Origen de la dicotomía entre mundos océano y planetas secos

Nuestra Tierra tiene sólo un 30% de su superficie que son continentes (tierra) y un 70% de océanos por lo que para algunos habría que cambiarle el nombre. Sin embargo, a pesar de las apariencias, nuestro planeta es un mundo con un contenido pobre en agua. Comparémoslo con Encélado y Europa dos satélites de Júpiter y Saturno respectivamente. La Tierra tiene un volumen 16.540 veces Encélado y 67,4 veces Europa. Sin embargo sus contenidos en agua son sólo 31,8 y 0,5 respectivamente. A la proporción la Tierra tiene 520 y 135 menos agua que estos dos satélites. Sólo el 0,13% en volumen de la Tierra es agua frente al 67,6% de Encélado y el 17,5% para Europa. Si la Tierra tuviese el mismo porcentaje de agua que Encélado y Europa en vez de una capa uniforme de agua de 2,74 km. sus océanos tendrían un espesor de 1.435 km. y 372,5 km. respectivamente. Realmente auténticos mundos océano como alguno de los planetas extrasolares descubiertos.

Se puede decir que la Tierra y mucho más los otros planetas internos del Sistema Solar como Marte, Venus y Mercurio son mundos pobres en agua o secos.

El prototipo de planeta océano es GJ 1214 b descubierto en 2009 mediante el método del tránsito. Orbita cada 38 horas una pequeña estrella enana roja situada a 42 años luz del Sistema Solar. El planeta tiene una masa 6,4614 Mt con 2,6665 Rt y una densidad de 1,878 gr/cm³ sugiriendo que en la composición está rodeado de una densa atmósfera. Las observaciones son coherentes con una atmósfera compuesta en más del 50% por vapor de agua. Una Tierra hipotética del tamaño de nuestro planeta, formado por una Tierra de composición idéntica a nuestro planeta y radio 4.935 Km y una envoltura de agua de 1.435 Km. tendría una masa de 0,5603 Mt y una densidad media de 3,08 gr/cc. Es decir no llegaría a ser una planeta océano como GJ 1214 b. Para que esa Tierra hipotética tuviese la densidad de GJ 1214 b el planeta tendría una masa 0,3412Mt y una profundidad oceánica de 2.675 km. El cálculo es rudimentario y no tiene presente la compresión del material. Una Tierra de 4.935 Km. de radio y la misma composición tiene una densidad media inferior a 5,5 gr/cc y rodeada de un océano de agua de tal profundidad la densidad de ésta es mayor que 1. Es decir los dos hechos se compensan parcialmente. No se ha considerado la existencia de atmósfera. Quizá no todo el radio medido de GJ 1214 b sea planeta e incluya algo de atmósfera lo que aumentaría la densidad media de GJ 12 14 b.

1.- Componentes del núcleo: Isótopos

Un átomo está formado por un pequeño núcleo cargado positivamente, que contiene protones y neutrones (llamados colectivamente nucleones o bariones) rodeados por una multitud de electrones cargados negativamente. La carga del electrón y del protón es la misma pero de signo contrario y es la mínima unidad de carga libre de la naturaleza. El protón y el neutrón tienen aproximadamente la misma masa, mientras que la masa del electrón es 1836 veces menor que la del protón. Así que en un átomo el núcleo es con mucho el responsable de la masa. Todos los núcleos de un elemento dado tienen el mismo número de protones. El hidrógeno, el elemento más liviano, tiene 1; el helio, 2; el carbono tiene 6 y el hierro tiene 26. Los isótopos son átomos que tienen el mismo número de protones y por tanto, representan el mismo elemento químico pero con diferente número de neutrones. Se llaman así porque en la tabla periódica ocupan el mismo lugar. El hidrógeno, por ejemplo, tiene tres isótopos: el hidrógeno normal con un sólo protón; el deuterio, con un protón y un neutrón; y el tritio, con un protón y dos neutrones. El carbono con 6 protones, tiene isótopos con 6, 7 u 8 neutrones en el núcleo. El oxígeno con ocho protones, tiene tres isótopos con ocho nueve o diez neutrones. Los isótopos se designan generalmente por el símbolo del elemento y el número de masa atómica, que no es más que la suma de los números de protones y neutrones. Por ejemplo C-12, C-14, O-16, O-17, O-18 Al-26 y Al 27. 

La química depende de la estructura de la corteza electrónica del átomo. Los isótopos tienen la misma estructura electrónica. Se dice con bastante frecuencia que las propiedades químicas de los isótopos de un elemento son idénticas aunque esta afirmación es una aproximación. Por eso los isótopos son tan difíciles de separar y se hace con centrifugadoras para aprovechar su diferencia de masa. La proporción O-17 a O-16 y O-18 a O-16 por depender siempre la separación química de los isótopos de la masa atómica, sigue una norma sencilla. Si la relación de O-17 a O-16 aumenta ligeramente como consecuencia de un proceso químico, la relación de O-18 a O-16 debe aumentar el doble de esa cantidad ya que la diferencia de masa es el doble. La diferencia química de los isótopos se debe pues a su masa y la ligera influencia que tiene sobre la velocidad de reacción o el equilibrio químico. Por ejemplo la velocidad a la que se incorporan los isótopos más pesados del oxígeno a los sedimentos es sensible a la temperatura. Esto permite calcular la temperatura de los antiguos océanos.

Las abundancias relativas de isótopos se mantienen constantes con gran aproximación. El oxígeno terrestre es 99,756 por cien de O-16, 0,039 por cien de O-17 y 0,205 por cien de O-18. La abundancia de isótopos (composición isotópica) en cada planeta es distinta y constituye una huella dactilar de éstos. En la atmósfera las moléculas pesadas del vapor de agua del planeta tienen más dificultad para escaparse por eso hay un enriquecimiento de las moléculas más pesadas respecto a las más ligeras que altera la composición isotópica, pero que dan idea de las pérdidas de agua producida en el planeta. Este es uno de los procesos que la naturaleza utiliza para separar isótopos y que cada planeta tenga una relación isotópica distinta. 

Se podría pensar que como los protones tienen la misma carga y por tanto se repelen no pueden estar juntos en el núcleo que es muy pequeño. Pero protones y neutrones están unidos gracias a la fuerza nuclear llamada fuerza fuerte que a esas distancias supera con creces la repulsión eléctrica. La energía de la unión hace que la masa de un átomo sea ligeramente menor que la suma de las masas de los nucleones y los electrones por separado. El Universo empezó con los protones y neutrones libres deambulando a gran velocidad y cuando la temperatura bajó, ambos se fusionaron formando núcleos. Sin embargo al principio sólo podía haber choques dobles y la formación no llegó más allá del helio. Fue dentro de las estrellas o en la explosión de supernovas donde se formaron los primeros 92 elementos, compuestos por varios centenares de isótopos distintos, que han sido observados en la naturaleza. Es decir, los elementos que son absolutamente estables. Los núcleos que son radiactivos se transforman espontáneamente en otros núcleos estables expulsando partículas. Existe un proceso común de desintegración, llamado desintegración 𝛃-, en el que un neutrón expulsa un electrón, transformándose con ello en un protón. Con ello se trasforma en otro elemento de un número atómico una unidad mayor pero de la misma masa. Por ejemplo los núcleos de tritio (un protón, dos neutrones) se transforman espontáneamente en núcleos de helio (dos protones, un neutrón). Los núcleos más inestables se desintegran en pequeñas fracciones de segundo, desapareciendo casi instantáneamente. Otros, como el carbono-14, tienen tiempos de vida de varios miles de años. El Al-26 es inestable y se descompone en Mg-26 con un periodo de 717.000 años. Y algunos, como el uranio-238 (92 protones y 146 neutrones), pueden durar miles de millones de años. Por regla general, los isótopos estables de los elementos más livianos, tienen igual número de protones y neutrones y entre los elementos más masivos, como el uranio, los neutrones sobrepasan a los protones en un 50%. Los núcleos con muy pocos o con demasiados neutrones son radiactivos y se desintegran espontáneamente en otros elementos. En el laboratorio es posible producir isótopos de vida corta, pero los elementos que vemos en la naturaleza son los que han sobrevivido desde la época de su formación hasta el presente. De éstos, sólo unos pocos son radiactivos y tienen vidas de miles de millones de años. La conclusión que podemos extraer de todo esto es que los elementos se formaron miles de millones de años atrás. Hay, no obstante, algunas excepciones. El C-14 puede ser encontrado en el aire que respiramos, aunque se desintegra en unos 6.000 años. Se produce cuando los rayos cósmicos del espacio bombardean los núcleos de la atmósfera superior de la Tierra. Este hecho permite la datación radioactiva.

Aunque las relaciones isotópicas no quedan muy alteradas por los procesos químicos se puede esperar que las relaciones isotópicas originales (o anómalas con las observadas en la Tierra) sólo existan en cuerpos que han sufrido desde el origen pocas modificaciones. Es decir, para encontrar relaciones isotópicas originales de la nube primordial hay que recurrir a rocas que no han sufrido como en los planetas transformaciones físicas o químicas que las hayan alterado. Las mejores fuentes de materia del Sistema Solar primitivo son los cometas y los meteoritos. De los dos el más accesible son los meteoritos. Entre los meteoritos las condritas carbonáceas son los más primitivos.

2. El origen del Sistema Solar

Las estrellas se forman a partir del gas y el polvo interestelares. Todavía no hemos descubierto una estrella que no contenga ningún elemento pesado. Las explosiones de supernova esparcen elementos pesados enriqueciendo el gas del que se formarán otras estrellas. 

En las regiones de una galaxia en las que la formación y la muerte de estrellas son más frecuentes, se espera encontrar estrellas ricas en metales. Estos metales son básicamente los que forman la Tierra que no tiene ni hidrógeno ni helio. Como diría Carl Sagan: Somos polvo de estrellas. Las explosiones estelares llamadas supernovas son sucesos raros: entre los cien mil millones de estrellas de nuestra galaxia se producen probablemente tres supernovas por siglo, aunque la mayoría de las supernovas están tan lejos que el polvo interestelar las hace invisibles.

Las estrellas se forman por la concentración de las nubes de gas interestelar que lentamente disminuyen de tamaño por la acción de su autogravedad. Un factor desencadenante posible podría ser la explosión de una supernova cercana. La onda de choque generada en una explosión de una supernova podría recoger y comprimir el gas, acelerando así la contracción de la nube y favoreciendo la formación de estrellas.

El Sol parece que se formó en un enjambre formado por un mínimo de 1.500 y un máximo de 3.500 estrellas, que luego se dispersaron por la galaxia de la Vía Láctea.

Los elementos más pesados en las nubes de polvo y gas que se reunieron para formar el Sol y los planetas fueron expulsados por supernovas a lo largo de un periodo de varios miles de millones de años. Los elementos más ligeros en las nubes, es decir, hidrógeno y helio, preexistían en su mayor parte. El contenido de la materia expulsada difería probablemente de una supernova a otra, pero en el tiempo en que el Sistema Solar comenzó́ a formarse, los restos de las distintas supernovas se habían entremezclado formando nubes de composición homogénea.

El descubrimiento de concentraciones anómalas de ciertos isótopos en meteoritos indica que una supernova puede haber presidido el nacimiento del Sistema Solar. Parece que una enorme estrella explotó a distancias de sólo 0,07 años luz en la época en que el Sistema Solar se condensó y pudo provocar el colapso. Si otras nebulosas muy anteriores también estallaron su contenido de materia expulsada se habían entremezclado formando nubes de composición homogénea.

3. Los meteoritos

Los indicios provienen de la medida de la abundancia de varios isótopos de ciertos elementos hallados en los meteoritos y en particular en el de Allende. Hace ahora 50 años, el 8 de febrero de 1969, a menos de medio año de que el hombre pusiese pie en la Luna y cuando los laboratorios esperaban ansiosos las muestras para su análisis, una bola de fuego atravesó el cielo de Chihuahua, al norte de México. Se cree que la roca original debió haber tenido el tamaño de un automóvil viajando a través del espacio con rumbo a la Tierra a poco más de 15 kilómetros por segundo. Casi dos toneladas de sustancia primordial, remanente de la formación del Sistema Solar se esparcieron sobre una zona de 50 km. de largo y varios km. de ancho. Eran fragmentos de un meteorito que se había roto en pleno vuelo en tamaños de pelotas de golf. Antes de la caída del Allende los meteoritos de este tipo eran raros. La datación del meteorito permitió saber que su edad era de 30 millones de años más que la Tierra.

Se descubrió́ un isótopo extraño como el Al-26 de vida media muy corta, así como los elementos de su descomposición Mg-26 parece indicar que proceden de una estrella supernova que explotó casi al mismo tiempo que se formó el Sistema Solar. Esta relación no es casual pues probablemente fue su onda de choque la que provocó el colapso de la nube protoplanetaria. La materia que expulsó no tuvo tiempo de mezclarse con la nube. El Al-26 radiactivo es tan inestable que la única explicación a su presencia en el Sistema Solar es que haya sido sembrado en la nube protosolar justo al principio de su evolución . El Al-26 sólo se genera en supernovas.

El Al-26 se descompone en Mg-26 en una reacción radioactiva de vida media 717.000 años. Cada vida media el Al-26 restante es la mitad. Ello explica que actualmente en el meteorito no quede Al-26. La reacción es una desintegración 𝛃+ en la que un protón del núcleo se convierte en un neutrón expulsando un positrón (antielectrón e+) y un neutrino electrónico. Entonces el elemento tiene un protón menos transformándose en Mg y sin cambiar la masa atómica. En cada transformación se consiguen 4 MeV de energía. Esto tendrá luego una importancia capital.

Aparte del Mg-26 también se encuentra en el meteorito de Allende la anomalía del O-16.

Las anomalías referentes a isótopos se pueden explicar admitiendo que se inyectara en el Sistema Solar materia procedente de una supernova que no se pudo mezclar completamente con la procedente de supernovas anteriores.

El aluminio tiene un solo isótopo estable el Al-27. Todo el aluminio de la Tierra esta formado lógicamente sólo por este isótopo. En el meteorito la cantidad de Mg-26 permite saber la cantidad inicial de Al-26. Pero el calculo no es tan sencillo. El magnesio puede proceder de otras fuentes. Este elemento tiene tres isótopos estables con abundancias Mg-24 (78,99%) Mg-25 (10%) y Mg-26 (11,01%). El magnesio 26 a considerar es el exceso sobre la abundancia normal. La cantidad observada era de un 11,5%. Quedaba por demostrar que este exceso procedía del Al-26 pues otras reacciones lo pueden producir. Pero, hay una relación lineal entre el contenido de Al/Mg en los minerales del material y el exceso en Mg-26. Si el Mg-26 tuviera otra procedencia esta relación no tendría sentido.

Esto permite calcular el Al-26 inicial: Había escasamente 1 átomo de Al-26 por cada 20.000 átomos de Al-27. También el tiempo entre que explotó la supernova y se formó el mineral: Habían transcurrido una pocas semividas (unos pocos millones de años). Si el Al-27 se hubiera descompuesto antes de incorporarse al mineral no se observaría la correlación entre el Al/Mg y el exceso de Mg-26.

Resumen:

El exceso de Mg-26, se produjo por la descomposición en el meteorito del Al-26 producido en una supernova que estalló cerca y pocos millones de años antes de que se formará el Sistema Solar

A finales de 2016 el equipo de Yong-Zhong Qian, de la Universidad de Minnesota en Estados Unidos, y Alexander Heger, de la Universidad Monash en Australia, decidió centrarse en unos núcleos atómicos radiactivos de corta vida, que sólo estuvieron presentes en nuestro Sistema Solar de manera natural durante la infancia de este. Las huellas encontradas en los meteoritos en el nuevo estudio señalan claramente a una supernova de baja masa como el objeto detonante del colapso de la nube. Ellos explican la abundancia de berilio-10, calcio-41y paladio-107.

4. Origen de los sistemas con planetas océano y pobre en agua

En febrero de 2019 T. Lichtenberg et. al. publicaron en Nature Astronomy el artículo titulado: A water budget dichotomy of rocky protoplanets from 26Al-heating donde los autores explican que el calor generado por el radionúclido Al-26 de corta duración, es decir los 4 MeV por núcleo trasformado deshidrata rápidamente los planetesimales antes de la acumulación en protoplanetas más grandes. Emplearon modelos numéricos de formación, evolución y estructura interior del planeta, para mostrar que la razón de agua con la masa y el radio de un planeta están anti-correlacionados con los niveles iniciales de Al-26 en el marco de una acreción basada en planetesimales. Niveles altos del isótopo suponen un planeta pobre en agua y con menos radio y al revés. Los planetas interiores del Sistema Solar son rocosos y pobres en agua porque una supernova al explotar cerca de la nube protosolar aportó Al-26 extra que en su transformación en Mg-26 desprendió un calor que secó los planetesimales de los que se formaron los planetas. Sistemas formados con bajas cantidades de Al-26 forman planetas oceánicos.

Resumen: Cualitativamente, nuestros modelos sugieren dos escenarios principales de formación de sistemas planetarios: sistemas con concentraciones altos en Al-26, como nuestro Sistema Solar, forman planetas pequeños y sin agua, mientras que los que carecen de Al-26 predominantemente forman mundos oceánicos, con radios medios del planeta hasta aproximadamente un 10% más grandes.

Sin embargo, la distribución de los planetas similares a la Tierra sigue siendo insuficientemente limitada, y no está claro si el Sistema Solar es un dato estadístico o puede explicarse mediante procesos de formación planetaria más generales.

Fig. 1 Proceso de acreción según el contenido en Al-26

5. Comunicado de prensa

Al presentar sus resultados a la prensa los astrónomos Tim Lichtenberg, del NCCRPS (National Centre of Competence in Research PlanetS) en Suiza, Michael Meyer de la Universidad de Michigan, y Christoph Mordasini, profesor de la Universidad de Berna, primero, cuarto y séptimo firmantes del artículo, declararon: 

¿Somos muy afortunados? ¿O hay algo más que distingue los sistemas planetarios como el Sistema Solar de otros?. El pensamiento actual cree que la mayor parte de su agua de la Tierra procede planetesimales muy ricos en agua. Pero si un planeta terrestre acreta mucho material de más allá de la llamada línea de hielo, recibe demasiada agua. Pero, si estos planetesimales se calientan desde el interior, parte del contenido de hielo inicial de agua se evapora y escapa al espacio antes de que pueda ser agregado al planeta. La causa del secado de los planetesimales es exactamente el calor radiactivo. La presencia de Al-26 durante la formación planetesimal puede hacer una diferencia de un orden de magnitud en los contenidos de agua planetarios entre estas dos especies de sistemas planetarios. Hay más preguntas, y el trabajo futuro será, por ejemplo, investigar cómo la deshidratación del Al-26 interviene en el crecimiento para formar planetas gigantes, como el  proto-Júpiter en el Sistema Solar temprano. Las predicciones cuantitativas de este trabajo ayudarán en un futuro a refinar las implicaciones del mecanismo de deshidratación del Al-26. Los investigadores están esperando ansiosamente el lanzamiento de las próximas misiones espaciales, las cuales permitirán descubrir exoplanetas de tamaño terrestre fuera de nuestro Sistema Solar. Estos ayudarán a la humanidad a comprender si nuestro planeta es único en su especie, o si hay una infinidad de mundos del mismo tipo que el nuestro propio, explica Lichtenberg.

Las simulaciones ayudan a resolver algunas preguntas, mientras plantean otras. Es genial saber que los elementos radiactivos pueden ayudar a secar el sistema húmedo y tener una explicación de por qué los planetas dentro del mismo sistema compartirían propiedades similares. Pero el calentamiento radioactivo puede no ser suficiente. ¿Cómo podemos explicar nuestra Tierra, que es muy seca, de hecho, en comparación con los planetas formados en nuestros modelos? Tal vez tener Júpiter donde estaba también era importante para mantener a la mayoría de los cuerpos helados lejos del Sistema Solar interno, dijo Meyer.

Luego usamos el llamado modelo Berna de formación y evolución de embriones planetarios para investigar qué tipo de planetas se forman a partir de los diferentes planetesimales, explica Christoph Mordasini.

La superficie sólida de la Tierra y su clima moderado pueden deberse, en parte, a una estrella masiva en el entorno de nacimiento del Sol. Sin los elementos radiactivos de esa estrella inyectados en el Sistema Solar temprano, nuestro planeta podría ser un mundo oceánico hostil cubierto de capas de hielo globales.

Todos los planetas tienen un núcleo, manto y corteza. Si el contenido de agua de un planeta rocoso es significativamente mayor que en la Tierra, el manto está cubierto por un océano global profundo y una capa de hielo impenetrable en el fondo del océano.(?) Esto evita procesos geoquímicos, como el ciclo del carbono en la Tierra, que estabilizan el clima y crean condiciones de superficie que conducen a la vida tal como la conocemos.

Los planetas internos terrestres de nuestro Sistema Solar aparecen, afortunadamente, muy secos porque demasiada agua puede ser perjudicial para la vida.

Fig. 2 Los sistemas planetarios nacidos en regiones densas y masivas de formación de estrellas heredan cantidades sustanciales de Aluminio-26, que secan los planetesimales antes de la acumulación (izquierda). Los planetas formados en regiones de baja formación de estrellas acumulan muchos cuerpos ricos en agua y crean mundos oceánicos (derecha). Crédito: Thibaut Roger.

Nosotros matizamos que cuando dice que un planeta océano es hostil para la vida se refiere a la vida humana. Nada impide que puedan vivir seres acuáticos. Tampoco entiendo cómo puede haber una capa de hielo en el fondo del océano. Esto se opone al hecho de que el agua presenta una dilatación anómala que hace que el hielo flote. He preferido no quitarlo y exponer mi extrañeza. No obstante sabemos que el agua presenta muchas fases según las condiciones de presión y temperatura y no nos extrañaría que en los planetas océano hubiera fases del agua no habituales en la Tierra. La obra La aptitud del ambiente de L.J. Henderson (1958) es un estudio clásico sobre las peculiares propiedades del agua.

En el pie de la figura 2 cambia sistemas planetarios cuya compresión de la nube protoplanetaria ha sido causado por una supernova por nacidos en regiones densas y masivas de formación de estrellas lo cual en principio es más general. Pero ignoramos que porcentaje de sistemas es producido por la explosión de una supernova, cual lo provoca la entrada de la nube en un brazo espiral de la galaxia, cuál a la autogravedad o si hay otro proceso. Además ello exige que el Al-26 se integre y seque los granos antes de la formación de planetesimales. Sólo así esto no representaría una nueva condición a la habitabilidad planetaria.

6. ¿Una nueva condición para la habitabilidad?

Ahora vamos a tratar de establecer, cuales son las condiciones o propiedades del planeta, necesarias para que surja la vida. Un planeta habitado o con vida será aquel en el que se den esas condiciones. Cómo no sabemos exactamente ¿qué es la vida? ni ¿cómo surgió? Estas condiciones son desconocidas.

Los planetas tienen unas características o propiedades que pueden ser intrínsecas, posicionales y derivadas (o secundarias).

Las propiedades intrínsecas incluyen masa, radio, periodo de rotación, edad y propiedades de la estrella en torno a la cual gira el planeta. Son todas astronómicas.

Las propiedades posicionales son la distancia a la estrella, inclinación del ecuador, excentricidad, sistema de satélites. Son todas astronómicas.

Las propiedades derivadas incluyen radiación recibida, temperatura efectiva, temperatura superficial, aceleración de la gravedad, presión atmosférica, estructura, composición interna, factores de marea, niveles de radioactividad, tectónica de placas, actividad volcánica, composición atmosférica, meteoritos y existencia de formas de vida. Son una mezcla de propiedades astronómicas y geobiológicas.

Entre las propiedades astronómicas destacan que el proceso de formación del sistema planetario llegue en algún momento de su existencia a una estabilidad gravitatoria mínima, y cierta estabilidad en los parámetros astronómicos, que permitan a la vida aparecer y evolucionar. La vida terrestre, en su extraordinaria complejidad y variedad, ha podido contar por tanto con un aliado irremplazable: la estabilidad. Una Luna para asegurar la adecuada orientación del planeta, un Júpiter para librarlo de asteroides intrusos, pero también una órbita circular que garantiza que se encuentre siempre a la misma distancia del Sol.

Entre las propiedades derivadas es importante que la masa y temperatura permitan el mantenimiento de una atmósfera; una masa, que permita la existencia de un núcleo de hierro fundido; y un periodo de rotación no demasiado largo, que permita la existencia de un campo magnético, que nos proteja de la radiación a altas energías de la estrella y proteja la atmósfera del planeta de perdidas catastróficas; debe haber un planeta dotado de una tectónica de placas, que permita el ciclo del CO₂, y hemos ya leído que esto se impide en los plantas océano.

El planeta debe tener presencia en su superficie de mares de agua líquida, que actúe como disolvente y permita las reacciones de las moléculas biológicas, con un pH cercano al neutro, es decir, ni básico ni ácido, para permitir el crecimiento de células. De esto los planetas océano van sobrados.

El plano del ecuador y el plano de la órbita de la Tierra forman un ángulo de 23 grados y 27 minutos de arco. El eje de rotación de la Tierra no está fijo, se va moviendo alrededor del polo de la órbita, describiendo un cono, con semiamplitud la antedicha y período de unos 25.800 años. Esto es lo que se llama precesión de los equinoccios. Este movimiento del eje de la Tierra es debido a la acción de las fuerzas conjuntas de la Luna y el Sol.

La inclinación del eje es la que causa las estaciones. Si es 0º no hay estaciones, si es 90º durante medio año un hemisferio se dirige a la estrella y es de día mientras el otro hemisferio es de noche; medio año después todo cambia. Determina también la latitud de los paralelos, que dividen las diferentes regiones climáticas del planeta: trópicos y casquetes polares. Para el hemisferio norte con una inclinación de 30º la zona tropical va de 0 a 30º, la zona polar de (90-30)º a 90º y de 30º a 60º la zona templada.

La Tierra, donde ha surgido la vida, tiene una inclinación muy estable que apenas varía 2º. Pero hay un culpable de esta estabilidad, la Luna. Si la Luna no existiera, el Sol causaría un periodo de precesión de 78.000 años, que coincidiría con el periodo de una perturbación de Júpiter sobre la Tierra. Entonces se produce una resonancia. Sin la Luna, el eje de rotación empieza a bambolearse peligrosamente hasta unos 60º. En Marte, que no tiene satélites grandes, el eje de rotación se inclina desde 15º a 45º en vez de los dos grados de variación de nuestro eje. La existencia de la Luna es fruto de la casualidad y que tenga una masa tan grande, como para estabilizar el eje, aún más. Los planetas terrestre no tienen satélites y si los tienen se deben a choques catastróficos. Es decir a casualidades.

Sin la existencia lunar, podría ser que en un cierto momento este ángulo fuera cero y no habría estaciones. Actualmente los casquetes polares están medio año sin luz. Si fuese de 90º el Sol estaría iluminando los casquetes todo el año. Se fundirían y los rayos de luz, que llegan ahora a los casquetes y se reflejan, ya no lo harían sino que serían absorbidos. El resultado sería catastrófico, la temperatura media de la Tierra aumentaría unos 50 grados.

Si la inclinación fuese de 60º, la zona del casquete se extendería hasta los 90-60=30º. Una gran parte de la Tierra es la que pasaría a estar oscura durante medio año, llegando el casquete polar a una latitud de 30º. La radiación sería reflejada en mayor proporción por los casquetes, produciendo una menor absorción de calor, con lo cual la temperatura podría disminuir otros 50 grados. De esta forma, gran parte del planeta sería inhabitable.

Sin la Luna habría un movimiento caótico, que en medio millón de años pasaría de una Tierra sin casquetes polares a otra, donde los casquetes polares llegarían hasta los trópicos y la temperatura fluctuaría unos 100 grados. La vida sería imposible para la especie humana. La inclinación adecuada del eje de rotación es vital para que haya estaciones y florezca la vida, pero una variación excesiva puede ser letal para su desarrollo.

La vida, a su vez, manipula al planeta, y no hace falta que su atmósfera contenga oxígeno, pues ya se encargarán las plantas de fabricarlo. 

Sin Júpiter, sin la Luna y sin una órbita estable y bastante circular, a la distancia adecuada del Sol, quizá no estaríamos escribiendo estas líneas.

Los astrónomos Tim Lichtenberg, Gregor J. Golabek, Remo Burn,  Michael Meyer et. al. añaden quizá inconscientemente una nueva condición de habitabilidad en el proceso de formación del sistema planetario. Ahora además de la existencia de un Júpiter que evite las extinciones masivas por los meteoritos, una Luna que estabilice la inclinación, debe haber una supernova que haga rico el entorno en Al-26 y evite los planetas océano. Claro que estamos hablado de vida pluricelular terrestre.

Rare Earth

En el año 2000 Peter Ward publica el libro Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe donde plantea que el surgimiento de vida pluricelular en la Tierra requirió la coincidencia de una gran cantidad de eventos y circunstancias astronómicos y geológicos. La hipótesis argumenta que la vida compleja extraterrestre es un fenómeno improbable y extremadamente raro.

Los defensores de esta hipótesis alegan que la vida en la Tierra, y en particular la vida humana, parece depender de una larga y extremadamente afortunada cadena de eventos y circunstancias, que bien podrían ser irrepetibles incluso en la escala cósmica. 

Argumentan que el cosmos, como un todo, está finamente diseñado para la vida, y que dentro de él, las peculiaridades terrestres hacen de nuestro planeta un punto muy especial. Combaten el principio de Copernico (opuesto al suyo) con base en los siguientes argumentos:

• La Tierra orbita una estrella no binaria, rica en metales, a la distancia justa para no ser el infierno de Venus ni tampoco ser un planeta congelado como Marte.
• La Tierra tiene la masa suficiente, para mantener una atmósfera, para que su corteza de silicatos tenga placas tectónicas y un núcleo de hierro, que permite el ciclo del dióxido y el campo magnético que protege la vida que en ella se desarrolla.
• Los planetas gigantes (Júpiter y Saturno) son un paraguas contra los choques frecuentes de asteroides, nos protegen de sin desestabilizar la órbita terrestre.
• Existe una cantidad ideal de agua para mantener una hidrosfera.
• Existe la Luna y es anómalamente masiva, creando mareas y estabilizando el movimiento axial de la Tierra. Según Jacques Laskar, esta importante característica es imposible de obtener sin una Luna como la nuestra.
• La ubicación galáctica de la Tierra es extraña e importante: No está en el centro de la galaxia ni en un cúmulo globular; no está cerca de una fuente activa de rayos gamma, ni en un sistema multiestelar, ni cerca de un púlsar, ni cerca de estrellas muy pequeñas, grandes, o que estén prontas a convertirse en supernovas. (Rare Earth, página 282).

Estas, entre muchas otras casualidades, separadamente pueden parecer triviales, pero juntas convierten a la Tierra en un lugar cósmicamente especial.

Sin embargo desde fines del siglo XX, y producto de nuevos descubrimientos, tales como la existencia de moléculas orgánicas en el espacio, la presunta existencia de un océano de agua líquida en Europa, o el demostrado hecho de que los planetas extrasolares son relativamente comunes, y de que por tanto algunos de ellos podrían presentar condiciones factibles para la vida, han hecho que esta hipótesis ya no sea compartida por buena parte de la comunidad científica.

Quizá la visión Rare Earth peque de un geocentrismo excesivo, pues en la misma Tierra la vida ha surgido en ambientes extremos y si se descubre vida en el Sistema Solar en satélites como Europa o Encélado, muchas de las necesidades aquí descritas se caen por su base.

Los seguidores de la paradoja de Fermi toman los nulos hallazgos de la búsqueda de señales inteligentes de vida como una indicación de lo erróneo del principio copernicano. La falta de contacto es interpretada a menudo como una escasez de inteligencia humanoide y no como una falta de planetas similares a la Tierra.

Si nos atenemos a la ortodoxia terrestre y a las causas que hacen que nuestro planeta sea tan propicio a la vida, podemos afirmar que ninguno de los planetas extrasolares descubiertos hasta la fecha cumple estas condiciones. Sin embargo, es posible que alguno de los gigantes gaseosos, que está en la zona habitable de la estrella y cuya órbita no sea demasiado excéntrica, albergue un satélite, cuya superficie este bañada por agua liquida y donde tal vez la vida haya podido surgir.

Principio copernicano 

Quizá debería llamarse Principio Giordano Bruno pues aunque Nicolás Copérnico estableció que era el Sol y no la Tierra el centro del Universo fue Giordano el que intuyó que cada estrella era un sol, sólo que muy lejano y rodeado de planetas que él imaginaba habitados.

El planteamiento tradicional del principio copernicano se base en: 

• En la antigüedad se pensaba que la Tierra era el centro del Sistema Solar, pero Copérnico propuso que el Sol cumplía este papel. Esta visión heliocéntrica fue confirmada años después por Galileo.
• En los años 1930, RJ Trumpler encontró que el Sistema Solar no era el centro de la Vía Láctea como se pensaba, y que, más bien, el Sol estaba en el extrarradio de ésta en uno de sus brazos espirales. 
• En la década de los 50 del siglo XX, George Gamow mostró que  la Vía Láctea es una más de las 100.000 millones que hay en un Universo. Que éste se expande, pero nuestra galaxia no es el centro de expansión del Universo.
• En 1933 Fritz Zwicky y posteriormente a finales de los años 1960 Vera Rubin, para probar la persistencia de un cúmulo de galaxias y la curva de velocidad de éstas respectivamente postularon que la materia bariónica de la que están hechas las galaxias, estrellas, planetas, etc. es residual y debe haber una materia oscura hasta ahora sólo detectable por sus efectos gravitatorios de naturaleza actualmente desconocida.
• En 1998 las observaciones de supernovas de tipo Ia muy lejanas, permitió a Saul Perlmutter, Adam Riess y Brian P. Schmidt descubrir la expansión acelerada del Universo, un especie de repulsión gravitatoria achacable a un ente todavía más extraño la energía oscura. El Universo se compone de un 5% de materia ordinaria, un 27 % de materia oscura y un 68% de energía oscura.
• En 1995 y siguientes Michel Mayor y Geoff Marcy mostraron que los planetas extrasolares, en torno a otras estrellas son muy comunes. Así el número de planetas es por lo menos tan grande como el número de estrellas del Universo: 20.000 trillones.

En resumen, el principio copernicano cree que la Tierra es un planeta relativamente ordinario orbitando una estrella ordinaria en una galaxia ordinaria.

Algunos defensores de SETI toman el principio de Copernico como una razón de peso para esperar abundancia de señales extraterrestres. Por ejemplo, Carl Sagan usaba el principio para sugerir que podría existir un millón de civilizaciones en la Vía Láctea. Hoy sabemos que en la galaxia debe haber unos 100.000 millones de planetas.

Son tantas las galaxias del Universo, las estrellas en la galaxia, los sistemas planetarios y los planetas, que, aunque su formación la presida el azar, aunque muchos planetas sean incompatibles con la vida, en muchos sistemas planetarios reine el caos durante toda su existencia, pueda haber aún sistemas con un final ordenado y estable, con su Júpiter protector y su Luna estabilizadores, si es que esto es necesario, en donde se puedan desarrollar condiciones aptas para la vida, sin ignorar que la vida se abre paso en un rango extremadamente ancho de casos, como vemos en nuestro propio planeta y quizá su aparición a nivel microscópico no sea tan exigente como el aquí esbozado.

Resumen:
Para mi, la vida unicelular debe ser común y debe surgir cuando se dan las condiciones físicas para ello (condiciones necesarias) y no cómo una cuestión de azar. Igual que la física, química o geología son universales, la biología debe serlo. Otra cosa distinta es la vida pluricelular o vida inteligente que se desarrolla en un pequeño o pequeñisimo porcentaje respectivamente de planetas habitados. Somos la primera generación que va a descubrir vida extraterrestre unicelular en los próximos 50 años. Espero no sea muy tarde y verlo. Donde, es otra cuestión.