¿Qué es la zona habitable? El caso de TRAPPIST-1

A fines de febrero recién pasado se anunció el descubrimiento de cuatro nuevos planetas alrededor de la estrella TRAPPIST-1. Sumados a los tres descubiertos en 2015, son siete los planetas rocosos que orbitan esta estrella, ubicada a unos 40 años luz de distancia de nosotros.

Ilustración artística del sistema TRAPPIST-1. Imagen: ESO

Uno de los puntos que más llamó la atención sobre este anuncio fue el hecho de que los siete planetas son “similares” a la Tierra, y que tres de ellos se ubican en la llamada “zona habitable” de su estrella. Este hecho por sí solo dio pie a que algunos medios llegaran a afirmar que estos tres planetas “albergarían agua líquida y vida”, algo de lo que aún no se tiene evidencia alguna.

El término “zona habitable” suele prestarse para confusiones y exageraciones que resultan muy alejadas de la realidad. Vamos a revisar a qué se refiere este término y usaremos el caso de TRAPPIST-1 como ejemplo de que son muchos más los factores que están en juego para determinar si un planeta tiene vida o no.

¿Qué es la zona habitable?

El término zona habitable define un área alrededor de una estrella dentro de la cual se alcanzan temperaturas entre los 0°C (273K, grados Kelvin) y los 100°C (373K). Es decir, la zona habitable corresponde al área alrededor de una estrella donde la temperatura promedio de los planetas que ahí se encuentren permitiría la existencia de agua líquida en su superficie.

La zona habitable del Sol

Suena sencillo, pero…

Para calcular la zona habitable alrededor de una estrella, generalmente se considera dicha estrella como la única fuente de energía del planeta. Midiendo la radiación de la estrella y la distancia a la que el planeta se encuentra, se calcula la temperatura promedio que el planeta debería tener. Sin embargo, esta definición es demasiado simple y no toma en cuenta otros diversos factores que pueden estar afectando la temperatura del planeta.

Por ejemplo, en el caso del Sistema Solar, Venus está en la zona habitable si la definimos solo por temperatura. Pero sabemos que Venus es un ambiente inhóspito para la vida: su presión atmosférica 92 veces la de la Tierra, y su temperatura promedio de 462°C generada por el efecto invernadero que produce su atmósfera, hacen imposible la presencia de agua líquida en su superficie. No es necesario salir de nuestro vecindario para encontrar un ejemplo de que estar en la zona habitable no implica la presencia de agua líquida, y mucho menos de vida.

Otros factores para la habitabilidad

La existencia de agua líquida en un planeta no depende sólo de la cantidad de energía que recibe de su estrella. Como ya vimos en el caso de Venus, la presión atmosférica también juega un rol importante para la presencia de agua. Algunos de estos otros factores son:

Efecto invernadero: el dióxido de carbono en la atmósfera de un planeta genera el ya conocido efecto invernadero, debido al cual gran parte de la radiación recibida desde la estrella no puede escapar de la superficie del planeta. Esto hace que la temperatura de dicho planeta sea mucho mayor que la que se obtiene calculando sólo la energía que recibe de su estrella. Es este efecto el que impide la presencia de agua líquida en Venus, y si la Tierra tuviese más de dióxido de carbono en su atmósfera, tendríamos que moverla a la posición de Marte para que pudiera albergar agua líquida en su superficie.

El efecto invernadero ocurre cuando una atmósfera muy densa no permite que la energía salga del planeta, aumentando mucho la temperatura superficial de éste

Albedo: se le llama albedo al nivel de reflectividad de la superficie de los planetas o cuerpos celestes. Un cuerpo que refleja gran parte de la luz que recibe de su estrella tiene un albedo alto; por el contrario, los cuerpos que absorben la mayoría de la energía que reciben tienen un albedo bajo. Un cuerpo con albedo bajo puede tener una temperatura mucho mayor que uno con albedo bajo, incluso si ambos reciben la misma energía de su estrella. Si la Tierra tuviera un albedo menor o mayor, tendríamos que mover su ubicación para que siguiera estando en la zona habitable.

Planetas “similares a la Tierra”

Otro error que se comete al divulgar este tipo de descubrimientos es darle mucha importancia al hecho de que los planetas son “similares a la Tierra”. Tanto en los medios como en nuestra imaginación esto puede significar muchas cosas, pero lamentablemente, en términos astronómicos, significa solo una: que los planetas de TRAPPIST-1 son de densidad y tamaño similares a los de Tierra.

Tamaños de los planetas del sistema TRAPPIST-1 (abajo) comparados con los cuatro planetas rocosos del Sistema Solar (abajo). Imagen: ESO

La observación de planetas extrasolares aún es muy compleja, y algunos de los parámetros que se pueden estimar más fácilmente son el tamaño y la masa de ellos, y por consecuencia su densidad. Generalmente, las categorías que escuchamos para nombrar los exoplanetas (como ‘super Tierra’, o ‘giant Neptune’) tienen relación con el tamaño y densidad de los planetas, no directamente con su composición. Por ejemplo, un exoplaneta con una densidad similar a la de la Tierra podría tener una composición rocosa similar a la nuestra, o podría tener un núcleo rocoso y metálico denso cubierto por capas de hielo y gas.

Que un exoplaneta sea similar a la Tierra sólo significa que son similares en tamaño, masa y densidad, y no que tenga agua líquida o una composición igual a la de nuestro planeta.

El caso de TRAPPIST-1

Si bien en muchos titulares se ha presentado a TRAPPIS1-1 como un sistema planetario similar al nuestro, pero en realidad son bastante diferentes. Existen muchos tipos distintos de estrellas y de planetas que pueden formarse alrededor de ellas; no solo porque TRAPPIST-1 tenga un número de planetas similar al del Sistema Solar quiere decir que los sistemas se parezcan.

De partida, TRAPPIST-1 es una estrella muy diferente al Sol: es un poco más grande que Júpiter, pero tiene 80 veces más masa que dicho planeta. Este tipo de estrella se conoce como Enanas M Ultrafrías, son miles de veces menos brillantes que el Sol, pero mucho más comunes en el Universo.

Comparación de tamaño y color entre el Sol y TRAPPIST-1. Imagen: ESO.

El planeta más externo del sistema de TRAPPIST-1 se ubica cinco veces más cerca de su estrella que Mercurio lo está del Sol, y completa una órbita en solo 20 días. El sistema planetario completo de TRAPPIST-1 entraría cómodamente dentro de la órbita de Mercurio. Los planetas del sistema están tan cerca unos de otros que están constantemente causando perturbaciones gravitacionales en sus órbitas, y si estuvieras en uno de ellos podrías ver al planeta vecino en el cielo de tamaño dos veces más grande que la Luna llena (desde la Tierra vemos a los otros planetas del Sistema Solar como estrellas).

Comparación entre los tamaños del Sol y TRAPPIST-1, y la ubicación de los planetas de este sistema. ¡Mercurio no alcanza a aparecer en esta imagen a escala! Está 6 veces más lejos que el planeta 1h. Imagen: ESO

Desde alguno de estos planetas, su estrella TRAPPIST-1 se vería en el cielo como un disco 10 veces más grande que el Sol, pero no sería más brillante que éste durante un atardecer. Además, lo veríamos inmóvil en el cielo: debido a que los planetas están tan cerca de su estrella, todos ellos están en una configuración que se llama acoplamiento de marea: los planetas de TRAPPIST-1 siempre muestran la misma cara a su estrella. Es el mismo fenómeno que hace que, desde la Tierra, siempre veamos la misma cara de la Luna. En el caso de un planeta, esto implica que una mitad de éste recibe luz y energía constantemente, mientras que la otra mitad nunca ve la luz de su estrella.

Y, como si fuera poco, la vida de su estrella también es complicada: si bien las estrellas como TRAPPIST-1 tienen una evolución más lenta y viven varios millones de años más que estrellas como el Sol, durante sus primeras etapas de evolución pasan por procesos energéticos muy violentos, caracterizados por fuertes llamaradas y vientos estelares, los cuales podrían fácilmente eliminar cualquier rastro de atmósfera o agua presente en un planeta cercano.

Estas son algunas de las razones por las que aún no se puede estimar cuán probable es la existencia de agua líquida en el sistema de TRAPPIST-1. Durante los próximos años, y sobretodo con el lanzamiento del telescopio espacial James Webb, se espera poder estudiar si existe atmósfera en alguno de estos planetas, y su composición. Por ahora, utilizando observaciones del Hubble, ya se ha descartado la presencia significativa de hidrógeno en dos de ellos. Con James Webb se debería poder detectar moléculas de carbono, e incluso agua, en estos mundos lejanos.

Todavía nos queda mucho por aprender de TRAPPIST-1 y sus pequeños planetas antes de poder hablar de agua en ellos, y falta mucho más aún para hablar de vida.

Fuentes y links de interés

4 thoughts on “¿Qué es la zona habitable? El caso de TRAPPIST-1

    • Hola Salvador,

      la verdad es que tanto la NASA como la ESO han sido bastante conservadoras al hacer el anuncio, tal como lo son los astrónomos que publicaron el descubrimiento. Las publicaciones científicas sobre este tema dejan bien en claro que la posibilidad de vida es baja y que aún quedan muchos estudios por hacer antes de determinar la presencia de agua. Son los medios de comunicación los que, lamentablemente, hacen un mal trabajo transmitiendo los resultados científicos al público, utilizando titulares sensacionalistas que muchas veces confunden y desinforman.

      ¡Saludos!

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