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¿Qué es exactamente lo que hace que un exoplaneta sea «habitable»?

Uno de los temas más emocionantes de la astronomía hoy en día es la búsqueda de exoplanetas, o planetas más allá de nuestro sistema solar. Hemos encontrado más de 5.000 exoplanetas hasta la fecha, y cada año se descubren más. Y el santo grial de la investigación de exoplanetas es encontrar planetas habitables donde podamos buscar vida más allá de nuestra Tierra.

Si está interesado en la astronomía, probablemente haya visto titulares de noticias sobre los exoplanetas habitables que han sido descubiertos por misiones como el Telescopio Espacial Kepler de la NASA o el Satélite de Rastreo de Exoplanetas en Tránsito (TESS). Estos planetas son típicamente similares a la Tierra y podrían tener agua líquida en su superficie, y se cree que potencialmente podrían soportar la vida. Pero, ¿cómo podemos saber si un planeta es habitable a millones de kilómetros de distancia? ¿Y qué queremos decir exactamente con habitable de todos modos?

Hablamos con el experto en habitabilidad Abel Méndez del Laboratorio de Habitabilidad Planetaria de la Universidad de Puerto Rico en Arecibo, quien nos dijo que la habitabilidad es mucho más complicada de lo que se podría pensar.

La habitabilidad no es binaria

Concepto artístico de la superficie del exoplaneta TRAPPIST-1f, ubicado en el sistema TRAPPIST-1.
Concepto artístico de la superficie del exoplaneta TRAPPIST-1f, ubicado en el sistema TRAPPIST-1.NASA/Tim Pyle/JPL-Caltech

La forma en que la mayoría de la gente habla de habitabilidad es como si fuera un estado binario. O un planeta es habitable, o no lo es. Pero cuando piensas en el tema en profundidad, está claro que esta definición no servirá. ¿Nos referimos a habitable como en capaz de sostener la vida humana? ¿O la vida microbiana? ¿Queremos decir que es un ambiente cómoda para que la vida tenga éxito o uno donde la supervivencia es difícil pero teóricamente posible? ¿Queremos decir que la vida podría haber evolucionado en ese entorno, o que si la vida llegara allí podría sobrevivir?

No hay una respuesta clara a estas preguntas, por lo que es un error pensar en la habitabilidad como una pregunta de sí / no. En cambio, debemos pensar en la habitabilidad como una medida de aptitud para un cierto tipo de vida.

Esta impresión artística muestra una vista de la superficie del planeta Proxima b orbitando la estrella enana roja Proxima Centauri, la estrella más cercana al Sistema Solar. La estrella doble Alpha Centauri AB también aparece en la imagen. Proxima b es un poco más masiva que la Tierra y orbita en la zona habitable alrededor de Proxima Centauri, donde la temperatura es adecuada para que exista agua líquida en su superficie.
Imagen conceptual de la superficie del planeta Proxima b orbitando la estrella enana roja Proxima Centauri.ESO/M. Kornmesser

Esta confusión no solo existe entre los miembros del público. Méndez dijo que hay una falta de consenso entre los científicos sobre lo que significa la habitabilidad también. Es «una palabra cargada», dijo, «porque en nuestras conversaciones habituales, habitabilidad significa habitabilidad para los humanos». Pero cuando miramos a otros planetas, no solo estamos pensando en los humanos, sino también en otros tipos de vida.

Todo el tiempo que los astrobiólogos se habían estado preguntando sobre la habitabilidad de los exoplanetas, resultó que había otro grupo de personas que han estado pensando en la habitabilidad durante décadas: los ecologistas. Los ecologistas hablan de la «idoneidad del hábitat» de los entornos aquí en la Tierra, como en la idoneidad de un entorno particular para que un tipo particular de vida prospere. Eso es justo lo que la comunidad de astrobiología estaba tratando de conseguir con su investigación de exoplanetas.

Al principio de su investigación sobre el tema, Méndez se encontró con este trabajo de ecología, dijo: «Me di cuenta de que lo que la gente en el campo de la astrobiología estaba tratando de hacer, definir y cuantificar la habitabilidad, ya fue hecho hace décadas por los ecologistas».

¿Qué pasa con la zona habitable?

Las zonas habitables para los planetas que orbitan varios tipos de estrellas se indican en verde.
Las áreas verdes indican zonas habitables para planetas que orbitan varios tipos de estrellas.Misión Kepler/Centro de Investigación Ames/NASA

El problema, entonces, no se trata de determinar si un exoplaneta es o no habitable, sino más bien de determinar qué características lo harían adecuado para los tipos de vida.

Un lugar relativamente fácil para comenzar es con el requisito de que el agua líquida esté disponible. El agua líquida es esencial para casi todas las formas de vida tal como la conocemos debido a sus propiedades disolventes. Muchas cosas se disuelven en agua, lo que significa que es bueno para mezclar las cosas, lo que permite reacciones químicas. También juega un papel importante en la forma en que funcionan las enzimas. Entonces, cuando los científicos han imaginado los requisitos para un exoplaneta habitable, tener agua líquida disponible está en la parte superior de la lista.

Esto es lo que nos da la idea de la «zona habitable». Esta es una región alrededor de una estrella donde se estima que un planeta estaría a la temperatura adecuada para tener agua líquida en su superficie. Si tuviéramos que encontrar un planeta similar a la Tierra dentro de la zona habitable de una estrella, según el razonamiento, habríamos encontrado un buen punto de partida para buscar vida.

Sin embargo, estar en la zona habitable no es el ser todo y el fin de la habitabilidad. Es solo un requisito básico. Y, dice Méndez, el término ha causado «mucha confusión», porque a menudo los astrónomos dirán que un planeta es habitable cuando quieren decir que está en la zona habitable. Prefiere el término «potencialmente habitable» para dejar en claro que esto está lejos de ser una cuestión resuelta.

Factores de habitabilidad

Esta impresión artística muestra el planeta K2-18b, su estrella anfitriona y un planeta acompañante en este sistema.
Exoplaneta K2-18b, su estrella anfitriona. K2-18b es ahora el único exoplaneta superterrestre conocido por albergar agua y temperaturas que podrían albergar vida.ESA/Hubble, M. Kornmesser

Ok, así que el agua líquida es una necesidad. ¿Qué más se requiere para que un planeta albergue vida? Tenemos una sólida comprensión de eso basada en formas de vida de aquí en la Tierra. Cuando se trata de evaluar la habitabilidad de los exoplanetas, los astrobiólogos quieren saber sobre factores como la masa y el radio de un planeta, así como su temperatura superficial, presión y la fracción del planeta que está cubierta de agua.

Es difícil determinar estos factores para cualquier exoplaneta dado. Para la mayoría de los exoplanetas descubiertos ahora podemos conocer factores como su período orbital, su radio o masa, y su flujo estelar, que es la cantidad de radiación que reciben de su estrella anfitriona. Pero para conocer su temperatura o presión superficial, por ejemplo, necesitaríamos saber sobre sus atmósferas.

Para ver por qué, mira nuestro propio sistema solar. Venus tiene la temperatura superficial más alta del sistema solar, a pesar de que está más lejos del sol que Mercurio. Esto se debe a que Venus tiene una atmósfera extremadamente espesa que atrapa el calor y eleva la temperatura de la superficie. Un astrobiólogo alienígena que observa nuestro sistema solar podría no saber qué tan caliente era Venus porque no es obvio desde la distancia.

El trabajo futuro realizado por telescopios como el Telescopio Espacial James Webb nos permitirá aprender más sobre las atmósferas de exoplanetas, pero por ahora, los científicos tienen que estimar las temperaturas de la superficie.

El Telescopio Espacial James Webb.
Imagen conceptual del Telescopio Espacial James Webb.Northrup Grumman/ESA/Hubble

La cantidad de superficie cubierta de agua también es importante. Llamada la fracción oceánica, esto es importante porque la naturaleza dinámica de los océanos los hace excelentes para transportar nutrientes alrededor de un planeta para hacer que el lugar sea más hospitalario para la vida.

Actualmente no tenemos instrumentos capaces de medir la fracción oceánica de los exoplanetas. Sin embargo, hay ideas para futuros telescopios que podrían observar cómo cambia la cantidad de luz reflejada por un exoplaneta a medida que gira, lo que puede indicar la cantidad de océano que cubre su superficie.

A pesar de todas las complejidades en la determinación de estos factores, Méndez cree que la ciencia de los exoplanetas se está desarrollando tan rápido que podremos medirlos en los próximos veinte años. «Diez años para mediciones de la atmósfera con diferentes instrumentos, luego diez años para nuevos telescopios que podrán ver planetas individualmente y medir la fracción oceánica», predijo.

Un catálogo de exoplanetas potencialmente habitables

Un gráfico que muestra todos los exoplanetas potencialmente habitables.

Poder estudiar exoplanetas con tanto detalle en las próximas décadas es emocionante, pero los científicos también quieren estudiar exoplanetas potencialmente habitables ahora. Por esa razón, el grupo de Méndez mantiene el Catálogo de Exoplanetas Habitables, que es una lista de todos los exoplanetas potencialmente habitables descubiertos hasta la fecha.

Para ser incluido en el catálogo, un planeta debe ser aproximadamente del tamaño de la Tierra y orbitar dentro de la zona habitable de su estrella. Pero para tener en cuenta los muchos factores que aún no podemos saber sobre estos exoplanetas, hay dos criterios diferentes para los medios del tamaño de la Tierra. El catálogo tiene tanto una lista conservadora, que enumera planetas de hasta 1,6 veces el radio de la Tierra o tres veces su masa, como una lista optimista, que tiene planetas de hasta 2,5 el radio de la Tierra o 10 veces su masa.

Por ahora, el número de exoplanetas que podemos señalar que cumplen los criterios más básicos de habitabilidad potencial sigue siendo bajo.

Esto se debe a que cuando buscamos una habitabilidad potencial, estamos buscando planetas rocosos como la Tierra, y no planetas gaseosos. Los exoplanetas con baja densidad, como los gigantes gaseosos, no son buenos para la vida porque son malos para retener los nutrientes que deben estar disponibles para la vida, la misma razón por la que no se encuentra vida en las nubes de la Tierra. Los planetas de hasta aproximadamente dos veces el tamaño de la Tierra serán planetas rocosos, pero los planetas más grandes que eso pueden ser un tipo llamado mini Neptuno o enana gaseosa, que no es probable que soporte la vida.

Con más de 5.000 exoplanetas confirmados, se podría imaginar que el catálogo enumeraría cientos de candidatos para la habitabilidad, pero de hecho, hay relativamente pocos: solo 21 en la lista conservadora y otros 38 en la lista optimista.

La brevedad de la lista podría deberse en parte a que muchos métodos de detección de exoplanetas son mejores para encontrar exoplanetas más grandes que los más pequeños( es, en términos generales, más fácil detectar algo que es más grande, y algunas investigaciones sugieren que podría haber miles de millones de planetas similares a la Tierra en nuestra galaxia. Pero por ahora, el número de exoplanetas que podemos señalar que cumplen con los criterios más básicos para la habitabilidad potencial sigue siendo bajo.

Dónde buscar la vida ahora

Exoplanetas en la zona habitable de TRAPPIST-1.
Tres planetas de TRAPPIST-1, TRAPPIST-1e, f y g, habitan en la llamada «zona habitable» de su estrella.NASA

Por supuesto, el hecho de que haya pocos exoplanetas potencialmente habitables que conozcamos no significa que debamos dejar de buscar vida en otro lugar. De alguna manera, hace que decidir sobre los objetivos de investigación sea más fácil cuando se tienen sistemas como TRAPPIST-1, que se cree que alberga hasta cuatro exoplanetas potencialmente habitables y que será un objetivo clave para el próximo trabajo científico del Telescopio Espacial James Webb.

Todas estas discusiones sobre la habitabilidad giran en torno a la idea de que si hay vida en otras partes del universo, será al menos comparable a la vida aquí en la Tierra. Cuando hablamos de los requisitos de agua o de ciertos nutrientes, estamos basando esto en la vida que hemos observado en nuestro planeta. Asumimos que en otro lugar habrá vida tal como la conocemos, pero ciertamente es posible que pueda haber vida de una forma completamente diferente en algún lugar por ahí.

Si bien los científicos reconocen esta posibilidad, no tienden a dar mucha consideración al concepto porque no es prácticamente útil para la investigación. «No reconocerás la vida como no la conocemos», señaló Méndez, por lo que no es algo que podamos buscar.

Buscando vida en nuestro propio sistema solar

Hubble Directly Images Possible Plumes on Europa

Algunos investigadores argumentan que en lugar de buscar exoplanetas, podríamos buscar en nuestro propio sistema solar mundos potencialmente habitables, lugares como la luna Encélado de Saturno o la luna Europa de Júpiter. A pesar de que están demasiado lejos del sol para tener agua líquida en sus superficies, se cree que ambos tienen océanos de agua salada líquida debajo de costras heladas.

Pero Méndez no está convencido de que estos lugares sean lugares muy prometedores para la vida debido a esas costras heladas. Estas costras bloquean el acceso a cualquier atmósfera e impiden que la energía se transfiera desde la superficie, por lo que es poco adecuada para mantener la vida. «Eso es peor que los océanos profundos de nuestro planeta. Es mucho peor que cualquier cosa en la Tierra», dijo. «No creo que nada más allá de la vida microbiana viva allí».

Incluso encontrar vida microbiana fuera de la Tierra sería enormemente emocionante, de ahí el objetivo de misiones como el rover Perseverance de buscar evidencia de vida antigua en Marte. Pero Marte no es exactamente hospitalario hoy, aunque podría haber sido en algún momento de su pasado. Los estudios de habitabilidad en el entorno de Marte no son prometedores para nada que haya sobrevivido allí hoy: «Estimamos que la superficie de Marte es mil veces peor que el desierto de Atacama», para mantener la vida, dijo Méndez.

Hacia Marte

humanos en Marte concepto nasa
NASA

A pesar de sus reservas sobre las condiciones áridas de Marte, Méndez es pragmático sobre dónde podríamos encontrar evidencia de vida si existe. «Si tuviera que apostar dónde podríamos encontrar vida, apostaría por Marte», dijo, «¡a pesar de que amo más los exoplanetas!» Eso se debe al problema de la detección. Si quieres saber que un planeta no solo es potencialmente habitable, sino que en realidad alberga vida, necesitas pruebas, y esa prueba es extremadamente difícil de obtener desde una gran distancia.

Con las misiones de retorno de muestras planeadas para Marte en las próximas décadas, la carrera está en marcha para obtener un pedazo de Marte de regreso a la Tierra para su estudio. Estas muestras son nuestra mejor oportunidad para una cierta detección de la vida. «La respuesta definitiva vendrá si tienes una muestra aquí en la Tierra, porque estás buscando vida microbiana en cantidades muy bajas», explicó.

El escenario de investigación soñado sería recolectar una muestra de un entorno en Marte que podría ser habitable según los estándares de la Tierra, como un acuífero. Si encontráramos evidencia de vida en un entorno así, entonces eso sería genial: habríamos descubierto que nuestro planeta no es el único que alberga vida.

Pero Méndez dice que no encontrar ninguna evidencia de vida en un entorno así sería igual de emocionante. «Si encontramos un lugar habitable para los estándares terrestres y no hay vida allí, eso será increíble e intrigante», dijo. «¿Qué salió mal? ¿¿Qué pasó?? ¿Por qué no hay vida?» Dado que la vida existe en una variedad tan amplia de entornos en la Tierra, y sabemos que la Tierra y Marte han compartido material a través de impactos, sería extraño si la vida estuviera confinada a nuestro planeta.

«Sería una gran revelación encontrar vida, pero el resultado negativo sería aún más profundo», dijo Méndez. «No hay forma de equivocarse aquí. Es una situación en la que todos ganan. La respuesta está en Marte, está justo ahí. Y cualquier respuesta es profunda».

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