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La Búsqueda de Planetas Habitables Habitados
Investigadores Colombianos buscan redefinir la Zona de Habitabilidad para incluir los efectos de la vida

 

Junio primero de 2014

¿Qué fue primero: la vida o la habitabilidad?.  Aunque esta pregunta es a primera vista contradictoria un nuevo artículo por investigadores colombianos esta trayendo de vuelta a la atención de los astrobiólogos un problema ya clásico: ¿es la vida también necesaria para la habitabilidad?  En la Tierra es practicamente un hecho reconocido que de la misma manera que las condiciones de habitabilidad en nuestro planeta son obligatorias para la vida, la existencia de la vida misma es también determinante para hacer nuestro mundo permanentemente habitable.  Y si este es el caso de la Tierra debería serlo también para otros planetas habitables habitados.  En consecuencia, si nuestra meta es encontrar vida en el Universo deberíamos comenzar por no excluirla al hacer nuestras predicciones sobre en qué planetas podría haber prosperado.

"Deberíamos hacer las cosas tan simples como sea posible, pero no más simples".  Esta es la famosa frase de Einstein con la que empieza el nuevo artículo aceptado para publicación por un equipo de cientíificos colombianos en la revista Biogeosciences Discussion.  El artículo titulado en inglés "The Habitable Zone of Inhabited Planets" y firmado por Jorge I. Zuluaga, investigador de FACom, Juan F. Salazar, investigador de la Escuela Ambiental de la Universidad de Antioquia, German Poveda de la Universidad Nacional y miembro del Panel Gubernamental para el Cambio Climático (IPCC) y Pablo Cuartas, investigador de FACom y profesor de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Antioquia, citan la frase para resaltar el hecho de que la mayoría de los modelos usados hoy para predecir las condiciones bajo las cuáles un planeta será habitable, son probablemente más simples de lo que deberían ser.  De acuero con los autores la vida ha sido sistemáticamente excluida al calcular las condiciones plausibles en el medio ambiente de planetas habitables.  La situación es paradojica si se tiene en cuenta que la vida es la meta última de nuestra búsqueda de mundos habitables en la Galaxia.

"Es como tratar de diseñar el sistema de aire acondicionado de un vehículo excluyendo del balance de calor y masa los efectos de los pasajeros dentro de la cabina; ¿cuál es el propósito del aire acondicionado si para diseñarlo asumimos que el vehículo esta vacío?" expresa, en una analogía desde la ingeniería, el Prof. Jorge I. Zuluaga autor principal del artículo.  Y es que aunque el papel determinante de la vida en el medio ambiente pasado y presente de la Tierra no ha sido definitivamente demostrado, hay una cantidad creciente de evidencia que apoya la idea de que nuestro planeta no sería el mismo si eliminaramos todas las formas de vida de su superficie.
 
"El ambiente de la Tierra y en general el de cualquier planeta habitado por una biósfera global, son sistemas muy complejos;  interacciones muy poderosas, aunque a veces sutiles, entre sus componentes operan de forma continua manteniendo el sistema en un estado de equilibrio regulado", explica el Prof. Juan F. Salazar, coautor del artículo y primer autor de un trabajo previo que inspiró este nuevo desarrollo.  "En estos sistemas complejos, excluir cualquier componente clave puede producir condiciones finales muy diferentes; de ese modo, evaluar la habitabilidad de la Tierra o de cualquier otro planeta hipotético asumiendo que no tiene vida (habitabilidad abiótica) puede producir un resultado muy diferente que asumiendo que el planeta esta habitado".
 
Pero la idea de que la vida es importante para la habitabilidad no es nueva, como los autores reconocen es su artículo.  La idea data de los trabajos originales del físico Vladimir Vernadsky cerca de 1920 quien introdujo por primera vez el concepto de "biósfera".  En la segunda mitad del siglo XX, el científico ambiental James Lovelock fue más lejos aún al proponer la "Hipótesis Gaia".  De acuerdo con esta hipótesis el sistema complejo formado por la vida y su ambiente, se comporta prácticamente como un organismo vivo.  Este "organismo global" es capaz de autoregular el ambiente manteniendo las condiciones de habitabilidad sobre el planeta.  Más recientemente otros autores han desarrollado teorías alternativas que conducen a conclusiones similares.  Este es el caso de la llamada "Regulación Biótica del Ambiente" (BRE por sus siglas en inglés) una teoría desarrollada por los físicos rusos Victor Gorshkov y Anastasia Makarieva.  La teoría BRE afirma que la vida y sus propiedades únicas producen un efecto dominante en el ambiente capaz de regularlo durante escalas de tiempo geológicas.  Pero si la idea de que la vida afecta la habitabilidad es realmente una idea reconocida, ¿qué es lo realmente nuevo en el artículo de Zuluaga et al.? 
 
Gráfico de la temperatura en la superficie de un planeta hipotético como función de la cantidad de radiación estelar insidente (S).  Se comparan los casos de un planeta seco y muerto (línea roja), un planeta húmedo y deshabitado (línea azul) y un planeta húmedo habitado (línea verde).  Cuando el planeta esta habitado el borde exterior de la zona de habitabilidad (borde derecho) se extiende más lejos que en el caso de un planeta no habitado.
 
Varias décadas de observaciones del sistema de la Tierra junto con los desarrollos teóricos mencionados antes y que han estudiado la interacción entre la vida y su ambiente, parecen no haber tenido un impacto muy grande en los estudios de habitabilidad de exoplanetas.  Los modelos usados hoy para calcular las condiciones bajo las cuales un planeta es habitable (i.e. la Zona de Habitabilidad) no incluyen a la vida entre los efectos potenciales que determinan el estado final del ambiente planetario.  Aunque varios autores han desarrollado en el pasado modelos de habitabilidad "biótica", estos modelos han sido la excepción en lugar de ser la regla.  Lo que Zuluaga et al. están intentando hacer en su artículo es, primero, demostrar que excluir a la vida de la "ecuación de habitabilidad" es poco natural y probablemente nos conducirá en direcciones equivocadas en nuestra búsqueda de planetas realmente habitados.   En segundo lugar los autores presentan una base conceptual para apoyar el desarrollo de modelos de habitabilidad que incluyen a la vida.
 
Pero ¿por qué y cómo puede la vida modificar los límites de la Zona de Habitibilidad calculada para planetas deshabitados?.  Zuluaga et al. ofrecen un ejemplo ingenioso de cómo un ambiente complejo hipotético podría ser habitable bajo condiciones que de otro modo serían mortales.  ¿Que pasaría si un planeta estuviera cubierto la mitad por nubes de modo que el hemisferio soleado estuviera siempre nublado y el hemisferio oscuro estuviera siempre despejado? (ver figura que abre esta nota)  El planeta podría soportar altos niveles de iluminación estelar y tener una temperatura fresca incluso a distancias mucho más cercanas del borde interior de la zona de habitabilidad.  Pero ¿cómo puede un planeta mantener un estado tan extraño como este? ¿cómo podrían las nubes ser "obligadas" a rotar de forma sincrónica con el planeta solo para garantizar condiciones habitables? "La vida es probablemente la respuesta" afirma de forma entusiasta el Prof. Zuluaga.  "Contrario a los procesos no biológicos, los sistemas vivos contienen y mantienen cantidades impresionantes de información que les dan unas capacidades de regulación sin paralelo", agrega Zuluaga mientras cita algunos ejemplos de esta situación en nuestro propio planeta habitable.  En la Tierra, por ejemplo, la vida esencialmente controla la cantidad de CO2 en la atmósfera e impacta en formas poderosas la formación de nubes.  "Usted solo tiene que incluir los efectos de la vida en el ambiente de un planeta para que propiedades y comportamientos inesperados y probablemente sorprendentes emerjan", puntualiza Zuluaga.
 
Finalmente, Zuluaga et al. presentan los resultados de un modelo numérico simple que apoya su intuición sobre la capacidad de la vida para modificar las restricciones de la Zona de Habitabilidad.  Basado en el popular modelo de "El mundo de las Margaritas" o Daisyworld por su nombre original en inglés, el modelo de Zuluaga et al. simula la dinámica de un planeta poblado por dos especies de vegetación, una clara y otra oscura (margaritas blancas y margaritas negras).  El planeta esta también cubierto por una cantidad dinámica de nubes, una característica novedosa entre los modelos de Daisyworld e incluso entre los modelos de habitabilidad planetaria.  La vegetación y las nubes interactúan a través de la evaporación y la transpiración y su dinámica mutua finalmente determina la temperatura superficial del planeta.  El modelo, llamado "hydrological daisyworld", fue concebido por primera vez y explorado por Salazar y Poveda, coautores de este trabajo, quienes encontraron propiedades emergentes muy interesantes, no vistas previamente en otros modelos y resultantes de la interacción entre la vida y el ciclo hidrológico.  
 
En esta oportunidad el Hydrological Daisyworld se comportó exactamente como Zuluaga et al. esperaban: incluso con una biósfera muy simple, un planeta habitado podía ser habitable (es decir tener temperaturas superficiales habitables) incluso cuando la irradiación estelar era más alta o más baja que los niveles máximo y mínimo experados en los modelos de habitabilidad tradicional.
 
Pero en su exploración de las consecuencias de la interacción de la vida con el ambiente en modelos numéricos simplificados, Zuluaga et al. fueron más lejos compilando los resultados de más de una docena de modelos del Daisyworld que también mostrarón el mismo comportamiento.  Si bien estos resultados están lejos de ser definitivos (e incluso creibles por una fracción de la comunidad astrobiológica) el Daisyworld claramente ilustra el punto central del trabajo escrito por los investigadores colombianos: un planeta habitable con vida y uno sin vida no son el mismo planeta.
 
Zonas de Habitabilidad de planetas habitados de acuerdo con los resultados de diferentes modelos del Daisyworld.  En todos los casos los bordes interior o exterior están más allá de los límites en el caso "nuetro" (deshabitado) apoyando la hipótesis de Zuluaga et al.
 
Que los científicos planetarios que desarrollan modelos de habitabilidad sigan las recomendaciones de los autores colombianos será probablemente el resultado de una discusión científica o filosófica en el seno de la comunidad.  La decisión dependerá seguramente de un asunto de conveniencia numérica en tanto simular la vida es mucho más complejo e incierto que simular el aire, el agua o las rocas.  Al final, la verdad es que encontrar planetas habitados más que simplemente planetas habitables seguirá siendo el objetivo de la búsqueda científica más ambiciosa, la búsqueda de vida fuera de nuestro punto azul pálido.
 
Notas y lecturas relacionadas
  • The Habitable Zone of Inhabited Planets.  J.I. Zuluaga, J.F. Salazar, P.A. Cuartas and G. Poveda, Accepted for publication in Biogeosciences Discussion (18 May 2014). arXiv:1405.4576. http://arxiv.org/abs/1405.4576.

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