinámica. Incluyen ideas sobre los ataques rutinarios de asteroides que provocan la actividad sísmica, lo que resulta en una mayor producción de metano. o sobre el sol que dispara constantemente eyecciones de masa coronal a la Tierra, calentándolo.