Por Julio Solís García (carontesg@yahoo.es). Agencia Estatal de Meteorología – Centro Meteorológico de Málaga
¿La vida inteligente es algo que se extiende por todo el Universo? ¿Es frecuente que se desarrolle la vida como parte de la evolución de los sistemas estelares? ¿Están las galaxias llenas de mundos civilizados, distintos e inimaginables, florecientes cada uno de ellos con su propio comercio y cultura adaptados a sus particulares circunstancias?…. Si es así, ¿por qué no hemos encontrado aún la menor evidencia de esta más que probable situación? ¿O será que estamos solos en el Cosmos, que somos un caso único, o uno de entre unos pocos y raros, que por una broma del destino ocupamos un perdido rincón del vasto Universo, junto a una insignificante estrella ordinaria de entre los cientos de miles de millones de estrellas que forman nuestra galaxia, la Vía Láctea, y que no deja de ser, a su vez, una de entre los cientos de miles de millones de galaxias que se estiman existen en el Universo?
Planetas extrasolares
“…existen innumerables soles y múltiples tierras, que giran alrededor de sus soles igual que nuestros siete planetas giran alrededor de nuestro Sol…. Estos mundos están habitados por seres vivos”. Giordano Bruno (1548-1600), quemado en Roma por hereje, por el Santo Oficio.
Hoy sabemos que la presencia de planetas orbitando alrededor de estrellas es algo frecuente, desde los años 90 del siglo pasado en que se descubrieron los primeros exoplanetas, el catálogo de los mismos no ha dejado de aumentar. El gran avance tecnológico de los últimos años ya nos permite detectar planetas similares a la Tierra en un número cada vez mayor de sistemas planetarios. Entre algunos de los que más interés han despertado se encuentran los sistemas planetarios ‘Cervantes’ (mu Arae), Próxima centauri, TRAPPIST-1, OGLE-2005-BLG390L, Kepler-186, Gliese581 o Kepler-452 entre otros muchos.
Una de las cuestiones más negativas respecto a estos últimos descubrimientos es que las estrellas principales de esos sistemas planetarios suelen ser estrellas enanas rojas, de tipo espectral K, pequeñas y frías, con una zona de habitabilidad estrecha y que lleva a los planetas situados en esa zona muy cercana a la estrella, a tener una rotación capturada (presentando siempre la misma cara a la estrella, tal y como lo hace la Luna respecto a la Tierra), lo que dificultaría mucho sus condiciones de habitabilidad, e incluso la aparición y el sostenimiento de la vida. Esas estrellas suelen ser también menos estables y regulares que las de un tipo similar a nuestro Sol.
Sin embargo, entre esos candidatos favorables empiezan a aparecer algunos que presentan condiciones más parecidas a las de la Tierra en nuestro Sistema Solar, como es el caso del sistema Kepler-452, con un planeta que gira en torno a una estrella enana amarilla de tipo espectral G2 ligeramente más grande que el Sol, con un radio orbital ligeramente superior (5%) y con un periodo de traslación de unos 384 días, estimándose que aún le quedan unos 400 millones de años para salir de la zona Goldilock de su estrella. El planeta en cuestión, Kepler-452b, está catalogado como una supertierra, algo mayor en tamaño y masa que nuestro planeta, y que se encuentra a una distancia de 1 828 años-luz en la constelación del Cisne. La estrella de este sistema planetario es una buena candidata, algo mayor, de más edad y con una metalicidad más alta que el Sol, se estima que pueda permanecer en la Secuencia Principal aún entre 2 000 y 3 000 millones de años.
De gran interés en el estudio de exoplanetas resulta el análisis espectral de su luz, en búsqueda de elementos en sus atmósferas directamente relacionados con la vida, denominados biofirmas. Para los exobiólogos resultan del mayor interés el CO2, aunque su origen no tiene por qué estar necesariamente relacionado con la vida; el vapor de agua, cuya presencia indicaría no tanto la existencia de vida como de un indicio favorable para la misma; el NH3 y N2O (amoníaco y óxido de nitrógeno) que en la Tierra se generan mediante procesos biológicos y que evidentemente contienen Nitrógeno. La detección de estos compuestos en concentraciones apreciables en una atmósfera planetaria indica la posible existencia de vida, aunque no son indicadores definitivos. Figura1
El CH4 (metano) es otro de los compuestos considerados “biofirmas”, que en nuestro planeta se produce fundamentalmente a través de la actividad de bacterias en los intestinos de muchos animales, aunque existen procesos no vinculados con la vida capaces de producirlo. La presencia simultánea de NH3, CH4, y N2O en la atmósfera de un planeta representa un indicio muy fuerte de la existencia de vida. Por otro lado, la presencia de oxígeno sería una señal prácticamente segura de la existencia de vida, pues aunque existen procesos abióticos capaces de producirlo, la única manera de mantenerlo en la atmósfera sería la generación constante mediante algún tipo de fotosíntesis o similar. Su carencia, en cambio, no aseguraría la ausencia de vida, pues se conocen muchos organismos anaerobios que subsisten sin oxígeno. El ozono (O3) también se considera una biofirma, al igual que el oxígeno, pues su función de protección ante la radiación letal proveniente de la estrella, hacen de este gas un elemento muy importante para el desarrollo de la vida.
Unas biofirmas concluyentes y definitivas serían las clorofilas, responsables de la fotosíntesis en las plantas, que utilizan la luz solar para producir hidratos de carbono y oxígeno a partir del dióxido de carbono y del agua. Sin embargo su detección es muy complicada, pues no resultan detectables a través del análisis espectroscópico de la luz y además hay que considerar que podrían existir otras variedades diferentes a las terrestres adaptadas a la diferente luz de su estrella. Existen otros muchos compuestos de origen biótico que apuntarían a la existencia de vida, pero cuya detección queda fuera de nuestro alcance actualmente.
En la Tierra se produjo una explosión de vida, desarrollándose en tremenda variedad de ambientes y manifestando formas que desafían y superan las surgidas de las mentes más imaginativas y fantasiosas. Sin embargo, toda esa enorme variedad y diversidad tiene como origen un único ‘modelo’ químico de entre todos los posibles; es de suponer que incluso con ese mismo modelo químico basado en el carbono y la presencia de agua, la biodiversidad en otros sistemas planetarios será aún mayor.
La evolución de los primitivos procesos químicos, precursores de la vida por selección natural, conducirían a una inmensa variedad de organismos, aunque podríamos acotar razonablemente los valores de algunas de sus características, por ejemplo, el tamaño de los organismos vivos debe tener un límite inferior, que les permita efectuar el mínimo de funciones metabólicas necesarias para su replicación continuada. En la Tierra el organismo más pequeño capaz de replicarse independientemente, denominado PPLO (organismos similares a los de la pleuroneumonía) tiene un tamaño de 10-5 cm . El límite superior para el tamaño de los animales que viven sobre tierra firme, está sujeto a diversos factores físico-mecánicos que les permitan soportar su propio peso, o que la velocidad de transmisión de los estímulos por su sistema nervioso sea lo suficientemente rápida como para responder a tiempo ante un peligro. En un animal demasiado grande, una señal de alarma percibida por sus receptores de luz que tarde demasiado en ‘ordenar’ a sus extremidades que se muevan, o que paren, para evitar un riesgo inminente, le podría costar la vida. Los animales grandes que vivan en un medio como el agua o una atmósfera muy densa podrían superar ese límite superior de tamaño, aunque seguirían existiendo unos límites por encima de los cuales el animal no podría desarrollarse adecuadamente. Existen otros muchos elementos que igualmente pondrían límites al tamaño de los animales, como por ejemplo su sistema respiratorio (si lo tuviera). Respecto al número de extremidades, por ejemplo, en la Tierra se dan animales con dos, cuatro, seis, o con un número mucho más alto de extremidades, e incluso sin patas, por lo que podríamos decir muy poco a este respecto para posibles animales extraterrestres. Figura 2
Parece razonable aventurar que en planetas en los que la gravedad superficial sea alta, los posibles animales que lo habiten serán de menor tamaño, con estructuras más robustas, bajas y gruesas, al contrario que en planetas con menor gravedad superficial. En cuanto a sus elementos receptores sensoriales, parece evidente que dependerían básicamente del medio en el que se desarrollaran, y que serían sensibles a frecuencias concretas del espectro electromagnético, a ciertos componentes de su atmósfera y mares, a la presión, y quizá al sonido.
Los medios para la adquisición, reprocesamiento y excreción del alimento, probablemente variarían mucho de un planeta a otro, según la naturaleza de la cadena alimenticia y la relación entre los distintos organismos. No parece que haya razón para suponer que tengan, en su caso, la misma o parecida combinación de funciones que en nuestra especie, donde los órganos vocales, respiratorios y auditivos están hasta cierto punto combinados, así como los de excreción y reproducción.
Cabría pensar que en cualquier planeta extrasolar de estructura similar a la de La Tierra, y en condiciones análogas dentro de su sistema planetario, podría desarrollarse la vida con nuestra misma base química, que diera lugar también a estructuras moleculares lo suficientemente grandes y complejas (equivalentes a nuestras proteínas) como para adaptarse a las necesidades de los tejidos vivos, y lo suficientemente estables como para poder conservar su estructura en condiciones diversas, aunque a la vista de lo ocurrido durante el desarrollo de la vida en nuestro planeta, con toda seguridad se producirían unas variaciones sorprendentes y distintas que darían lugar a seres de apariencia completamente exótica.
La vida se inició en los océanos y hasta las más diversas formas de vida en tierra firme todavía contienen entre el 50% y el 80% de agua. Cabe esperar que, si encontramos vida en planetas similares a La Tierra, en su base hallaremos proteínas, agua y ácidos nucleicos, aunque se manifieste en forma de seres con alas o tentáculos, diversidad de colores de piel o número de extremidades, y aspectos que nos resulten grotescos y muy extraños. En planetas con características diferentes es difícil aventurar las posibilidades de aparición de vida y su posible desarrollo. En condiciones de temperaturas ‘ambiente’ más bajas que en la Tierra, el papel del agua podría jugarlo el amoníaco, que se mantiene líquido a temperaturas muy por debajo del punto de congelación del agua, dando soporte a formas de vida completamente diferentes a las conocidas. Las proteínas, u otro tipo de macromoléculas similares, se volverían extremadamente perezosas a las temperaturas del amoníaco líquido, demasiado inertes para soportar las complejidades de los rápidos cambios requeridos por la vida (tal y como la conocemos), aunque por otro lado existen muchas estructuras químicas demasiado activas, inestables a temperaturas del agua líquida como para existir durante algo más de una fracción de segundo, y que a temperaturas inferiores podrían adquirir la estabilidad necesaria para constituir una base para algún tipo de vida.
A temperaturas por debajo del punto de congelación del amoníaco (-78 ºC) aún se podría pensar en el metano como elemento básico para el desarrollo de alguna forma de vida. El metano tiene un comportamiento químico muy diferente al del amoníaco y al del agua; las proteínas ordinarias en un entorno de metano líquido no se desenvuelven tan bien como en el amoníaco y en el agua, aunque se ha podido estudiar que las moléculas grasas sí lo hacen, lo que les podría hacer jugar el papel de las proteínas, razón por la que no se descarta esta ‘bioquímica’ basada en el metano en algún planeta remoto (o satélite, porque en nuestro sistema solar tenemos un buen candidato en Titán, satélite de Saturno, que tiene una atmósfera densa de nitrógeno y mares de metano).
En planetas muy calientes la posibilidad de la aparición de la vida es muchísimo menor, debido básicamente a la falta de agua, y a la inestabilidad y descomposición de los elementos fundamentales para la vida. A este respecto tenemos un laboratorio natural a nuestro alcance, que es el planeta Venus y sobre el que en los últimos meses se ha estado estudiando de manera muy concreta la aparición en su atmósfera de compuestos químicos que podrían sugerir la existencia de vida (microbiana) en el planeta, vestigios seguramente de que en tiempos pasados su clima pudo haber sido más benévolo.
Ya hemos comprobado que en general las condiciones en otros planetas son muy diferentes a las que se dan en la Tierra, y no podemos descartar el desarrollo de organismos basados en otros elementos distintos del carbono, como el silicio, el germanio u otros que podrían darse en ambientes en los que el metano o el amoníaco haya sustituido al agua como solvente.
Los conocimientos científicos han avanzado vertiginosamente en los últimos tiempos en casi todas las disciplinas, sin embargo, la comunidad científica no logra ponerse de acuerdo para definir lo que es la vida. A este respecto, a día de hoy, por ejemplo, no hay unanimidad para afirmar si un virus es o no un ser vivo; parece que son organismos que están en el límite entre las estructuras biológicas vivas y elementos móviles capaces de trasladar información genética entre organismos vivos. Por otro lado, aún se desconoce cómo se produjo el paso de la ‘no vida’ a la ‘vida’ y de la ‘vida’ a la ‘vida inteligente’, y de las condiciones que deben darse para que se produzcan tales ‘saltos evolutivos’.
Los organismos vivos deben contrarrestar a los procesos termodinámicos, lo que requiere un consumo constante de energía. De tal modo, para el mantenimiento estable de su estado todo organismo vivo debe recibir energía del exterior. Una característica termodinámica importante de todo cuerpo es su entropía. Si una sustancia viva representara en sí misma un sistema aislado, en éste seguiría creciendo su entropía, lo que aportaría tales cambios de sus características físicas y químicas que, al fin y al cabo, haría cesar toda actividad vital. Por tanto, los organismos vivos deben expulsar sistemáticamente la entropía acumulada intercambiando constantemente con el medio ambiente energía y entropía, lo que consigue mediante el metabolismo. La singularidad característica de la materia viva es que ésta consta de unidades estructurales independientes, es decir, de organismos con estructura propia que funcionan como unidades aisladas desde un punto de vista energético.
A este respecto cabe citar un breve fragmento de un libro de Antonio de la Granda titulado ‘La angustia sexual’: “La energía sexual actuó ya en las primeras células, estimulándolas a partirse infinito número de veces, luego a reunirse con otras y reproducirse entre ellas, creando constantemente células hijas; más tarde, aparecen organismos compuestos de muchas células, aunque de estructura muy simple, que, reproduciéndose continuamente, fueron superándose y engendrando otros seres más y más organizados, los peces, los anfibios, los reptiles, los mamíferos. Es una evolución ascendente que ha sido mantenida gracias a la energía sexual, o genética, o reproductora, y además cada uno de los seres cuanto más evolucionados y superiores, poseen una energía sexual también cada vez más poderosa. Pero en todos los animales, grandes mamíferos, incluso en los simios y grandes antropoides, la energía sexual es muy inferior a la del ser humano. Sin embargo, lo realmente importante, lo que ante todo nos separa de ellos es que en el ser humano hay una inmensa condensación de energía sexual, y esto, que por un lado nos ha hecho salir de la esclavitud del celo (una estrecha y única época para la relación reproductora), por otro, el exceso de energía sexual que se desborda dentro de nosotros mismos, nos incita a mantener una constante actividad. La energía sexual, a la que es muy permeable el sistema nervioso y en particular el cerebro, estimula nuestra mentalidad, obligándonos a crear, a producir, a inventar técnicas, a idear obras de arte, resultando más de la necesaria para la vitalidad animal y para la función reproductora, siendo la causa también de que despertase la inteligencia, el altruismo, el amor desinteresado hacia los demás y el progreso.”
Esta visión de la energía sexual como energía fundamental que orienta a los organismos vivos en su desarrollo a un aumento de entropía como signo identificativo, la enfrenta al resto de fuerzas fundamentales de la naturaleza que siguiendo la segunda Ley de la Termodinámica hacen aumentar la entropía, lo que introduce un interesante elemento de reflexión sobre el significado de la vida (aunque ciertamente, los seres vivos no constituyen sistemas aislados).
Planetas habitables
A la hora de hablar de planetas habitables, conviene decir que un planeta habitable es aquél en el que podría vivir un grupo numeroso de seres humanos sin necesidad de una protección excesiva de su medio ambiente, y sin dependencia de recursos provenientes de otros planetas, por tanto diremos que un planeta es habitable cuando en el mismo se halla todo lo necesario para cubrir las necesidades físicas de los seres humanos, y que tiene un entorno natural que permita vivir de manera relativamente confortable. Ya sabemos que en el Sistema Solar no hay más planeta habitable que la Tierra, de modo que más allá de los proyectos de terraformación en Marte, Venus e incluso en otros cuerpos del Sistema Solar, tendremos que prestar atención a sistemas planetarios de otras estrellas.
Podemos analizar someramente los requisitos básicos para que un planeta resulte habitable por nuestra especie, considerando no solo la tolerancia de los propios seres humanos, sino también la de todo su entorno de ‘soporte vital natural’, animales domésticos, plantas, cultivos, semillas, etc.
Respecto a la temperatura resulta razonable decir que una región es habitable si la temperatura media anual se encuentra entre 0 y +30 ºC con unos márgenes de tolerancia de temperatura media diaria durante la estación más calurosa de hasta +40 ºC y de -10 ºC para la temperatura media diaria mínima en la estación más fría.
En cuanto a la iluminación, hay que considerar igualmente que resulte de una intensidad suficiente como para facilitar y posibilitar la actividad necesaria en animales y plantas, podría hablarse de un rango entre 0,02 y 30 lúmenes por centímetro cuadrado, siendo la iluminación máxima directa y difusa en la Tierra de unos 15 lúmenes por centímetro cuadrado aproximadamente. La iluminación y la temperatura están relacionadas, y dependen ambas de la radiación emitida por la estrella.
Otro elemento a considerar es la gravedad en su superficie. Su efecto en animales y plantas todavía no se conoce suficientemente, y aunque el ser humano puede soportar varias veces la fuerza de la gravedad en la superficie de la Tierra durante lapsos de tiempo limitados, para hacer ‘llevadera’ una estancia de larga duración en otro planeta, éste debería tener una gravedad en su superficie no superior a vez y media la que soportamos en la Tierra. El límite inferior parece que no presenta tantos problemas, aunque lo deseable sería una fuerza gravitatoria en superficie no muy diferente de la nuestra.
Un planeta habitable debe tener una atmósfera respirable con presencia de oxígeno, con una presión parcial de inspiración entre 60 y 400 mm Hg, y de dióxido de carbono con una presión parcial aproximada de entre 0,05 y 7 mm Hg. Sería tolerable la presencia de otros gases inertes e incluso tóxicos, pero siempre por debajo de ciertos límites específicos, y conveniente la presencia de nitrógeno y vapor de agua.
Por último, un planeta habitable debe poder retener agua líquida en su superficie en forma de lagos o mares, con un ciclo de agua similar al existente en la Tierra.
Merece la pena señalar que, incluso dándose las condiciones señaladas anteriormente, existen factores que harían inhabitable el planeta en cuestión, como unos altos niveles de radiactividad o radiación ionizante provenientes de materiales de su superficie o del espacio exterior, una entrada de meteoritos muy alta, excesiva actividad eléctrica en su atmósfera, alta frecuencia de terremotos o un vulcanismo demasiado intenso. Figura 3
Resumen de los requisitos básicos para que un planeta sea habitable:
– Masa entre 0,4 y 2,35 veces la terrestre, que permita la existencia de una atmósfera respirable y con una gravedad superficial menor de 1,5 g.
– Periodo de rotación menor de cuatro veces el terrestre, para evitar una amplitud térmica excesiva entre el día y la noche.
– Edad superior a 3 000 millones de años, para dar tiempo a la formación de vida compleja y producción de una atmósfera respirable.
– Inclinación del eje de rotación adecuado para facilitar un nivel de iluminación y unos gradientes de temperatura en su superficie compatibles con las necesidades humanas.
– Excentricidad orbital inferior a 0,2 que facilitara un rango de valores extremos de temperaturas soportable.
– Masa de su estrella entre 0,72 y 1,43 veces la de nuestro sol, que le permita una permanencia en la secuencia principal de al menos 3 000 millones de años, irradiando luz y calor con la estabilidad y regularidad necesarias durante el tiempo suficiente.
– Si el planeta gira alrededor de un sistema binario (dos o más estrellas), la configuración de las estrellas entre sí no debe interferir en la estabilidad de la órbita planetaria, y no producir un nivel de iluminación demasiado variable sobre la superficie del planeta.
Entonces, ¿cuántos planetas habitables podríamos estimar que hay en la Vía Láctea?, Stephen H. Dole estableció en los años 70 una ecuación para determinar un número aproximado al respecto, aunque dada la incertidumbre en muchos de los factores de dicha ecuación, y del continuo avance en las investigaciones sobre exoplanetas, dicho número hay que tomarlo con cautela, y ajustarlo día a día a la luz de las últimas informaciones disponibles en esta materia.
Dicha ecuación puede escribirse de la siguiente manera:
NHP = Ns Pp Pi PD PM Pe PB PR PA PL , donde:
Ns -> Abundancia de estrellas entre 0,35 y 1,43 masas solares.
Pp -> Probabilidad de que una estrella tenga planetas en órbita a su alrededor.
Pi ->Probabilidad de que la inclinación del eje de rotación sea adecuada.
PD -> Probabilidad de que al menos un planeta orbite en la zona de habitabilidad (Goldilock).
PM -> Probabilidad de que el planeta tenga una masa adecuada (0,4<M<2,35).
Pe -> Probabilidad de que la excentricidad orbital no supere el valor 0,2.
PB -> Probabilidad de que una segunda estrella no convierta al planeta en inhabitable.
PR -> Probabilidad de que la rotación del planeta resulte adecuada para la habitabilidad.
PA -> Probabilidad de que la edad del planeta sea apropiada.
PL -> Probabilidad de que, dándose todas las condiciones astrofísicas apropiadas, se haya desarrollado la vida en el planeta.
El resultado de dicha ecuación (NHP), arrojó una estimación para el número de planetas habitables en la Vía Láctea de 645 millones, en un momento en que aún no se había descubierto ningún planeta extrasolar. Ese número está en continua revisión, pero da una idea de que efectivamente la presencia de planetas orbitando alrededor de estrellas no es algo raro, y de que es muy probable la existencia de planetas potencialmente habitables en nuestras ‘proximidades’, por ejemplo esas estimaciones apuntaban a que podría encontrarse un planeta habitable en un radio de 27 años-luz de nuestro sistema solar, de dos si ampliamos ese radio hasta los 34 años-luz, de cinco hasta los 46 años-luz, de diez con un radio de 58 años-luz y cincuenta entre todas las estrellas situadas a menos de 100 años-luz, distancias enormes en términos absolutos, pero muy próximas a escala galáctica.
Final de la primera parte……..