esta ilustración muestra la nave espacial Cassini de la NASA volando a través de columnas en Encélado en octubre de 2015. Crédito: NASA / JPL-Caltech
hace varios años, la científica planetaria 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 acuáticas alrededor de Júpiter y Saturno., Aunque algunas de estas lunas no tienen atmósferas y están cubiertas de hielo, todavía están entre los principales objetivos en la búsqueda de la NASA para la vida más allá de la Tierra. La luna de Saturno Encélado y la luna de Júpiter Europa, que los científicos clasifican como» mundos oceánicos», son buenos ejemplos.
«penachos de agua entran en erupción desde Europa y Encelado, por lo que podemos decir que estos cuerpos tienen océanos subterráneos debajo de sus conchas de hielo, y tienen energía que impulsa los penachos, 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., «Así que si estamos pensando en estos lugares como posiblemente habitables, tal vez las versiones más grandes de ellos en otros sistemas planetarios también son habitables.»
Quick, del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, decidió explorar si-hipotéticamente – hay planetas similares a Europa y Encélado en la galaxia de la Vía Láctea. Y, podrían ellos, también, ser lo suficientemente activos geológicamente para disparar penachos a través de sus superficies que algún día podrían ser detectados por telescopios.,
a través de un análisis matemático de varias docenas de exoplanetas, incluidos 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, con una mayoría posiblemente albergando 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 Encélado.,
Venus puede haber tenido océanos de agua líquida y volcanes activos, un entorno que es 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., Crédito: Michael Lentz & Mike Mirandi/NASA Goddard Space Flight Center
Los científicos pueden algún día ser capaces de 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 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 demasiado ahogados 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 modelos matemáticos y nuestra comprensión del sistema solar para tratar de imaginar las condiciones que podrían estar dando forma a exoplanetas en mundos habitables o no.,
mientras que las suposiciones que van en estos modelos matemáticos son conjeturas educadas, pueden ayudar a los científicos a reducir la lista de exoplanetas prometedores para buscar condiciones favorables a la vida para que el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA u otras misiones espaciales puedan hacer un seguimiento.
«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 tan abundante que está cambiando la química de toda la atmósfera», dice Aki Roberge, astrofísico Goddard de la NASA que colaboró con Quick en 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.»
Este gráfico animado muestra los niveles de actividad geológica predicha entre exoplanetas, con y sin océanos, en comparación con la actividad geológica conocida entre cuerpos del sistema solar, con y sin océanos., Crédito: Lynnae Quick & James Tralie/Goddard Space Flight Center de la NASA
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 asumen que los planetas de este tamaño son más sólidos que gaseosos y, por lo tanto, es más probable que soporten agua líquida en o debajo de sus superficies., Al menos 30 planetas más que se ajustan a estos parámetros se han descubierto desde Quick y sus colegas comenzaron su estudio en 2017, pero no fueron incluidos en el análisis, que se publicó el 18 de junio de 2020 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 cuánta energía cada uno podría estar generando y liberando como calor. El equipo consideró dos fuentes primarias de calor., El primero, el calor radiogénico, se genera a lo largo de 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 planetas del tamaño de la Tierra. Entonces, Quick y su equipo aplicaron la tasa de decaimiento 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.,
a continuación, 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 alrededor de 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 así calor. Eventualmente, 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 criovolcanos., 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. Sea cual sea la forma en que se descarga el calor, saber cuánto de él empuja un planeta es importante porque podría hacer o romper la habitabilidad.
«Forecasting Rates of Volcanic Activity on Terrestrial Exoplanets and Implications for Criovolcanic Activity on Extrasolar Ocean Worlds» by Lynnae C. Quick, Aki Roberge, Amy Barr Mlinar and Matthew M. Hedman, 18 June 2020, Publications of the Astronomical Society of the Pacific.DOI: 10.,1088/1538-3873/ab9504
«a radiogenic heating evolution model for cosmochemically Earth-like exoplanets» by Elizabeth A. Frank, Bradley S. Meyer and Stephen J. Mojzsis, Icarus.DOI: 10.1016 / j. icarus.2014.08.031