Habitabilidad planetaria
Antecedentes
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Habitabilidad planetaria es la medida de un planeta s 'o un el potencial del satélite natural a desarrollar y mantener la vida . La vida puede desarrollar directamente en un planeta o satélite o ser transferido de otro cuerpo, un proceso teórico conocido como panspermia. Como la existencia de vida fuera de la Tierra es actualmente incierto, habitabilidad planetaria es en gran parte una extrapolación de las condiciones en la Tierra y las características del Sol y Sistema Solar que parecen favorables a la floreciente -en particular aquellos factores que han sostenido la vida compleja, organismos multicelulares y no sólo simples, criaturas unicelulares. Investigación y la teoría en este sentido es un componente de ciencia planetaria y la disciplina emergente de astrobiología.
Un requisito indispensable para la vida es una fuente de energía , y la noción de habitabilidad planetaria implica que muchos otros geofísica, geoquímica y astrofísicos criterios deben cumplirse antes de que un cuerpo astronómico puede sustentar la vida. En su hoja de ruta la astrobiología, la NASA ha definido los principales criterios de habitabilidad "regiones extendidas de agua líquida, las condiciones favorables para el ensamblaje de moléculas orgánicas complejas, y las fuentes de energía para sostener metabolismo ".
En la determinación del potencial de habitabilidad de un cuerpo, los estudios se centran en su composición a granel, propiedades orbitales, atmósfera, y las posibles interacciones químicas. Características estelares de importancia incluyen masa y luminosidad, estable variabilidad y alta metalicidad. Rocky, planetas de tipo terrestre y lunas con el potencial de Parecido a la Tierra la química son un foco principal de la investigación astrobiológica, aunque las teorías de habitabilidad más especulativas de vez en cuando examinan bioquímicas alternativas y otros tipos de cuerpos astronómicos.
La idea de que los planetas más allá de la Tierra podrían albergar vida es antigua, aunque históricamente se enmarca en la filosofía tanto como la ciencia física . El final del siglo 20 vio dos avances en el campo. La observación y nave espacial robótica de exploración de otros planetas y lunas en el Sistema Solar ha proporcionado información crítica sobre la definición de criterios de habitabilidad y permitió comparaciones geofísicas sustanciales entre la Tierra y otros cuerpos. El descubrimiento de planetas extrasolares , a partir de principios de 1990 y la aceleración a partir de entonces, ha proporcionado más información para el estudio de la posible vida extraterrestre. Estos resultados confirman que el Sol no es único entre estrellas en planetas de hosting y amplía el horizonte de investigación habitabilidad más allá del Sistema Solar. En 1964 Stephen H. Dole estima que el número de planetas habitables en nuestra galaxia ascenderá a unos 600 millones.
Sistemas de estrellas adecuadas
La comprensión de la habitabilidad planetaria comienza con estrellas . Mientras que los organismos que son generalmente similar a la Tierra pueden ser abundantes, es igual de importante que su sistema más grande sea agradable a la vida. Bajo los auspicios del SETI de Proyecto Phoenix, científicos Margaret Turnbull y Jill Tarter desarrolló el " HabCat "(o catálogo de los sistemas estelares habitables) en 2002. El catálogo se formó por aventar los casi 120.000 estrellas de la mayor Catálogo Hipparcos en un grupo de 17.000 "Estrellas Habitables", así como los criterios de selección utilizados son un buen punto de partida para entender que son necesarios factores astrofísicos de planetas habitables.
Clase espectral
La clase espectral de una estrella indica su temperatura fotosférica, que (por estrellas de la secuencia principal) se correlaciona con la masa total. El rango espectral apropiado para "Estrellas Habitables" está actualmente considerado como "principios F" o "G", a "mediados de K". Esto corresponde a las temperaturas de un poco más de 7.000 K a un poco más de 4000 K; el Sol, una estrella G2, está bien dentro de estos límites. "Clase media" estrellas de este tipo tienen una serie de características que se consideran importantes para la habitabilidad planetaria:
- Viven al menos unos pocos millones de años, lo que permite la vida la oportunidad de evolucionar. Más luminosas estrellas de secuencia principal de la clase "A" "O", "B", y por lo general viven menos de mil millones de años y, en casos excepcionales, de menos de 10 millones.
- Emiten lo suficientemente alta frecuencia de la radiación ultravioleta para activar la dinámica atmosférica importantes, tales como el ozono formación, pero no tanto que ionización destruye la vida incipiente.
- El agua líquida puede existir en la superficie de planetas orbitando a una distancia que no induce fijación de marea (ver siguiente sección y 3.2 ). K Spectrum estrellas pueden ser capaces de soportar la vida durante mucho tiempo, mucho más tiempo que el Sol .
Este rango espectral probablemente representa entre el 5% y el 10% de las estrellas en el local de la Vía Láctea . Ya sea débil a finales de clase K y M enanas rojas estrellas son también huéspedes adecuados para los planetas habitables es quizás la pregunta abierta más importante de todo el campo de la habitabilidad planetaria dada su ubicuidad ( habitabilidad de los sistemas de enanas rojas). Gliese 581 c, un " super-Tierra ", se ha encontrado orbitando en la" zona habitable "de una enana roja y puede poseer agua líquida. Alternativamente, un efecto invernadero puede hacerla demasiado caliente para apoyar la vida, mientras que su vecino, Gliese 581 d, de hecho puede ser un candidato más probable para la habitabilidad. En septiembre de 2010, el descubrimiento fue anunciado de otro planeta, Gliese 581 g, en una órbita entre estos dos planetas. Sin embargo, una revisión del descubrimiento han colocado a la existencia de este planeta en duda, y que actualmente está en la lista como "no confirmada". En septiembre de 2012, el descubrimiento de dos planetas en órbita Gliese 163 se anunció. Uno de los planetas, Gliese 163 c, aproximadamente 6,9 veces la masa de la Tierra y un poco más caliente, se consideró dentro de la zona habitable.
Una zona habitable estable
La zona habitable (HZ, clasificados por el Índice de Habitabilidad Planetaria) es una cáscara teórico en torno a una estrella en la que cualquier planeta presente tendría líquida de agua en su superficie. Después de una fuente de energía, el agua líquida se considera el ingrediente más importante para la vida, teniendo en cuenta lo esencial que es para todos los sistemas de vida en la Tierra. Esto puede reflejar el sesgo de la biología dependiente del agua de la humanidad, sin embargo, y si la vida se descubre en la ausencia de agua (por ejemplo, en una liquidez amoniaco solución), la noción de un HZ puede tener que ser ampliado en gran medida o bien descartados en conjunto como también restringir.
A HZ "estable" denota dos factores. En primer lugar, el rango de un HZ no debe variar mucho con el tiempo. Todas las estrellas aumentan su luminosidad a medida que envejecen y HZ dado naturalmente migra hacia el exterior, pero si esto sucede demasiado rápido (por ejemplo, con una estrella supermasivo), planetas sólo pueden tener una pequeña ventana en el interior del HZ y una oportunidad correspondientemente más débil para desarrollar la vida. Cálculo de una gama HZ y su movimiento a largo plazo nunca es sencillo, dado que negativo bucles de retroalimentación como el Ciclo CNO tenderá a compensar los aumentos de luminosidad. Hipótesis formuladas sobre las condiciones atmosféricas y la geología de este modo tienen un impacto tan grande en una serie HZ putativo como lo hace la evolución solar; propusieron los parámetros de HZ del Sol, por ejemplo, han fluctuado considerablemente.
En segundo lugar, ningún cuerpo de gran masa, tal como un gigante de gas debe estar presente en o relativamente cerca de la HZ, interrumpiendo así la formación de cuerpos similares a la Tierra. La masa del cinturón de asteroides, por ejemplo, parece haber sido incapaz de acreción en un planeta debido a resonancias orbitales con Júpiter; si el gigante había aparecido en la región que ahora es entre las órbitas de Venus y Marte , la Tierra es casi seguro que no han alcanzado su forma actual. Esto es algo mejorado por las sugerencias de que un gigante de gas en el interior del HZ podría tener lunas habitables bajo las condiciones adecuadas.
En el Sistema Solar, los planetas interiores son terrestres, los exteriores gigantes de gas , pero los descubrimientos de planetas extrasolares sugieren que esta disposición no puede ser en absoluto común: numerosos cuerpos del tamaño de Júpiter se han encontrado en estrecha órbita alrededor de su primario, interrumpiendo HZS potenciales. Sin embargo, los datos actuales de planetas extrasolares es probable que se sesgada hacia estos tipos (grandes planetas en órbitas cercanas), ya que son mucho más fáciles de identificar; por lo tanto, queda por ver qué tipo de sistema planetario es la norma, o de hecho si es que existe.
Variación estelar bajo
Cambios en luminosidad son comunes a todas las estrellas, pero la gravedad de tales fluctuaciones cubre una amplia gama. La mayoría de las estrellas son relativamente estables, pero una minoría significativa de estrellas variables a menudo experimentan aumentos repentinos e intensos en la luminosidad y en consecuencia la cantidad de energía radiada hacia los cuerpos en órbita. Estos se consideran buenos candidatos para la celebración de planetas con vida ya que sus imprevisibilidad y la energía cambia la salida tendría un impacto negativo organismos . Particularmente, los seres vivos adaptados a un determinado temperatura rango probablemente serían incapaces de sobrevivir una excesiva desviación de la temperatura. Además, las alzas en la luminosidad son acompañados generalmente por dosis masivas de gamma ray y La radiación que podría resultar letal de rayos X. Atmósferas mitigan tales efectos, pero la retención atmósfera podrían no ocurrir en los planetas que orbitan alrededor de las variables, ya que la energía de alta frecuencia que sacude estos cuerpos despojaría continuamente les de su cubierta protectora.
El Sol, a este respecto, como en muchos otros, es relativamente benigna: la variación entre máximo solar y el mínimo es de aproximadamente 0,1% durante sus 11 años de ciclo solar . Hay una fuerte (aunque no indiscutible) evidencia que los cambios incluso menores en la luminosidad del Sol han tenido efectos significativos en el clima de la Tierra dentro de la época histórica; la Pequeña Edad de Hielo de la mitad de segundo milenio, por ejemplo, puede haber sido causado por un descenso relativamente a largo plazo en la luminosidad del Sol. Por lo tanto, una estrella no tiene que ser un verdadero variable para las diferencias en luminosidad a afectar la habitabilidad. De conocida " análogos solares ", uno que se asemeja mucho al Sol se considera que es 18 Scorpii; por desgracia para las perspectivas de vida existente en su proximidad, la única diferencia significativa entre los dos cuerpos es la amplitud del ciclo solar, que parece ser mucho mayor para el 18 de Escorpio.
Alta metalicidad
Aunque la mayor parte de material en cualquier estrella es hidrógeno y el helio , hay una gran variación en la cantidad de elementos más pesados ( metales) estrellas contienen. Una alta proporción de metales en una estrella se correlaciona con la cantidad de material pesado inicialmente disponibles en la disco protoplanetario. Una baja cantidad de metal disminuye significativamente la probabilidad de que los planetas se han formado alrededor de esa estrella, bajo la teoría nebulosa solar de la formación del sistema planetario. Cualquier planeta que sí se formaron alrededor de una estrella pobre en metales, probablemente sería baja en la masa, y por lo tanto desfavorable para la vida. espectroscópicos estudios de los sistemas en los exoplanetas han sido encontrados hasta la fecha confirman la relación entre el alto contenido de metal y la formación de planetas: "Las estrellas con planetas , o al menos con planetas similares a las que estamos encontrando hoy, son claramente más metal rico que las estrellas sin compañeros planetarios ". Esta relación entre la alta metalicidad y la formación de planetas también significa que los sistemas habitables son más probable que se encuentre alrededor de las estrellas más jóvenes, ya que las estrellas que se formaron a principios del universo 's historia tiene bajo contenido de metales.
Características planetarias
El jefe de la suposición acerca de planetas habitables es que son terrestre. Tales planetas, más o menos dentro de un orden de magnitud de la masa de la Tierra, se componen principalmente de rocas de silicato y no han acrecentado las capas exteriores gaseosos de hidrógeno y helio que se encuentran en los gigantes gaseosos . Que la vida podría evolucionar en las cimas de las nubes de los planetas gigantes no se ha descartado de forma decisiva a cabo, a pesar de que se considera poco probable dado que no tienen la superficie y su gravedad es enorme. Los satélites naturales de los planetas gigantes, por su parte, siguen siendo candidatos perfectamente válidas para la celebración de la vida.
En febrero de 2011 el Equipo de la Misión Observatorio Espacial Kepler publicó un lista de 1.235 candidatos a planetas extrasolares, incluyendo 54 que pueden estar en la zona habitable. Seis de los candidatos en esta zona son más pequeños que el doble del tamaño de la Tierra. Un estudio más reciente encontró que uno de estos candidatos (KOI 326.01) es, de hecho, mucho más grande y más caliente que primero informó. Con base en los resultados, el equipo de Kepler calculó que ser "por lo menos 50 mil millones de planetas en la Vía Láctea" de los cuales "al menos 500 millones" están en la zona habitable.
En el análisis de cuáles son propensos a apoyar la vida ambientes, una distinción se hace generalmente entre organismos simples unicelulares, como las bacterias y los arqueas y metazoos complejos (animales). Unicellularity precede necesariamente pluricelularidad en cualquier árbol hipotético de vida y donde los organismos unicelulares emergen no hay garantía de que esto conducirá a una mayor complejidad. Las características planetarias se enumeran a continuación se consideran cruciales para la vida en general, pero en todos los casos los impedimentos de habitabilidad deben considerarse mayor para los organismos pluricelulares como las plantas y los animales frente a la vida unicelular.
Masa
Planetas de baja masa son buenos candidatos para la vida por dos razones. En primer lugar, su menor gravedad hace retención difícil ambiente. Constituyentes moléculas son más propensos a llegar velocidad de escape y estar perdido en el espacio cuando zarandeado por viento o agitada por la colisión solar. Planetas sin una atmósfera gruesa carecen de la materia necesaria para primal bioquímica , tienen poco aislamiento y pobres la transferencia de calor a través de sus superficies (por ejemplo, Marte , con su fina atmósfera, es más frío que la Tierra sería si se encuentran a una distancia similar del Sol), y proporcionar menos protección contra meteoroides y de alta frecuencia radiación. Además, cuando una atmósfera es inferior a 0.006 atmósferas de la Tierra, el agua no puede existir en forma líquida como la requerida presión atmosférica, 4.56 mm Hg (608 Pa) (0,18 pulgadas Hg), no se produce. El rango de temperatura a la cual el agua es líquida es menor a bajas presiones en general.
En segundo lugar, los planetas más pequeños tienen pequeños diámetros y por lo tanto mayores proporciones de superficie-volumen que sus primos más grandes. Tales cuerpos tienden a perder la energía sobrante de su formación de forma rápida y terminan geológicamente muerto, carente de los volcanes , los terremotos y la actividad tectónica que suministran a la superficie con el material de soporte vital y la atmósfera con los moderadores de temperatura como el dióxido de carbono . La tectónica de placas parecen particularmente crucial, al menos en la Tierra: No sólo el reciclaje de procesos químicos y minerales importantes, sino que también fomenta la biodiversidad a través de la creación de los continentes y el aumento de la complejidad ambiental y ayuda a crear las células convectivas necesarias para generar El campo magnético de la Tierra.
"Masa baja" es en parte una etiqueta relativa; la Tierra es considerada de baja masa en comparación con los del Sistema Solar gigantes de gas , pero es el más grande, por el diámetro y la masa, y más denso de todos los organismos terrestres. Es lo suficientemente grande para retener una atmósfera a través de la gravedad por sí sola y lo suficientemente grande que su núcleo fundido sigue siendo un motor de calor, conduciendo la geología diversa de la superficie (el decaimiento de elementos radiactivos en el núcleo de un planeta es el otro componente importante de calentamiento planetario). Marte, por el contrario, es casi (o quizás totalmente) geológicamente muerto y ha perdido gran parte de su atmósfera. Por lo tanto, sería justo inferir que el límite de masa inferior para la habitabilidad se encuentra entre la de Marte y la Tierra o Venus; 0,3 veces la masa terrestre se ha ofrecido como línea divisoria aproximada de planetas habitables. Sin embargo, un estudio realizado en 2008 por el Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica sugiere que la línea divisoria puede ser mayor. Tierra puede, de hecho, se encuentran en el límite inferior de habitabilidad, ya que si se tratara de cualquier menor, la tectónica de placas sería imposible. Venus, que tiene el 85 por ciento en masa de la Tierra, no muestra signos de actividad tectónica. A la inversa, " súper-Tierras ", planetas terrestres con masas mayores que la Tierra, tendría mayores niveles de la tectónica de placas y por lo tanto estar firmemente colocado en el rango habitable.
Circunstancias excepcionales Qué ofrecen casos excepcionales: Júpiter Luna 's Io (que es más pequeño que cualquiera de los planetas terrestres) es volcánicamente dinámico debido a las tensiones gravitatorias inducidas por su órbita, y su vecino Europa puede tener un océano líquido o pasta helada debajo de una concha congelado también se debe a la energía generada a partir de orbitando un gigante gaseoso.
Saturno 's Titán, por su parte, tiene una remota posibilidad de albergar vida, ya que se ha mantenido un ambiente de espesor y tiene mares de metano líquido en su superficie. Reacciones de química orgánica que sólo requieren un mínimo de energía son posibles en estos mares, pero si cualquier sistema vivo puede basarse en tales reacciones mínimas no está clara, y pareciera improbable. Estos satélites son excepciones, pero demuestran que la masa, como criterio de habitabilidad, puede no necesariamente ser considerada definitiva en esta etapa de nuestra comprensión.
Un planeta más grande es probable que tenga un ambiente más masivo. Una combinación de una mayor velocidad de escape para retener átomos más ligeros, y una amplia desgasificación de la tectónica de placas mejoradas puede aumentar en gran medida la presión atmosférica y la temperatura en la superficie en comparación con la Tierra. El aumento del efecto invernadero de una atmósfera tan pesada tendería a sugerir que la zona habitable debería ser más lejos de la estrella central para tales planetas masivos.
Finalmente, un planeta más grande es probable que tenga un gran núcleo de hierro. Esto permite una campo magnético para proteger al planeta de viento estelar y la radiación cósmica, que de otro modo tienden a arrancar la atmósfera planetaria y para bombardear los seres vivos con partículas ionizadas. Masa no es el único criterio para producir un campo magnético, como el planeta también debe girar lo suficientemente rápido para producir una efecto dínamo dentro de su núcleo, pero es un componente importante del proceso.
Órbita y rotación
Al igual que con otros criterios, la estabilidad es la consideración fundamental en la evaluación del efecto de las características orbitales y de rotación en la habitabilidad planetaria. Excentricidad orbital es la diferencia entre la más lejana de un planeta y un enfoque más cercano a su estrella madre, dividido por la suma de dichas distancias. Es una relación que describe la forma de la órbita elíptica. Cuanto mayor es la excentricidad mayor es la fluctuación de la temperatura en la superficie de un planeta. A pesar de que son adaptativos, los organismos vivos sólo pueden soportar tanto la variación, particularmente si las fluctuaciones se superponen tanto el punto de congelación y el punto de ebullición del disolvente principal biótico del planeta (por ejemplo, el agua en la Tierra). Si, por ejemplo, los océanos de la Tierra fueron alternativamente en ebullición y congelación sólida, es difícil imaginar la vida como la conocemos, habiendo evolucionado. Cuanto más complejo es el organismo, mayor será la sensibilidad a la temperatura. La órbita de la Tierra es casi completamente circular, con una excentricidad de menos de 0,02; otros planetas del Sistema Solar (con la excepción de Mercurio ) tienen excentricidades que son igualmente benigno.
Los datos recogidos en las excentricidades orbitales de los planetas extrasolares ha sorprendido a la mayoría de los investigadores: el 90% tiene una excentricidad orbital mayor que la que se encuentra dentro del Sistema Solar, y el promedio es plenamente 0.25. Esto significa que la gran mayoría de los planetas tienen órbitas muy excéntricas y de éstos, si su distancia media de su estrella se considera dentro de la HZ ellos solamente, no obstante a pasar una pequeña parte de su tiempo dentro de la zona.
Movimiento de un planeta alrededor de su eje de rotación también debe cumplir con ciertos criterios si la vida es tener la oportunidad de evolucionar. Una primera hipótesis es que el planeta debe tener moderados temporadas . Si hay poco o ningún de inclinación axial (u oblicuidad) con respecto a la perpendicular de la eclíptica, temporadas no ocurrirá y un estimulante principal al dinamismo de la biosfera desaparecerá. El planeta también sería más frío de lo que sería con una inclinación importante: cuando la mayor intensidad de la radiación es siempre dentro de unos pocos grados del ecuador, el clima cálido no puede moverse hacia los polos y el clima del planeta se vuelve dominada por sistemas meteorológicos polares más frías.
Si un planeta está inclinado radicalmente, por su parte, las estaciones serán extremas y hacer que sea más difícil para una biosfera para lograr homeostasis. La inclinación del eje de la Tierra es más alta ahora (en el Cuaternario) de lo que ha sido en el pasado, coincidiendo con la reducción de polar de hielo , las temperaturas más cálidas y menos variación estacional. Los científicos no saben si esta tendencia continuará indefinidamente con nuevos aumentos de la inclinación del eje (véase Tierra Bola de Nieve ).
Los efectos exactos de estos cambios sólo pueden ser modeladas equipo en la actualidad, y los estudios han demostrado que incluso inclinaciones extremas de hasta 85 grados hacen vida absolutamente no se oponen "a condición de que no ocupa superficies continentales plagado estacionalmente por la temperatura más alta." No sólo la inclinación axial significar, sino también su variación en el tiempo debe ser considerado. La inclinación de la Tierra varía entre 21,5 y 24,5 grados más de 41.000 años. Una variación más drástica, o una periodicidad mucho más corto, inducirían efectos climáticos tales como las variaciones en la gravedad de temporada.
Otras consideraciones orbitales son:
- El planeta debe girar con relativa rapidez para que el ciclo día-noche no es demasiado largo. Si un día hace años, la diferencia de temperatura entre el lado día y noche será pronunciada, y problemas similares a los observados con la excentricidad orbital extrema será pasado a primer plano.
- El planeta también debe girar con la suficiente rapidez para que una dinamo magnética se puede iniciar en su núcleo de hierro para producir un campo magnético.
- Cambio en la dirección del eje de rotación ( precesión) no debe ser pronunciada. En sí misma, la precesión no tiene por qué afectar habitabilidad a medida que cambia la dirección de la inclinación, no su grado. Sin embargo, la precesión tiende a acentuar las variaciones causadas por otras desviaciones orbitales; ver ciclos de Milankovitch . La precesión de la Tierra se produce durante un ciclo de 26.000 años.
De la Tierra Luna parece jugar un papel crucial en la moderación del clima de la Tierra mediante la estabilización de la inclinación del eje. Se ha sugerido que una inclinación caótica puede ser un "ultimátum" en términos de habitabilidad, es decir, un satélite del tamaño de la Luna no es sólo útil sino necesaria para producir la estabilidad. Esta posición sigue siendo controvertido.
Geoquímica
En general se supone que cualquier vida extraterrestre que pudiera existir se basa en la misma fundamental bioquímica como se encuentra en la Tierra, como los cuatro elementos más vitales para la vida, carbono , hidrógeno , oxígeno y nitrógeno , también son los elementos químicamente reactivos más comunes en el universo. De hecho, los compuestos biogénicos simples, como muy simples aminoácidos tales como glicina, se han encontrado en meteoritos y en el medio interestelar. Estos cuatro elementos juntos representan más del 96% del colectivo de la Tierra la biomasa. El carbono tiene una capacidad sin precedentes para unir con ella misma y para formar un enorme despliegue de estructuras intrincadas y variadas, por lo que es un material ideal para los complejos mecanismos que forman viven las células . El hidrógeno y el oxígeno, en forma de agua, componen el disolvente en el que los procesos biológicos se llevan a cabo y en el que se produjeron las primeras reacciones que condujo a la aparición de la vida. La energía liberada en la formación de gran alcance enlaces covalentes entre el carbono y el oxígeno, disponibles mediante la oxidación de compuestos orgánicos, es el combustible de todas las formas de vida complejas. Estos cuatro elementos juntos forman los aminoácidos , los cuales a su vez son los bloques de construcción de proteínas , la sustancia de los tejidos vivos. Además, ni de azufre , requerido para la construcción de proteínas, ni fósforo , necesario para la formación de ADN , ARN, y la adenosina fosfatos esenciales para metabolismo, son raros.
La abundancia relativa en el espacio no siempre refleja la abundancia diferenciado dentro de los planetas; de los cuatro elementos de la vida, por ejemplo, sólo el oxígeno está presente en abundancia en cualquier de la Tierra corteza . Esto puede explicarse en parte por el hecho de que muchos de estos elementos, como el hidrógeno y el nitrógeno , junto con sus compuestos más simples y comunes, tales como el dióxido de carbono , monóxido de carbono , metano , amoníaco y agua , son gaseosos a temperaturas cálidas. En la región caliente cerca del Sol, estos compuestos volátiles no podrían haber jugado un papel importante en la formación geológica de los planetas. En cambio, fueron atrapados como gases debajo de las costras recién formados, los cuales fueron en gran parte hechos de compuestos no volátiles, tales como rocosas de sílice (un compuesto de silicio y oxígeno, lo que representa la abundancia relativa de oxígeno). La desgasificación de compuestos volátiles a través de los primeros volcanes habría contribuido a la formación de los planetas " atmósferas. La Miller-Urey experimento mostró que, con la aplicación de energía, aminoácidos pueden formar a partir de la síntesis de los compuestos simples dentro de una atmósfera primordial.
Aún así, desgasificación volcánica no pudo haber influido en la cantidad de agua en los océanos de la Tierra. La gran mayoría del agua -y posiblemente carbono necesario para la vida debe haber venido del Sistema Solar exterior, lejos del calor del Sol, donde podría permanecer sólido. Los cometas que impactan con la Tierra en los primeros años del Sistema Solar habría depositado vasto cantidades de agua, junto con la otra vida compuestos volátiles requiere (incluyendo aminoácidos) en la Tierra primitiva, proporcionando un buen inicio para el origen de la vida.
Por lo tanto, si bien hay razones para sospechar que los cuatro "elementos de la vida" debe ser fácilmente disponible en otro lugar, un sistema habitable probablemente también requiere un suministro de cuerpos que orbitan a largo plazo para sembrar planetas interiores. Sin cometas existe la posibilidad de que la vida tal como la conocemos no existiría en la Tierra.
Microambientes y extremófilos
Un requisito importante para los criterios de habitabilidad es que se requiere sólo una pequeña parte de un planeta para sustentar la vida. Los astrobiólogos a menudo se preocupan por "micro-ambientes", señalando que "nos falta una comprensión fundamental de cómo las fuerzas evolutivas, como mutación, selección y la deriva genética, operar en los microorganismos que actúan sobre y responden a los cambios en microambientes ". Los extremófilos son organismos terrestres que viven en zonas ambientales en condiciones severas generalmente considerados hostil a la vida. Por lo general (aunque no siempre) unicelular, extremófilos incluyen de forma aguda alcalifílica y organismos acidófilas y otros que pueden sobrevivir a temperaturas del agua superiores a 100 ° C en respiraderos hidrotermales.
El descubrimiento de vida en condiciones extremas ha complicado las definiciones de habitabilidad, pero también generó mucho entusiasmo entre los investigadores en ampliar considerablemente la gama conocida de las condiciones bajo las cuales puede persistir vida. Por ejemplo, un planeta que de otro modo podrían ser incapaces de soportar un ambiente dadas las condiciones solares en sus proximidades, podría ser capaz de hacerlo dentro de una grieta en sombras profundas o gruta volcánica. Del mismo modo, el terreno craterous podría ofrecer un refugio para la vida primitiva. La Lawn Hill cráter ha sido estudiado como un análogo astrobiológica, con investigadores que sugieren un rápido relleno de sedimentos crea un microambiente protegido por organismos microbianos; condiciones similares pueden haber ocurrido durante la historia geológica de Marte .
Ambientes de la Tierra que no pueden soportar la vida siguen siendo instructiva para los astrobiólogos en la definición de los límites de lo que los organismos pueden soportar. El corazón de la Desierto de Atacama, generalmente considerado el lugar más seco de la Tierra, parece incapaz de soportar la vida, pero ha sido objeto de estudio por la NASA por eso: proporciona un análogo de Marte y los gradientes de humedad a lo largo de sus bordes son ideales para estudiar el límite entre la esterilidad y habitabilidad. El Atacama fue objeto de estudio en 2003 que en parte replicar experimentos de la Vikingo aterrizajes en Marte en la década de 1970; no de ADN se pudo recuperar a partir de dos muestras de suelo, y los experimentos de incubación también fueron negativos para biofirmas.
El 26 de noviembre de 2011, la NASA lanzó el Mars Science Laboratory (MSL) que buscar vida pasada o presente en Marte utilizando una variedad de instrumentos científicos. El MSL aterrizó en Marte en Cráter Gale en agosto de 2012.
Hábitats deshabitadas
Una distinción importante en la habitabilidad está entre los hábitats que contienen la vida activa (hábitats habitadas) y hábitats que son habitable para la vida, pero deshabitado. Hábitats deshabitadas (o vacantes) podrían surgir en un planeta donde no había origen de la vida (y no hay transferencia de la vida en el planeta de otro, habitado, planeta), pero donde existen ambientes habitables. También podrían ocurrir en un planeta que está habitado, pero la falta de conectividad entre hábitats podrían significar que muchos hábitats permanecen deshabitadas. Hábitats deshabitadas subrayan la importancia de desvincular la habitabilidad y la presencia de la vida, que se puede afirmar que la hipótesis general, 'donde hay hábitats, hay vida ". La hipótesis es falsable encontrando hábitats deshabitados y es comprobable experimentalmente. Charles Cockell y compañeros de trabajo discuten Marte como un mundo plausible que pueda albergar hábitats deshabitadas. Otros sistemas estelares podrían albergar planetas que son habitables, pero carente de vida.
Sistemas estelares alternativos
En la determinación de la viabilidad de la vida extraterrestre, los astrónomos habían centrado durante mucho tiempo su atención en las estrellas como el Sol Sin embargo, dado que los sistemas planetarios que se asemejan a la Sistema Solar están demostrando ser poco frecuente, que han comenzado a explorar la posibilidad de que la vida podría formar en sistemas muy diferente a la nuestra.
Los sistemas binarios
Las estimaciones comunes a menudo sugieren que el 50% o más de todos los sistemas estelares son sistemas binarios . Esto se puede probar en parte sesgo, ya que las estrellas masivas y brillantes tienden a ser en los binarios y estos se observan con mayor facilidad y catalogados; un análisis más preciso se ha sugerido que las estrellas más débiles más comunes suelen ser singular, y que hasta dos terceras partes de todos los sistemas estelares son por lo tanto solitario.
La separación entre las estrellas en un binario puede oscilar desde menos de una unidad astronómica (UA, la distancia media Tierra-Sol) a varios cientos. En estos últimos casos, los efectos gravitacionales serán insignificantes en un planeta en órbita alrededor de una estrella y potencial habitabilidad de otra manera adecuada no será interrumpido a menos que la órbita es muy excéntrica (ver Nemesis, por ejemplo). Sin embargo, donde la separación es significativamente menor, una órbita estable puede ser imposible. Si la distancia de un planeta a su principal excede de aproximadamente una quinta parte de la máxima aproximación de la otra estrella, no se garantiza la estabilidad orbital. Ya sea que los planetas pueden formarse en los binarios en absoluto había sido durante mucho tiempo incierto, dado que las fuerzas gravitatorias podrían interferir con la formación de planetas. El trabajo teórico por Alan Boss en el Institución Carnegie ha demostrado que los gigantes gaseosos pueden formarse alrededor de estrellas en sistemas binarios tanto como lo hacen alrededor de estrellas solitarias.
Un estudio de Alfa Centauri, el sistema estelar más cercano al Sol, sugirió que los binarios no tienen por qué ser descontados en la búsqueda de planetas habitables. Centauri A y B tienen un 11 AU distancia en su máxima aproximación (23 AU media), y ambos deben tener zonas habitables estables. Un estudio de la estabilidad orbital a largo plazo para los planetas simulados dentro del sistema muestra que los planetas dentro de aproximadamente tres UA de cualquiera de estrellas pueden permanecer estables (es decir, el semi-mayor de desviación del eje en menos del 5%).El HZ para Centauri A se estima conservadoramente en 1,2 a 1,3 UA y Centauri B a 0,73 hasta 0,74, bien dentro de la región estable en ambos casos.
Sistemas de enanas rojas
La determinación de la habitabilidad de las enanas rojas estrellas podría ayudar a determinar cómo podría ser la vida común en el universo, como las enanas rojas representan entre el 70 y el 90% de todas las estrellas de la galaxia. Las enanas marrones son probablemente más numerosos que las enanas rojas. Sin embargo, no se clasifican generalmente como estrellas, y nunca podrían albergar vida tal como la entendemos, ya que lo poco calor que emiten rápidamente desaparece.
Tamaño
Los astrónomos desde hace muchos años descartaron enanas rojas como posibles moradas para la vida. Su pequeño tamaño (0,1 a 0,6 masas solares) significa que sus reacciones nucleares proceden excepcionalmente lentamente, y emiten muy poca luz (del 3% de la producida por el Sol a tan poco como 0,01%). Cualquier planeta en órbita alrededor de una enana roja tendría que acurrucarse muy cerca de su estrella madre de alcanzar temperaturas superficiales similares a la Tierra; de 0,3 UA (justo dentro de la órbita de Mercurio ) para una estrella como Lacaille 8.760, hasta un mínimo de 0.032 UA para una estrella como Próxima Centauri (un mundo así tendría un año de duración sólo 6,3 días). En esas distancias, la gravedad de la estrella podría causar bloqueo de las mareas. Un lado del planeta se enfrentaría eternamente la estrella, mientras que el otro siempre habría la cara lejos de él. Las únicas formas en que la vida potencial podría evitar ya sea un infierno o un congelador serían si el planeta tenía una atmósfera lo suficientemente gruesa como para transferir el calor de la estrella desde el lado diurno hacia el lado de noche, o si había un gigante gaseoso en el habitable zona, con una luna habitable, que se bloquea en el planeta en lugar de la estrella, lo que permite una distribución más uniforme de la radiación sobre el planeta. Se asumió largo que una atmósfera tan gruesa impediría la luz del sol llegue a la superficie, en primer lugar, la prevención de la fotosíntesis .
Este pesimismo se ha templado por la investigación. Los estudios realizados por Robert Haberle y Manoj Joshi de la NASA 's Centro de Investigación Ames en California han demostrado que la atmósfera de un planeta (que asumir incluyó gases de efecto invernadero CO 2 y H 2 O ) tiene por qué ser sólo 100 mbs, o el 10% de la atmósfera de la Tierra , por el calor de la estrella a realizar eficazmente a la lado de la noche. Esto está bien dentro de los niveles requeridos para la fotosíntesis, aunque el agua todavía quedaría congelado en el lado oscuro en algunos de sus modelos. Martin Heath de Greenwich Community College, ha demostrado que el agua de mar, también, podría ser distribuido de manera efectiva sin congelarse si las cuencas oceánicas eran lo suficientemente profundo como para permitir el flujo libre bajo la capa de hielo del lado nocturno. La investigación adicional, incluyendo una consideración de la cantidad de radiación fotosintéticamente activa-sugirieron que los planetas en sistemas de anclaje mareal enanas rojas pueden al menos ser habitable para las plantas superiores.
Otros factores que limitan la habitabilidad
El tamaño no es el único factor en la toma de las enanas rojas potencialmente aptos para la vida, sin embargo. En un planeta enana roja, la fotosíntesis en el lado nocturno sería imposible, ya que no volvería a ver el sol. Por el lado de día, porque el sol no se levanta o conjunto, las áreas en las sombras de las montañas se mantendrían así por siempre. La fotosíntesis como lo entendemos se complica por el hecho de que una enana roja produce la mayor parte de su radiación en el infrarrojo, y en la Tierra del proceso depende de la luz visible. Hay potenciales positivos a este escenario. Numerosos ecosistemas terrestres dependen de la quimiosíntesis en lugar de la fotosíntesis, por ejemplo, lo que sería posible en un sistema enana roja. Una posición estrella primaria estática elimina la necesidad de las plantas para dirigir las hojas hacia el sol, hacer frente a cambios en los patrones de sombra / sol, o cambian de la fotosíntesis a la energía almacenada durante la noche. Debido a la falta de un ciclo día-noche, incluyendo la débil luz de la mañana y la tarde, mucha más energía estaría disponible en un nivel de radiación dado.
Las enanas rojas son mucho más variables y violento que sus primos más estables, más grandes. A menudo están cubiertos de manchas estelares que pueden atenuar su luz emitida por hasta un 40% durante meses a la vez, mientras que otras veces que emiten llamaradas gigantescas que pueden doblar su brillo en cuestión de minutos. Dicha variación sería muy perjudicial para la vida, ya que no sólo destruiría cualquier moléculas orgánicas complejas que posiblemente podrían formar precursores biológicos, sino también porque sería soplar porciones considerables de la atmósfera del planeta.
Para un planeta alrededor de una estrella enana roja para mantener la vida, se requeriría un campo magnético que gira rápidamente para protegerlo de las bengalas. Sin embargo, un planeta anclaje mareal gira muy lentamente, por lo que no puede producir un geodinamo en su núcleo. Sin embargo, el período de la quema violenta del ciclo de vida de una enana roja se estima que sólo duran aproximadamente los primeros 1200 millones años de su existencia. Si un planeta formas lejos de una enana roja con el fin de evitar el bloqueo de las mareas, y luego migra hacia la zona habitable de la estrella después de este período inicial turbulenta, es posible que la vida puede tener una oportunidad de desarrollarse.
La longevidad y la ubicuidad
Hay, sin embargo, una de las principales ventajas que las enanas rojas tienen sobre otras estrellas como moradas de la vida: viven mucho tiempo. Tomó 4500000000 año ante la humanidad apareció en la Tierra, y la vida tal como la conocemos verá condiciones adecuadas para 1 a 2.3 mil millones de años más. Las enanas rojas, por el contrario, podrían viven durante miles de millones de años debido a que sus reacciones nucleares son mucho más lentos que los de las estrellas más grandes, lo que significa que la vida tendría más tiempo para evolucionar y sobrevivir.
Mientras que las probabilidades de encontrar un planeta en la zona habitable alrededor de cualquier enana roja específica son escasas, la cantidad total de la zona habitable alrededor de todas las enanas rojas combinadas es igual a la cantidad total de alrededor de estrellas similares al Sol debido a su ubicuidad. Además, esta cantidad total de la zona habitable durará más tiempo, porque las estrellas enanas rojas viven durante cientos de miles de millones de años, o incluso más tiempo en la secuencia principal.
Las estrellas masivas
La investigación reciente sugiere que grandes estrellas, mayor que ~ 100 masas solares, podrían tener sistemas planetarios que constan de cientos de planetas del tamaño de Mercurio dentro de la zona habitable. Estos sistemas también podrían contener las enanas marrones y las estrellas de baja masa (~ 0,1-0,3 masas solares). Sin embargo, los muy cortos periodos de vida de las estrellas de más de unas pocas masas solares serían apenas dar tiempo a que un planeta se enfríe, y mucho menos el tiempo necesario para una biosfera estable para desarrollar. Las estrellas masivas son así eliminados como posibles moradas para la vida.
Sin embargo, un sistema masivo estrellas podría ser un progenitor de la vida de otra manera - la supernova explosión de la estrella masiva en la parte central del sistema. Esta supernova se dispersará elementos más pesados en toda su vecindad, creado durante la fase en la que la estrella masiva se ha movido fuera de la secuencia principal, y los sistemas de las potenciales estrellas de baja masa (que todavía están en la secuencia principal) dentro de la antigua massive- sistema de la estrella puede ser enriquecido con la relativamente gran cantidad de los elementos pesados tan cerca de una explosión de supernova. Sin embargo, esto indica nada acerca de lo que se formarían tipos de planetas como resultado del material supernova, o lo que su potencial habitabilidad sería.
El vecindario galáctico
Junto con las características de los planetas y sus sistemas de estrellas, el medio ambiente galáctico más amplio también puede afectar la habitabilidad. Los científicos consideran la posibilidad de que determinadas zonas de las galaxias ( galaxias zonas habitables) se adaptan mejor a la vida de los demás; el Sistema Solar en el que vivimos, en el Espolón de Orión, en el filo de la Vía Láctea se considera que está en un lugar potencialmente favorables:
- No es en un cúmulo globular , donde inmensas densidades estrella son hostiles a la vida, dada la excesiva radiación y la perturbación gravitacional. Los cúmulos globulares también se componen principalmente de mayores, probablemente pobres en metales, estrellas. Por otra parte, en los cúmulos globulares, las grandes edades de las estrellas significaría una gran cantidad de la evolución estelar por el anfitrión u otras estrellas cercanas, que debido a su proximidad puede causar daño extremo a la vida en cualquier planeta, siempre que puedan formarse.
- No está cerca de una activafuente de rayos gamma.
- No está cerca del centro de la galaxia donde una vez densidades más estrellas aumentan la probabilidad de que la radiación ionizante (por ejemplo, delos magnetares ysupernovas). La También se cree agujero negro supermasivo que mentir en el centro de la galaxia que podría resultar un peligro para los órganos cercanos .
- La órbita circular del Sol alrededor del centro galáctico lo mantiene fuera del camino de los brazos espirales de la galaxia, donde la intensa radiación y la gravitación pueden dar lugar a la interrupción de nuevo.
Por lo tanto, la soledad relativa es en definitiva lo que necesita un sistema de cojinetes de vida. Si el Sol se llena de gente, entre otros sistemas, la posibilidad de ser fatalmente cerca de fuentes de radiación peligrosos aumentaría significativamente. Además, vecinos cercanos podrían alterar la estabilidad de varios cuerpos en órbita, como nube de Oort y el cinturón de Kuiper objetos, que pueden provocar una catástrofe si noqueado en el Sistema Solar interior.
Mientras hacinamiento estelar demuestra desventajoso para la habitabilidad, también lo hace el aislamiento extremo. Una estrella tan rica en metales como el Sol probablemente no habría formado en las regiones muy ultraperiféricas de la Vía Láctea dado una disminución en la abundancia relativa de los metales y una falta general de formación de estrellas. Por lo tanto, una ubicación "suburbana", como disfruta del Sistema Solar, es preferible a un centro de la galaxia o confines.
Otras consideraciones
Bioquímicas alternativas
Aunque la mayoría de las investigaciones de la vida extraterrestre comienzan con la suposición de que las formas de vida avanzadas deben tener requisitos similares para la vida como en la Tierra, la hipótesis de otros tipos de bioquímica sugiere la posibilidad de formas de vida que evolucionan en torno a un mecanismo metabólico diferente. En La evolución del extranjero , biólogo Jack Cohen y el matemático Ian Stewart argumentan astrobiología, basado en la hipótesis de la tierra rara, es restrictivo y poco imaginativo. Ellos sugieren que los planetas similares a la Tierra pueden ser muy raro, pero la vida compleja no basada en el carbono podían surgir en otros entornos. La alternativa más frecuentemente mencionado a carbono es la vida a base de silicio, mientras que el amoniaco se sugiere a veces como un disolvente alternativo al agua.
Las ideas más especulativas se han centrado en los cuerpos por completo diferentes de planetas similares a la Tierra. Astrónomo Frank Drake, un autor muy conocido de la búsqueda de vida extraterrestre, vida imaginada en una estrella de neutrones: submicroscópicas "moléculas nucleares" se combinan para formar criaturas con un ciclo de vida millones de veces más rápido que la vida de la Tierra. Llamado "imaginativo y la lengua en la mejilla," la idea dio lugar a representaciones de ciencia ficción. Carl Sagan , otro optimista con respecto a la vida extraterrestre, considera la posibilidad de que los organismos que están siempre en el aire dentro de la alta atmósfera de Júpiter en un documento de 1976 . Cohen y Stewart también previeron la vida, tanto en un entorno solar y en la atmósfera de un gigante de gas.
"Bueno Júpiter"
"Buenas Júpiter" son gigantes gaseosos, como el del Sistema Solar Júpiter , que orbitan sus estrellas en órbitas circulares lo suficientemente lejos de la zona habitable de no molestar, pero lo suficientemente cerca para "proteger" a los planetas terrestres en órbita cerca de dos maneras fundamentales. En primer lugar, ayudan a estabilizar las órbitas, y con ello los climas, de los planetas interiores. En segundo lugar, mantienen el Sistema Solar interior relativamente libre de cometas y asteroides que podrían causar impactos devastadores. Júpiter orbita alrededor del Sol en aproximadamente cinco veces la distancia entre la Tierra y el Sol Esta es la distancia aproximada que deberíamos esperar encontrar buenas Júpiter en otros lugares. Papel "cuidador" de Júpiter fue ilustrado dramáticamente en 1994, cuando el cometa Shoemaker-Levy 9 impactó el gigante; había gravedad joviana no capturado el cometa, bien podría haber entrado en el sistema solar interior.
Sin embargo, la historia no es de corte tan claro. Investigaciones recientes han demostrado que el papel de Júpiter en la determinación de la velocidad a la que los objetos golpean la Tierra es, por lo menos, mucho más complicado de lo que se pensaba. Mientras que para los cometas de largo período (que contribuyen sólo una pequeña fracción del riesgo de impacto con la Tierra) es cierto que Júpiter actúa como un escudo, que en realidad parece aumentar la velocidad a la que los asteroides y cometas de periodo corto son lanzados hacia nuestro planeta. Estaban ausentes Júpiter, parece probable que la Tierra sería realmente experimentar significativamente menos impactos de objetos potencialmente peligrosos. Por extensión, se está poniendo de manifiesto que la presencia de planetas similares a Júpiter ya no es necesario como un pre-requisito para la habitabilidad planetaria - de hecho, nuestras primeras búsquedas de vida más allá del Sistema Solar podrían estar mejor dirigidos a sistemas en los que no hay tal planeta tiene formado, ya que en esos sistemas, menos material será dirigido para impactar en los planetas potencialmente habitados.
El papel de Júpiter en la historia temprana del Sistema Solar está algo mejor establecida, y la fuente de mucho menos debate. Temprano en la historia del Sistema Solar, Júpiter es aceptada como haber jugado un papel importante en la hidratación de nuestro planeta: se aumentó la excentricidad de las órbitas del cinturón de asteroides y permitió a muchos a cruzar la órbita de la Tierra y suministrar el planeta con los volátiles importantes. Antes de la Tierra llegó a la mitad de su masa actual, cuerpos helados de la región de Júpiter-Saturno y pequeños cuerpos del cinturón de asteroides primordial suministra agua a la Tierra debido a la dispersión gravitacional de Júpiter y, en menor medida, de Saturno . Así, mientras que los gigantes gaseosos son ahora útil protectores, que fueron una vez los proveedores de material de habitabilidad crítico.
Por el contrario, los cuerpos del tamaño de Júpiter que orbitan muy cerca de la zona habitable, pero no en el mismo (como en 47 Ursae Majoris ), o tienen una órbita altamente elíptica que cruza la zona habitable (como 16 Cygni B ) hacen que sea muy difícil para un planeta Earthlike independiente que exista en el sistema. Ver la discusión de una zona habitable estable arriba. Sin embargo, durante el proceso de migración en una zona habitable, un planeta del tamaño de Júpiter puede capturar un planeta terrestre como una luna. Incluso si un planeta está inicialmente débilmente unida y siguiendo una órbita muy inclinada, las interacciones gravitatorias con la estrella pueden estabilizar la luna nueva en una órbita cercana, circular que es coplanar con la órbita del planeta alrededor de la estrella.
El impacto de la vida en la habitabilidad
Un complemento de los factores que apoyan el surgimiento de la vida es la idea de que la vida misma, una vez formado, se convierte en un factor de habitabilidad en su propio derecho. Un ejemplo de la Tierra importante fue la producción de oxígeno por la antigua cianobacterias, y, finalmente, la fotosíntesis las plantas, lo que lleva a un cambio radical en la composición de la atmósfera terrestre. Este oxígeno resultaría fundamental para la respiración de las especies animales más tarde. La hipótesis de Gaia, una clase de modelos científicos de la geo-biosfera por primera vez por Sir James Lovelock en 1975, argumenta que la vida en su conjunto se fomenta y mantiene unas condiciones adecuadas para sí misma, ayudando a crear un medio ambiente planetario adecuado para su continuidad. Del mismo modo, David Grinspoon ha sugerido un "Mundos Vivir hipótesis" en la que nuestra comprensión de lo que constituye la habitabilidad no puede separarse de la vida ya existente en un planeta. Los planetas que están geológica y meteorológicamente vivos son mucho más propensos a ser biológicamente vivos, así y "un planeta y su vida co-evolucionar."
