Bucando planetas habitables

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
La noción más habitual está vinculada a la biología, que
sostiene que la vida es la capacidad de nacer, crecer,
reproducirse y morir.

ANTONIO GONZÁLEZ
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La vida es la capacidad de un ser físico de administrar sus
recursos internos para adaptarse a los cambios que se
producen en su medio.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Desde un punto de vista bioquímico, la vida puede
definirse como un estado o carácter especial de la
materia alcanzado por estructuras moleculares
específicas, con capacidad para desarrollarse,
mantenerse en un ambiente, reconocer y responder
a estímulos y reproducirse permitiendo la
continuidad.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Para la fisiología :
Un organismo vivo es aquel, compuesto por
materia orgánica (C,H,O,N,S,P), capaz de llevar a
cabo funciones tales como comer, metabolizar,
excretar, respirar, moverse, crecer, reproducirse
y responder a estímulos externos.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Definición metabólica:
Un sistema vivo es un objeto con una frontera
definida que continuamente intercambia
sustancias con el medio circundante sin
alterarse

ANTONIO GONZÁLEZ
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Para la bioquímica:
Todo organismo vivo contiene información hereditaria
reproducible codificada en los ácidos nucleicos los
cuales controlan el metabolismo celular a través de
unas moléculas (proteínas) llamadas enzimas que
catalizan o inhiben las diferentes reacciones biológicas.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Para la termodinámica:
Los sistemas vivos son una organización especial y
localizada de la materia, donde se produce un
continuo incremento de orden sin intervención
externa.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Para la religión, la vida es la unión del cuerpo y el alma

ANTONIO GONZÁLEZ
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Visión retrospectiva del concepto de vida
Tradicionalmente la vida ha sido un concepto abstracto y, por tanto, difuso y
de difícil definición.
Dada la confusión a la hora de definir la vida, se optó por hacerlo en función
de los resultados obtenidos tras el desarrollo completo del ADN, y no
respecto al potencial mismo de esa molécula, de tal modo que se
establecieron algunas características comunes:

ANTONIO GONZÁLEZ
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Visión retrospectiva del concepto de vida
1.- Los seres vivos requieren energía. Es decir, se nutren.
2.- Los seres vivos crecen y se desarrollan.
3.- Los seres vivos responden a su medio ambiente.
4.- Los seres vivos se reproducen por sí mismos, sin necesitar ayuda externa;
siendo éste un hecho clave.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Estas características apuntaban a una definición de vida tan simple que
permitía incluir como seres vivos, por ejemplo, a los cristales minerales,
los cuales crecen, responden al medio, se reproducen y por supuesto
consumen energía al crecer y propagarse. Se hacía necesario, pues,
buscar otras características propias de la vida más allá de las puramente
intuitivas.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Se define en biología como vida la estructura
molecular autoorganizada capaz de intercambiar
energía y materia con el entorno con la finalidad de
automantenerse, renovarse y finalmente reproducirse.

ANTONIO GONZÁLEZ
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* La vida tal y como nosotros la conocemos.

ANTONIO GONZÁLEZ
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1.- Una fuente de energía.
2.- Agua líquida ( ¿ otro disolvente biológico ? )
3.- Carbono suficiente ( ¿ vida basada en el
silicio ? )

ANTONIO GONZÁLEZ
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1) La presencia de GASES IMPORTANTES que se encuentran en
la ATMÓSFERA, tales como: O2, CO2, N, Gases raros.

ANTONIO GONZÁLEZ
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2) La presencia de H2O, fundamental para la vida de todos los
seres vivos.

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seres vivos.
3) La Temperatura ideal para el desarrollo de todos los seres vivos,

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seres vivos.
4) La capa protectora llamada OZONO, que impide la llegada de
Rayos Ultravioletas a los seres vivos

ANTONIO GONZÁLEZ
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seres vivos.
5) La presencia de sales minerales y
compuestos inorgánicos en el SUELO,
fundamental para la Fotosíntesis de los
vegetales.

ANTONIO GONZÁLEZ
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seres vivos.
5) La presencia de sales minerales y
compuestos inorgánicos en el SUELO,
fundamental para la Fotosíntesis de los
vegetales.
6) La presencia de Energía Luminosa
o Solar, procedente del SOL,
necesaria para la Fotosíntesis y la
vida de los animales y el hombre.

ANTONIO GONZÁLEZ
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¿ Cualquier sistema estelar es apto potencialmente
para albergar vida ?

ANTONIO GONZÁLEZ
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Tipo espectral
Actualmente se considera que el rango espectral apropiado para las "HabStars“
( estrellas habitables ) va desde "F bajo" o "G" hasta "K mediano".
¿ Por qué ?

ANTONIO GONZÁLEZ
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Tipo espectral
¿ Por qué ?
- Viven al menos unos cuantos miles de millones de años, dando oportunidad a
que la vida evolucione.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Tipo espectral
¿ Por qué ?
- Emiten la suficiente radiación ultravioleta de alta energía para que se
produzcan fenómenos atmosféricos importantes como la formación de ozono,
pero no tanta como para que la ionización destruya la vida incipiente.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Tipo espectral
¿ Por qué ?
- Emiten la suficiente radiación ultravioleta de alta energía para que se
produzcan fenómenos atmosféricos importantes como la formación de ozono,
pero no tanta como para que la ionización destruya la vida incipiente.
- Puede existir agua líquida en la superficie de los planetas que orbitan a una
distancia que no produce acoplamiento de marea.

ANTONIO GONZÁLEZ
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-Este rango espectral representa entre un 5 y un 10 por ciento de las estrellas de la
galaxia Vía Láctea. Si las estrellas de tipo K bajo y M ("enanas rojas") también son
aptas para albergar planetas habitables es quizás la cuestión abierta más
importante de todo el campo de la habitabilidad planetaria, dado que la mayor
parte de las estrellas caen dentro de ese rango;

ANTONIO GONZÁLEZ
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Una zona habitable estable
La zona habitable (ZH) es una cáscara teórica que rodea a una estrella,
dentro de la cual cualquier planeta tendría agua (u otro disolvente
potencial) líquido en su superficie. Después de una fuente de energía, el
agua líquida se considera el ingrediente más importante para la vida,
considerando lo esencial que es para todos los seres vivos de la Tierra.
Una ZH "estable" implica dos factores.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Una zona habitable estable
La zona habitable (ZH) es una cáscara teórica que rodea a una estrella,
dentro de la cual cualquier planeta tendría agua (u otro disolvente
potencial) líquido en su superficie. Después de una fuente de energía, el
agua líquida se considera el ingrediente más importante para la vida,
considerando lo esencial que es para todos los seres vivos de la Tierra.
Una ZH "estable" implica dos factores.
Primero, el rango de una ZH no debe variar mucho con el tiempo. Todas
las estrellas aumentan de luminosidad cuando envejecen y sus ZH se
desplazan naturalmente hacia el exterior, pero si esto sucede demasiado
rápido (por ejemplo, con una estrella supermasiva), los planetas tendrán
solo una breve ventana dentro del ZH y por tanto una menor probabilidad
de desarrollar vida.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Segundo, no debe existir ningún cuerpo masivo como un gigante gaseoso
dentro o relativamente cerca de la ZH, interfiriendo en la formación de
cuerpos como la Tierra.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Baja variación estelar
Los cambios en luminosidad son comunes en todas las estrellas, pero la
magnitud de esas fluctuaciones cubre un gran rango. La mayoría de las
estrellas son relativamente estables, pero una minoría significativa de estrellas
variables experimenta a menudo aumentos súbitos e intensos de luminosidad, y
por consiguiente de energía radiada hacia los cuerpos en órbita. Los aumentos
de luminosidad suelen estar acompañados de enormes dosis de rayos gamma
y rayos X que pueden resultar letales. Las atmósferas mitigan tales efectos

ANTONIO GONZÁLEZ
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Alta metalicidad
Una baja cantidad de metal disminuye significativamente la probabilidad de
que se hayan formado planetas alrededor de una estrella, según la teoría de
la nebulosa solar sobre la formación de sistemas planetarios. Cualquier
planeta que se forme alrededor de una estrella con poco metal tendrá
probablemente muy poca masa, y por tanto no será favorable para la vida.
Relación metalicidad de una
estrella (porcentaje de elementos
más pesados que el helio) y la
abundancia de planetas (0 es la
metalicidad solar). Las estrellas
de mayor metalicidad presentan
mayor abundancia de planetas
gigantes

ANTONIO GONZÁLEZ
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Así pues, ya sabemos por donde empezar:
Buscamos planetas que se encuentren en la zona
habitable de una estrella de los tipos F, G, K, con baja
variablilidad y alta metalicidad.
¿ Hay muchas estrellas así ?
Menos del 5%; pero el Universo es muy grande.

ANTONIO GONZÁLEZ
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La principal suposición sobre los planetas habitables es que son terrestres.
Estos planetas, que se encuentran aproximadamente dentro de un orden de
magnitud de la masa de la Tierra, están compuestos principalmente de rocas
de silicato y no han acrecido a partir de las capas gaseosas exteriores de
hidrógeno y helio que se encuentran en los gigantes gaseosos. No se ha
descartado completamente que pueda evolucionar vida en las nubes superiores
de los planetas gigantes, aunque se considera poco probable dado que no
tienen superficie y su gravedad es enorme. Los satélites naturales de los
planetas gigantes, por otro lado, son candidatos perfectamente válidos para
albergar vida.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Se considera que sí es importante:
Los planetas con poca masa son malos candidatos para la vida por dos
razones:
- Primero, su baja gravedad hace que conservar la atmósfera sea difícil.
- Segundo, el calor interno se perderá pronto

ANTONIO GONZÁLEZ
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Los planetas que
no tienen una
atmósfera gruesa
carecen del
material necesario
para una
bioquímica primaria,
tienen poco
aislamiento y poca
transferencia de
calor entre su
superficie y menos
protección contra la
radiación de alta
frecuencia y los
meteoroides

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Además, si la atmósfera es
menor de 0,006 atmósferas
terrestres, no puede existir
agua en forma líquida por
no alcanzar la presión
atmosférica requerida, 4,56
mmHg (608 pascales).
El rango de temperaturas
en el que el agua es líquida
es más pequeño a bajas
presiones, en general.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Los planetas pequeños
tienden a perder
rápidamente la energía que
sobró tras su formación y
terminan geológicamente
muertos, careciendo de
volcanes, terremotos y
actividad tectónica, que
proporcionan a la superficie
materiales necesarios para
la vida y a la atmósfera
moderadores de la
temperatura como el
dióxido de carbono.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Finalmente, un planeta grande es
probable que tenga un gran núcleo
de hierro. Esto permite la existencia
de un campo magnético que proteja
al planeta del viento solar, que de
otra manera tendería a despojarlo
de su atmósfera y bombardearía a
los seres vivos con partículas
ionizadas.
La masa no es el único criterio
necesario para producir un campo
magnético — el planeta también
debe rotar lo bastante rápido para
producir un efecto de dinamo dentro
de su núcleo — pero es un
componente significativo del
proceso.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Cuanto mayor es la
excentricidad, mayor es
la fluctuación de la
temperatura en la
superficie de un planeta
Los seres vivos solo pueden
soportar cierta variación,
sobre todo si las
fluctuaciones sobrepasan
tanto el punto de
congelación como el punto
de ebullición del solvente
biótico principal del planeta

ANTONIO GONZÁLEZ
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El planeta debe tener estaciones
moderadas. Si hay poca o ninguna
inclinación axial, no habrá estaciones y
por tanto desaparecerá un estimulante
principal de la dinámica de la biosfera.
El planeta también sería mucho más
frío de lo que sería si tuviera una
inclinación significativa: cuando la
radiación más intensa cae siempre
dentro de unos pocos grados del
ecuador, el clima cálido no puede
superar al polar y el clima del planeta
acaba dominado por los sistemas
climáticos polares, más fríos.
Por otro lado, si un planeta está
radicalmente inclinado, las estaciones
serán extremas.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
El planeta debe rotar
relativamente rápido para
que el ciclo día-noche no sea
demasiado largo. Si un día
dura años, la temperatura
diferencial entre el lado de
día y el lado de noche será
pronunciada, y aparecerán
problemas similares a los de
la excentricidad orbital
extrema.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Un modelo teórico predice
que los planetas de tipo
rocoso que orbiten
enanas rojas tienden a
sincronizar su rotación
con la estrella por efecto
marea, como ocurre con la
Tierra y la Luna; sin
embargo, pueden evitar
enfrentar siempre un
hemisferio a su estrella si
poseen una atmósfera.

ANTONIO GONZÁLEZ
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La composición superficial determina la temperatura y habitabilidad de un
planeta
Cuando hay mucha fricción superficial, el sistema de
“aire acondicionado” de un planeta enfría su cara
diurna caliente. Crédito: KU Leuven – Ludmila Carone
y Leen Decin.
Los planetas con caras diurnas
permanente podrían ser habitables,
dependiendo de su sistema de “aire
acondicionado”. Que el “sistema de
aire acondicionado” sea efectivo
realmente depende de la
interacción entre la superficie del
planeta y su atmósfera. En una
situación ideal, el aire frío es
transportado de la cara nocturna a
la diurna”. “Nuestros modelos
muestran que la fricción entre la
superficie del planeta y las capas
bajas de la atmósfera puede
suprimir estas corrientes de aire.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
La Luna parece jugar un
papel crucial en la
moderación del clima
terrestre al estabilizar la
inclinación axial. Se ha
sugerido que una
inclinación caótica puede
ser fatal para la
habitabilidad, es decir, un
satélite del tamaño de la
Luna no solo es de ayuda
sino un requisito para
producir estabilidad. Existe
controversia sobre este
punto.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
En general se asume que
cualquier vida extraterrestre que
pueda existir estará basada en la
misma química fundamental que
la vida terrestre, ya que los
cuatro elementos primordiales
para la vida, el carbono,
hidrógeno, oxígeno y nitrógeno
también son los elementos
químicos reactivos más
comunes del universo. Estos
cuatro elementos constituyen el
96 por ciento de la biomasa total
de la Tierra.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Se ha especulado mucho sobre otras bioquímicas, radicalmente diferentes a
las terrestres, no basadas en el Carbono y con solventes diferentes al agua.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Quiralidad
Quizá el tipo de bioquímica “menos exótico” sería uno con
una quiralidad alterna a la de las biomoléculas terrestres. En
la bioquímica conocida, los aminoácidos son casi
universalmente de tipo L “izquierdo” y los azúcares son de
tipo D “derecho”. Las moléculas de quiralidad opuesta
tendrían las mismas propiedades químicas que sus formas
reflejadas. Así, una bioquímica que incorporara aminoácidos
D y/o azúcares L, podría ser posible.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Bioquímicas sin carbono
• Bioquímica del silicio
• Bioquímica del boro
• Bioquímica de nitrógeno y fósforo
• Otros elementos de bioquímicas exóticos
Bioquímicas sin agua
• Amoníaco
• El fluoruro de hidrógeno
• Otros disolventes

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Para determinar la viabilidad de la vida extraterrestre, durante mucho
tiempo los astrónomos han centrado su atención en las estrellas
parecidas al Sol. Sin embargo, han empezado a explorar la posibilidad
de que la vida se pueda formar en sistemas muy distintos al Sistema
Solar.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Sistemas binarios
Las estimaciones típicas sugieren que el
50% o más de los sistemas estelares son
sistemas binarios.
La separación entre las estrellas en un
sistema binario va desde menos de una
unidad astronómica a varios cientos. En
este último caso, los efectos gravitatorios
serán despreciables sobre un planeta que
orbite a alguna de las estrellas, y su
habitabilidad planetaria no se verá
desbaratada a menos que la órbita sea
muy excéntrica. Sin embargo, cuando la
separación sea significativamente menor,
puede que una órbita estable sea
imposible.

ANTONIO GONZÁLEZ
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Sistemas con enana roja
Determinar la habitabilidad de una enana roja puede ayudar a determinar lo
común que es la vida en el universo, ya que las enanas rojas constituyen entre el
70 y el 90 por ciento de todas las estrellas de la galaxia.
Durante muchos años, los astrónomos han descartado a las enanas rojas como
una potencial morada para la vida.
Cualquier planeta que orbite alrededor de una enana roja tendría que estar muy
cerca de su estrella para alcanzar una temperatura de superficie similar a la de la
Tierra. A esas distancias, la gravedad de la estrella provocaría un acoplamiento
de marea. La cara diurna del planeta apuntaría eternamente hacia la estrella,
mientras que la cara nocturna siempre apuntaría en dirección contraria. La única
manera de que la potencial vida pudiera evitar el infierno o la congelación sería
que el planeta tuviese una atmósfera lo bastante gruesa para transferir el calor de
la estrella desde la cara diurna a la nocturna. Durante mucho tiempo se asumió
que una atmósfera tan gruesa evitaría que la luz solar llegara a la superficie,
impidiendo la fotosíntesis.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Este pesimismo se ha suavizado con investigaciones recientes.
Se ha demostrado que no es necesaria una atmósfera especialmente densa para
contrarrestar el calor en el hemisferio diurno
El inconveniente del acoplamiento de marea puede desaparecer si se considera
la posibilidad de que el planeta tenga un satélite o consideramos al propio
satélite como candidato a la habitabilidad.
Sin embargo, el tamaño no es el único factor que puede hacer a una enana roja
incompatible con la vida. En un planeta que orbita alrededor de una enana roja,
la fotosíntesis sería imposible en la cara nocturna, ya que nunca vería el sol. La
fotosíntesis conocida sería complicada por el hecho de que una enana roja
produce la mayor parte de su radiación en el infrarrojo, y en la Tierra este
proceso depende de la luz visible.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Un planeta que orbite alrededor de una
enana roja como la de la figura debe
arrimarse mucho para alcanzar
temperaturas parecidas a las de la
Tierra, induciendo probablemente un
acoplamiento de marea.
El acoplamiento por marea puede
provocar deformación del planeta
y temperaturas extremas; solo
suavizadas por la presencia de
una densa atmósfera.

ANTONIO GONZÁLEZ
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«Buenos jupíteres»
Son planetas gaseosos gigantes, como Júpiter, que orbitan alrededor
de sus estrellas en órbitas circulares lo bastante alejadas de la ZH para
que no la perturben pero lo bastante cerca para «proteger» de dos
maneras a los planetas terrestres con órbitas más cercanas. Primero,
ayudan a estabilizar las órbitas, y por tanto los climas, de los planetas
interiores. Segundo, mantienen al sistema solar interno relativamente
libre de cometas y asteroides que podrían provocar impactos
devastadores.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
La vecindad galáctica
Los científicos también han considerado la posibilidad de que ciertas
zonas de las galaxias (zonas habitables galácticas) sean más adecuadas
para la vida que otras. Nuestro sistema solar está en una posición
favorable por las siguientes razones:
No está en un cúmulo globular, donde la
densidad de las estrellas es hostil para la
vida, dada la excesiva radiación y
perturbaciones gravitatorias. Además, los
cúmulos globulares están compuestos
principalmente de estrellas viejas,
probablemente con pocos metales.
No está cerca de una fuente activa de rayos
gamma.
No está cerca del núcleo galáctico, donde de
nuevo la densidad estelar aumenta la
cantidad de radiación ionizante.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Gliese 581 g tiene un
período de órbita de 37
días, orbitando en una
distancia de 0.146 UA de
su estrella madre. Se cree
que tiene una masa de 3.1
a 4.3 veces que la Tierra y
un radio de 1.3 a 2.0 que
la Tierra .
Se encuentra en la
constelación de Libra a
20,3 años luz de la Tierra.
En una entrevista se le preguntó a Steven Vogt qué pensaba acerca de las
posibilidades de que exista vida en Gliese 581 g. Vogt afirmó que las
posibilidades de la vida en este planeta son del 100%.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Consiste en un sistema de 3 estrellas unidas gravitacionalmente. Un sistema
binario de estrellas que orbitan un centro de masas, Alfa centauri A y Alfa
centauri B, mas una tercera estrella enana roja, Proxima Centauri, la cual orbita
alrededor de las 2 estrellas Alfa centauri A y B.
Alfa Centauri B (α1 Cen/HD 128621) es una estrella naranja de secuencia principal que
está ligada a Alfa Centauri A. Su edad es bastante parecida a la de su compañera, lo que
hace pensar que ambas estrellas nacieron ya unidas. Se la clasifica como enana naranja.
Alfa Centauri A (α Cen/Rigil Kentaurus/Toliman) es una estrella algo más luminosa,
grande y vieja que el Sol, de tipo espectral muy similar a este. Se la clasifica como enana
amarilla. A partir de los parámetros orbitales determinadas mutuas, Alpha Centauri A es
un 10 % más masiva que el Sol, con un radio de aproximadamente 23 % más grande.
Se trata de una enana roja con una pequeña fracción de la luminosidad de
nuestro Sol. Actualmente, se encuentra a unas 13 000 UA (0,2 años luz) del
sistema Alpha Centauri A+B, y casualmente, su posición orbital está de cara a
nosotros, lo que la hace, en este momento, la estrella más cercana al sistema
solar, a una distancia de cerca de 4,2 años luz.

ANTONIO GONZÁLEZ
2016
Planeta Masa
Semieje
mayor
(UA)
Periodo
orbital
(días)
Excentrici
dad
Inclinac
ión
Radio
Alfa
Centauri Bb
1.13 ±
0.09 M⊕
0.04 3.2357 ? ?
0.863
Rt R⊕
El sistema planetario de Alfa Centauri B . ( 2012 )

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