Crédito de imagen: NASA
Estamos condenados. Un día, la Tierra será una ceniza quemada orbitando una estrella roja hinchada.
Este es el destino final de cualquier planeta que viva cerca de una estrella de secuencia principal como nuestro sol. Las estrellas de la secuencia principal funcionan con hidrógeno, y cuando se agota este combustible, cambian a helio y se convierten en un gigante rojo. Si bien la transición del sol a un gigante rojo es una triste noticia para la Tierra, los planetas helados en las regiones más distantes de nuestro sistema solar tomarán el calor del sol por primera vez.
El sol ha crecido lenta pero constantemente más brillante y más caliente en el transcurso de su vida. Cuando el sol se convierte en un gigante rojo en aproximadamente 4 mil millones de años, nuestro familiar sol amarillo se volverá de un rojo intenso, ya que emite principalmente la energía de baja frecuencia de luz roja infrarroja y visible. Crecerá miles de veces más brillante y, sin embargo, tendrá una temperatura superficial más fría, y su atmósfera se expandirá, envolviendo lentamente a Mercurio, Venus y posiblemente incluso a la Tierra.
Si bien se predice que la atmósfera del sol alcanzará la órbita terrestre de 1 UA, los gigantes rojos tienden a perder mucha masa, y esta ola de gases expulsados podría empujar a la Tierra fuera de su alcance. Pero si la Tierra se consume o simplemente se chamusca, toda la vida en la Tierra habrá pasado al olvido.
Sin embargo, las condiciones que hacen posible la vida podrían aparecer en otros lugares del sistema solar, según un artículo publicado en la revista Astrobiology por S. Alan Stern, Director del Departamento de Estudios Espaciales del Instituto de Investigación del Sudoeste en Boulder, Colorado. Él dice que los planetas ubicados entre 10 y 50 UA estarán en la zona habitable del sol gigante rojo. La zona habitable de un sistema solar es la región donde el agua puede permanecer en estado líquido.
La zona habitable cambiará gradualmente a través de la región de 10 a 50 UA a medida que el sol se vuelva más y más brillante, evolucionando a través de su fase gigante roja. Saturno, Urano, Neptuno y Plutón se encuentran entre 10 y 50 UA, al igual que sus lunas heladas y los objetos del cinturón de Kuiper. Pero no todos estos mundos tendrán la misma oportunidad de vida.
Las perspectivas de habitabilidad en los planetas gaseosos Saturno, Neptuno y Urano pueden no verse muy afectadas por la transición del gigante rojo. Los astrónomos han descubierto planetas gaseosos que orbitan muy cerca de su estrella madre en otros sistemas solares, y estos "Júpiter calientes" parecen aferrarse a sus atmósferas gaseosas a pesar de su proximidad a la radiación intensa. La vida tal como la conocemos no es probable que aparezca en planetas gaseosos.
Stern cree que la luna de Neptuno, Tritón, Plutón y su luna, Caronte, y los objetos del cinturón de Kuiper tendrán las mejores oportunidades de vida. Estos cuerpos son ricos en productos químicos orgánicos, y el calor del sol gigante rojo derretirá sus superficies heladas en océanos.
"Cuando el sol es un gigante rojo, los mundos de hielo de nuestro sistema solar se derriten y se convierten en oasis oceánicos durante decenas a varios cientos de millones de años", dice Stern. “Nuestro sistema solar albergará no solo un mundo con océanos superficiales, como lo hace ahora, sino cientos, para todas las lunas heladas de los planetas gigantes, y los planetas enanos helados del Cinturón de Kuiper también tendrán océanos en ese momento. Debido a que la temperatura en Plutón no será muy diferente entonces, que la temperatura de Miami Beach ahora, me gusta llamar a estos mundos "Plutones cálidos", en analogía con la gran cantidad de Júpiter calientes encontrados en órbita alrededor de estrellas similares al sol en los últimos años ".
Sin embargo, la influencia del sol no es toda la historia: las características de un cuerpo planetario contribuyen en gran medida a determinar la habitabilidad. Dichas características incluyen la actividad interna de un planeta, la reflectividad o "albedo" de un planeta y el grosor y la composición de la atmósfera. Incluso si un planeta tiene todos los elementos que favorecen la habitabilidad, la vida no necesariamente aparecerá.
"No sabemos qué se necesita para comenzar la vida", dice Don Brownlee, astrónomo de la Universidad de Washington en Seattle y coautor del libro "La vida y la muerte del planeta Tierra". Brownlee dice que si los interiores cálidos y húmedos y los materiales orgánicos son todo lo que se necesita, entonces Plutón, Tritón y los objetos del cinturón de Kuiper podrían albergar vida.
"Sin embargo, como advertencia, los interiores de los asteroides que produjeron los meteoritos de condrita carbonosa fueron cálidos y húmedos durante quizás millones de años en la historia temprana del sistema solar", dice Brownlee. "Estos cuerpos son extremadamente ricos tanto en agua como en materiales orgánicos, y sin embargo no hay evidencia convincente de que algún meteorito asteroide haya tenido seres vivos".
La órbita de un cuerpo planetario también afectará sus posibilidades de vida. Plutón, por ejemplo, no tiene una órbita agradable y regular como la Tierra. La órbita de Plutón es comparativamente excéntrica, y varía en distancia del sol. Desde enero de 1979 hasta febrero de 1999, Plutón estuvo más cerca del sol que Neptuno, y en cien años, estará casi el doble de distancia que Neptuno. Este tipo de órbita hará que Plutón sufra un calentamiento extremo alternando con un enfriamiento extremo.
La órbita de Tritón también es peculiar. Tritón es la única luna grande que orbita hacia atrás, o "retrógrada". Tritón puede tener esta órbita inusual porque se formó como un objeto del cinturón de Kuiper y luego fue capturado por la gravedad de Neptuno. Es una alianza inestable, ya que la órbita retrógrada crea interacciones de marea con Neptuno. Los científicos predicen que algún día Tritón chocará con Neptuno o se romperá en pedazos pequeños y formará un anillo alrededor del planeta.
"La escala de tiempo para la decadencia de las mareas de la órbita de Tritón es incierta, por lo que podría estar cerca, o podría haberse estrellado para cuando el sol se vuelva gigante rojo", dice Stern. "Si Tritón está cerca, probablemente terminará pareciéndose al mismo tipo de mundo oceánico rico en materia orgánica que Plutón".
El sol arderá como un gigante rojo durante unos 250 millones de años, pero ¿es ese el tiempo suficiente para que la vida se establezca? Durante la mayor parte de la vida del gigante rojo, el sol será solo 30 veces más brillante que su estado actual. Hacia el final de la fase gigante roja, el sol crecerá más de 1,000 veces más brillante y ocasionalmente liberará pulsos de energía que alcanzarán un brillo actual de 6,000 veces. Pero este período de brillo intenso durará unos pocos millones de años, o decenas de millones de años como máximo.
La brevedad de las fases más brillantes del gigante rojo sugiere a Brownlee que Plutón no es muy prometedor para la vida. Debido a la órbita promedio de Plutón de 40 UA, el sol tendría que ser 1,600 veces más brillante para que Plutón obtenga la misma radiación solar que actualmente tenemos en la Tierra.
"El sol alcanzará este brillo, pero solo durante un breve período de tiempo, solo un millón de años más o menos", dice Brownlee. "La superficie y la atmósfera de Plutón serán" mejoradas "desde nuestro punto de vista, pero no será un buen lugar para ningún período de tiempo significativo".
Después de la fase gigante roja, el sol se debilitará y se reducirá al tamaño de la Tierra, convirtiéndose en una enana blanca. Los planetas distantes que tomaron el sol a la luz del gigante rojo se convertirán en mundos de hielo congelados una vez más.
Entonces, si la vida va a aparecer en un sistema gigante rojo, necesitará un comienzo rápido. Se cree que la vida en la Tierra se originó hace 3.800 millones de años, unos 800 millones de años después del nacimiento de nuestro planeta. Pero eso probablemente se deba a que los planetas del sistema solar interior experimentaron 800 millones de años de bombardeos de asteroides pesados. Incluso si la vida hubiera comenzado de inmediato, la lluvia temprana de asteroides habría limpiado la Tierra de esa vida.
Brownlee dice que podría comenzar una nueva era de bombardeos para los planetas exteriores, porque el sol gigante rojo podría perturbar la gran cantidad de cometas en el Cinturón de Kuiper.
"Cuando el sol gigante rojo es 1,000 veces más brillante, pierde casi la mitad de su masa en el espacio", dice Brownlee. “Esto hace que los cuerpos en órbita se muevan hacia afuera. La pérdida de gas y otros efectos podrían desestabilizar el Cinturón de Kuiper y crear otro período de bombardeo interesante ".
Pero Stern dice que los planetas hechos habitables por un sol gigante rojo no serán bombardeados con tanta frecuencia como la Tierra primitiva, porque el antiguo cinturón de asteroides tenía mucho más material que el Cinturón de Kuiper.
Además, los planetas exteriores no experimentarán los mismos niveles de ultravioleta (UV) que la Tierra ha tenido que soportar, ya que los gigantes rojos tienen una radiación UV muy baja. La mayor intensidad de UV de una estrella de secuencia principal puede dañar las delicadas proteínas y las cadenas de ARN necesarias para el origen de la vida. La vida en la Tierra solo podría originarse bajo el agua, en profundidades protegidas de esta intensidad de luz. Por lo tanto, la vida en la Tierra está indisolublemente unida al agua líquida. Pero, ¿quién sabe qué tipo de vida podría originarse en planetas que no necesitan protección contra los rayos UV?
Stern cree que deberíamos buscar evidencia de vida en mundos similares a Plutón que orbitan alrededor de gigantes rojos hoy. Actualmente sabemos de 100 millones de estrellas de tipo solar en la galaxia de la Vía Láctea que arden como gigantes rojas, y Stern dice que todos estos sistemas podrían tener planetas habitables dentro de 10 a 50 UA. "Sería una buena prueba del tiempo requerido para crear vida en mundos cálidos y ricos en agua", dice.
"La idea de cuerpos distantes ricos en materia orgánica que sean horneados por una estrella gigante roja es intrigante y podría proporcionar hábitats muy interesantes para la vida", agrega Brownlee. "Pero me alegra que a nuestro sol le quede un buen margen de tiempo".
Que sigue
Si bien gran parte de lo que sabemos sobre el sistema solar exterior se basa en mediciones distantes realizadas con telescopios terrestres, el 2 de enero de 2004, los científicos vieron de cerca un objeto del cinturón de Kuiper. La nave espacial Stardust pasó a 136 kilómetros del cometa Wild2, una enorme bola de nieve que pasó la mayor parte de su vida de 4.600 millones de años orbitando el Cinturón de Kuiper. Wild2 ahora orbita principalmente dentro de la órbita de Júpiter. Brownlee, quien es el investigador principal de la misión Stardust, dice que las imágenes de Stardust muestran detalles fantásticos de la superficie de un cuerpo conformado por su historia antigua y reciente. Las imágenes de polvo de estrellas muestran chorros de gas y polvo que salen disparados del cometa, ya que Wild2 se desintegra rápidamente en el fuerte calor solar del sistema solar interno.
Para obtener más información sobre el sistema solar exterior, tendremos que enviar una nave espacial para investigar. En 2001, la NASA seleccionó la misión New Horizons para tal propósito.
Stern, quien es el investigador principal de la misión New Horizons, informa que la asamblea de naves espaciales está programada para comenzar este verano. La nave espacial se lanzará en enero de 2006 y llegará a Plutón el verano de 2015.
La misión New Horizons permitirá a los científicos estudiar la geología de Plutón y Caronte, mapear sus superficies y tomar sus temperaturas. La atmósfera de Plutón también se estudiará en detalle. Además, la nave espacial visitará los cuerpos helados en el Cinturón de Kuiper para realizar mediciones similares.
Fuente original: Revista Astrobiología
