Ubicado en el corazón del Centro de Simulación Climática de la NASA (NCCS), parte del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, se encuentra la supercomputadora Discover, un grupo de 129,000 núcleos de procesadores basados en Linux. Esta supercomputadora, que es capaz de realizar operaciones de 6.8 petaflops (6.8 billones) por segundo, tiene la tarea de ejecutar modelos climáticos sofisticados para predecir cómo será el clima de la Tierra en el futuro.
Sin embargo, el NCCS también ha comenzado a dedicar parte del poder de supercomputación del Discover para predecir cómo podrían ser las condiciones en cualquiera de los más de 4,000 planetas que se han descubierto más allá de nuestro Sistema Solar. Estas simulaciones no solo muestran que muchos de estos planetas podrían ser habitables, sino que son una prueba más de que nuestras propias nociones de "habitabilidad" podrían reconsiderar.
A pesar de la gran cantidad de descubrimientos de exoplanetas que han tenido lugar en la última década, los científicos aún se ven obligados a confiar en modelos climáticos para determinar cuál de ellos podría ser "potencialmente habitable". En la actualidad, explorar estos planetas a través de naves espaciales es completamente impracticable debido a las grandes distancias involucradas.
Como abordamos en un artículo anterior, tomaría entre 19,000 y 81,000 años llegar al sistema estelar más cercano (Alpha Centauri) utilizando los métodos y la tecnología actuales. Además, la observación directa de exoplanetas solo es posible en casos excepcionales utilizando los telescopios actuales, que generalmente involucran planetas masivos que orbitan sus estrellas a gran distancia. Estos planetas tienden a ser gigantes gaseosos y, por lo tanto, no son candidatos para la habitabilidad.
En cualquier caso, los astrónomos han descubierto que todos los planetas que se han observado más allá de nuestro Sistema Solar son de naturaleza bastante ecléctica. En su mayor parte, los 4.108 exoplanetas que se han confirmado hasta la fecha han sido gigantes gaseosos similares a Neptuno (1375), gigantes gaseosos similares a Júpiter (1293) o Super-Tierras (1273). Solo 161 exoplanetas han sido terrestres (también conocidos como rocosos o "similares a la Tierra") en la naturaleza, todos ellos encontrados alrededor de estrellas de tipo M (enana roja).
Como explicó Elisa Quintana, una astrofísica Goddard de la NASA que dirigió el equipo responsable del descubrimiento en 2014 de Kepler-186f, el primer planeta del tamaño de la Tierra en una zona habitable (HZ):
“Durante mucho tiempo, los científicos se centraron realmente en encontrar sistemas similares al Sol y la Tierra. Eso es todo lo que sabíamos. Pero descubrimos que existe toda esta diversidad loca en los planetas. Encontramos planetas tan pequeños como la Luna. Encontramos planetas gigantes. Y encontramos algunos que orbitan estrellas diminutas, estrellas gigantes y estrellas múltiples ".
El descubrimiento de planetas terrestres que orbitan dentro de las ZH de enanas rojas fue inicialmente una fuente de gran entusiasmo. Estas estrellas no solo son las más comunes en nuestro Universo: representan el 85% de las estrellas solo en la Vía Láctea, sino que se ha encontrado que varias orbitan estrellas que están muy cerca del Sistema Solar.
Esto incluye los tres planetas que orbitan dentro del HZ de TRAPPIST-1 (39.46 años luz de distancia) y Proxima b, el exoplaneta más cercano a la Tierra (4.24 años luz de distancia). Desafortunadamente, se han realizado numerosos estudios en los últimos años que han indicado que estos planetas tendrían dificultades para mantener una atmósfera viable con el tiempo.
En pocas palabras, el hecho de que son más pequeños y fríos significa que las enanas rojas tienen HZ que están mucho más cerca de sus superficies. Esto significa que cualquier planeta en órbita con el HZ de una enana roja es probable que esté bloqueado por las mareas con ellos, lo que significa que un lado está constantemente mirando hacia la estrella y en el extremo receptor de todo el calor, la radiación y el viento solar de la estrella.
Por lo tanto, si estos planetas podrían ser habitables o no, depende de una serie de factores, como la presencia de una atmósfera densa, la presencia de una magnetosfera y las abundancias químicas adecuadas. En lugar de poder ver los planetas directamente y determinar la existencia de estos ingredientes para la vida (alias biofirmas), los científicos confían en modelos climáticos para ayudar en la búsqueda de exoplanetas "potencialmente habitables".
Según Karl Stapelfeldt, el principal científico exoplanetario de la NASA con base en el Laboratorio de Propulsión a Chorro, la capacidad de modelar los climas en otros planetas es absolutamente esencial. hacia el futuro de la exploración espacial "Los modelos hacen predicciones específicas y comprobables de lo que deberíamos ver", dijo. "Estos son muy importantes para diseñar nuestros futuros telescopios y estrategias de observación".
En pocas palabras, el modelado climático implica crear una simulación de cómo será el clima de la Tierra (u otro planeta) en función de condiciones específicas y / o cambios ambientales. Durante años, este trabajo fue realizado por Anthony Del Genio, un científico del clima planetario recientemente retirado del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA. Durante su carrera, Del Genio realizó simulaciones climáticas relacionadas con la Tierra y otros planetas (incluido Proxima b).
Para recapitular, Proxima b es aproximadamente del mismo tamaño que la Tierra y al menos 1.3 veces más masivo. Orbita su estrella (Proxima Centauri) una vez cada 11.2 días terrestres y a una distancia de 0.05 UA (5% la distancia entre la Tierra y el Sol). A esta distancia, es probable que el planeta esté bloqueado gravitacionalmente a su estrella, con un lado constantemente expuesto a la radiación intensa de la estrella, mientras que el otro está sujeto a una oscuridad constante y temperaturas heladas.
Sin embargo, el equipo de Del Genio recientemente simuló posibles climas en Proxima b una vez más para probar cuántos resultarían en un ambiente cálido y húmedo capaz de soportar la vida. Curiosamente, estas simulaciones mostraron que planetas como Proxima b podrían ser habitables a pesar de estar bloqueados por la marea y toda la radiación a un lado está expuesta.
Para realizar estas simulaciones, el equipo de Del Genio utilizó la supercomputadora Discover para ejecutar un simulador planetario que ellos mismos desarrollaron, llamado ROCKE-3D. Este simulador se basa en una versión del modelo climático de la Tierra que se desarrolló por primera vez en la década de 1970 y que se actualizó para que pudiera simular climas en otros planetas, en parte en función de los tipos de órbitas que podrían tener y sus composiciones atmosféricas.
Para cada simulación, el equipo de Del Genio varió las condiciones en Proxima b para ver cómo afectaría su clima. Esto incluyó el ajuste de los tipos y cantidades de gases de efecto invernadero en su atmósfera, la profundidad, el tamaño y la salinidad de sus océanos, y la proporción de tierra a agua. A partir de esto, pudieron ver cómo circularían las nubes y los océanos y cómo la radiación del sol del planeta interactuaría con la atmósfera y la superficie de Proxima b.
Lo que encontraron fue que la capa de nubes hipotéticas de Proxima b actuaría como un escudo, desviando la radiación del sol de la superficie y bajando la temperatura en el lado orientado hacia el sol de Proxima b. Esto es consistente con la investigación realizada por los científicos Sellers Exoplanet Environments Collaboration (SEEC) en la NASA Goddard que mostró cómo Proxima b podría formar nubes tan masivas que cubrirían todo el cielo.
Como lo explicó Ravi Kopparapu, un científico planetario Goddard de la NASA que también modela los climas potenciales de los exoplanetas:
“Si un planeta está bloqueado gravitacionalmente y gira lentamente sobre su eje, se forma un círculo de nubes frente a la estrella, siempre apuntando hacia él. Esto se debe a la fuerza conocida como efecto Coriolis, que causa convección en el lugar donde la estrella está calentando la atmósfera. Nuestro modelo muestra que Proxima b podría verse así ”.
Junto con la circulación oceánica, este círculo de nubes también significaría que el aire y el agua cálidos pudieron moverse hacia el lado oscuro del planeta, logrando así la transferencia de calor y haciendo que todo el planeta sea más hospitalario. "Por lo tanto, no solo evita que la atmósfera del lado nocturno se congele, sino que crea partes en el lado nocturno que realmente mantienen el agua líquida en la superficie, a pesar de que esas partes no ven luz", dijo Del Genio.
Además de circular y mantener el calor, las atmósferas y las corrientes oceánicas también son responsables de distribuir gases y elementos químicos que son necesarios para la vida tal como la conocemos, por ejemplo. gas oxígeno, dióxido de carbono, metano, etc. Estos se conocen como "biofirmas", ya que son esenciales para la vida aquí en la Tierra o están asociados con procesos biológicos.
Sin embargo, "tal como lo conocemos" es la palabra clave aquí. En la actualidad, la Tierra sigue siendo el único planeta habitable conocido y las diversas formas de vida que soporta son los únicos ejemplos con los que estamos familiarizados. Como tal, la búsqueda de vida más allá de la Tierra se limita actualmente a la búsqueda de firmas biológicas que son necesarias (y asociadas con formas de vida conocidas). Esto es lo que llamamos el "enfoque de fruta de bajo perfil".
Además, la Tierra ha evolucionado considerablemente en los últimos miles de millones de años, al igual que las formas de vida que la han llamado hogar. Mientras que hoy, el gas oxígeno es esencial para las criaturas de mamíferos, habría sido tóxico para las bacterias fotosintéticas que prosperaron en una atmósfera predominantemente de dióxido de carbono y nitrógeno que existió en la Tierra hace miles de millones de años.
Entonces, si bien este tipo de modelado no puede decir con certeza si un planeta está habitado, ciertamente puede ayudar a reducir la búsqueda al mostrar qué candidatos son objetivos prometedores para las observaciones de seguimiento. "Si bien nuestro trabajo no puede decirle a los observadores si algún planeta es habitable o no, podemos decirles si un planeta está en el rango medio de buenos candidatos para buscar más", dijo Del Genio.
Esto será especialmente útil en los próximos años cuando los telescopios de próxima generación salgan al espacio. Estos incluyen el James Webb Space Telescope, que está programado para lanzarse en 2021, y el Wide-Field Infrared Space Telescope (WFIRST), que se lanzará en 2023. Junto con observatorios terrestres como el Extremely Large Telescope (ELT), estos Los instrumentos permitirán a los científicos observar directamente planetas más pequeños por primera vez.
Las coronografías como Starshade también marcarán una gran diferencia al ahogar la luz de las estrellas, que de lo contrario oscurece la luz reflejada por la atmósfera de un planeta. Estos y otros desarrollos significan que los astrónomos también podrán estudiar las atmósferas de los exoplanetas rocosos, lo que les permitirá finalmente decir con confianza qué planetas son "potencialmente habitables".
Asegúrese de ver esta animación de cómo podría verse el clima de Proxima b, cortesía del equipo de Del Genio y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA:
