¿Es la habitabilidad una consecuencia atmosférica?
Temperaturas templadas y un océano no siempre es garantía de habitabilidad
Articulo de Priscilla Nowajewski,
Habitability: An Atmospheric Consequence?, Science Trends, 2018.
http://dx.doi.org/10.31988/SciTrends.25454
Traducido por Priscilla Nowajewski
Entre los más de 3000 planetas extrasolares descubiertos, solo 20 de ellos son “Goldilock’s planets”, planetas que orbitan en la región que circunda a la estrella, lugar donde aumenta la probabilidad de presentar condiciones aptas para la habitabilidad.
En esta región, llamada Zona Habitable, la distancia entre el planeta y la estrella permite la existencia de temperaturas templadas donde el planeta puede presentar un océano con superficie liquida, la condición mínima de habitabilidad.
Habitualmente los planetas que están fuera de la Zona Habitable son descartados como habitables. Estos pueden estar muy cerca de la estrella, provocando la evaporación de su atmósfera por las altas temperaturas o estar muy lejos de la estrella, provocando una disminución de las temperaturas que congelan su superficie.
Pensando en las futuras exploraciones espaciales, será que las temperaturas templadas y la existencia de un océano líquido, aseguran la habitabilidad del planeta?.
Una forma de estudiar si planetas con características similares a la Tierra (planetas tipo Tierra), son habitables, es considerando la habitabilidad como una consecuencia atmosférica.
La evidencia que provee el actual calentamiento global que afecta nuestro planeta, muestra que ciertas regiones se han vuelto inhóspitas debido al aumento de las temperaturas, provocando incluso la muerte de sus habitantes por hipertermia o choque de calor.
Los mamíferos usamos la evaporación como mecanismo de enfriamiento, así cuando se produce un aumento en la temperatura del aire junto a un aumento de la humedad relativa, dejamos de disipar el calor interno, provocando hipertermia o muerte por choque de calor. Sherwood et al., 2010 utilizó la temperatura de bulbo húmedo (Tw) cómo indicador atmosférico de habitabilidad en un escenario futuro del calentamiento global terrestre. Tw relaciona la temperatura del aire y la humedad relativa indicando que la muerte por choque de calor en los mamíferos se produce en regiones donde Tw > 35°C.
La Figura 1 muestra el cambio de Tw con respecto al aumento de la humedad en el ambiente para ciertos valores de la temperatura del aire.
Cuando la temperatura del aire es menor a 30ºC, no existe riesgo de hipertermia, incluso con un 100% de humedad relativa en el ambiente (región verde). Sin embargo, al aumentar la temperatura del aire sobre 40ºC, la hipertermia se produce con valores cada vez más bajos de humedad relativa (región rojo). En la Tierra, el Valle de la Muerte (EE.UU.) presentó el registro de mayor temperatura del aire alcanzando 56.7ºC, el 10 de julio de 1913. En dicha temperatura del aire, la hipertermia se produce con tan solo 20% de humedad en el ambiente.
De esta forma es evidente la importancia de la atmósfera al describir la habitabilidad de un planeta.
La actividad atmosférica de un planeta depende principalmente de la radiación de onda corta proveniente de la estrella que lo alberga. Esta radiación depende de la distancia entre el planeta y la estrella, y del tipo de estrella en sí, ya que esto determina la cantidad de radiación que recibe el planeta en el tope de su atmósfera. Sin embargo, cómo se distribuye la radiación latitudinalmente, depende de su forma y de la inclinación respecto de su órbita (oblicuidad).
En la Tierra, con una oblicuidad actual de 23.5º, la mayor absorción de radiación solar se observa en el Ecuador, provocando un aumento de temperatura en la región, la cual disminuye hacia los Polos. Esta diferencia de temperatura entre ambas regiones produce el movimiento de masas de aire al buscar un equilibrio entre ambas temperaturas. Producto de esto, observamos la presencia de una corriente en chorro por hemisferio, centrada en 30ºLat con dirección oeste — este, mecanismo que ayudan a mantener un clima templado. Si aumentamos la inclinación del planeta, la radiación que llega desde la estrella se distribuye de manera diferente latitudinalmente, provocando cambios significativos en la actividad atmosférica y por ende cambiando el clima del planeta. ¿Cómo afectaría este cambio a la habitabilidad de un planeta tipo Tierra? Para eso, utilizando un modelo de circulación general (PlaSim), simulamos la actividad atmosférica global variando la oblicuidad entre 30º y 90º de un planeta de agua tipo Tierra completamente cubierto por un océano líquido, sin continentes, que mantiene las características terrestres respecto a su tamaño y distancia a la estrella tipo Sol.
Los resultados arrojaron diferencias significativas en la actividad atmosférica del planeta de agua tipo Tierra producto del cambio en la distribución latitudinal de radiación entrante en el tope de la atmósfera, ya que las regiones con mayor absorción de radiación se invierten respecto a lo observado en la Tierra, así, a medida que aumenta la oblicuidad, la ocurrencia de mayores temperaturas se producen en los Polos. Sobre 54º, las masas de aire se mueven hacia el Ecuador, región con la menor temperatura, provocando el cambio en la dirección del régimen de vientos Un planeta de agua tipo Tierra con oblicuidad de 90º presenta una corriente en chorro cercana al Ecuador de gran intensidad con dirección este — oeste.
Finalmente, estudiamos la habitabilidad de estos planetas usando Tw.
La Figura 3 muestra el promedio por longitud de Tw para cada valor de oblicuidad, indicando entre 0% y 100% la cantidad de meses donde dichas latitudes son habitables.
Vemos que anualmente, los planetas con oblicuidades entre 30º y 54º permanecen en el rango habitable (Tw < 35ºC) durante todo el año y en todas las latitudes. Sobre 54º de oblicuidad se produce un aumento en la evaporación del océano provocando un aumento en la humedad relativa hacia los polos y disminuyendo su habitabilidad el 50% del tiempo. Solo la región cercana al Ecuador presenta una habitabilidad del 100% en planetas con alta oblicuidad.
Aplicando este estudio a nuestro planeta vemos que la región entre los 40º de latitud norte y sur se mantiene habitable durante todo el año. Sin embargo, la habitabilidad en la Tierra disminuye hacia los polos, aunque esto se debe a las bajas temperaturas y el riesgo de hipotermia es evitable. Es por eso que nuestro planeta es menos habitable que los planetas de agua tipo Tierra que simulamos, lo cual confirma la necesidad de contemplar tanto la temperatura del aire como la humedad del ambiente en las futuras misiones espaciales que estén pensadas en la colonización humana, ya que son factores atmosféricos que puede determinar la habitabilidad de planetas extrasolares.
Estos resultados están descritos en el articulo “Atmospheric dynamics and habitability range in Earth-like aquaplanets obliquity simulations” publicado en la revista Icarus en Enero de este año 2018.
Referencias:
1. Priscilla Nowajewski, Habitability: An Atmospheric Consequence?, Science Trends, 2018. http://dx.doi.org/10.31988/SciTrends.25454
2. Sherwood, S. C., & Huber, M. (2010). An adaptability limit to climate change due to heat stress. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(21), 9552–9555.
3. Nowajewski, P., Rojas, M., Rojo, P., & Kimeswenger, S. (2018). Atmospheric dynamics and habitability range in Earth-like aquaplanets obliquity simulations. Icarus, 305, 84–90.
