Sistema Solar Temprano – Los Planetas Terrestres
La búsqueda de planetas extrasolares o exoplanetas, y los esfuerzos complementarios para modelar los orígenes de los sistemas planetarios han recorrido un largo camino. Las mediciones de oscilaciones sutiles en estrellas distantes apuntan a cientos de planetas extrasolares, incluidos algunos que son muy diferentes a cualquier cosa en nuestro sistema: Gigantes de gas caliente que orbitan peligrosamente cerca de sus estrellas o planetas en órbitas extremadamente elípticas, por ejemplo. Pero estos descubrimientos están siendo rápidamente eclipsados por los más ambiciosos y exitosos.
El Telescopio Espacial Kepler
Kepler es un telescopio de 1,4 metros de diámetro que se lanzó en marzo de 2009. Los primeros datos se obtuvieron de una órbita estable alrededor del Sol el 12 de mayo de 2009. El corazón y el alma de la misión Kepler es un conjunto de 42 detectores electrónicos de última generación, cada uno de los cuales tiene más de 2,2 millones de píxeles con una sensibilidad sorprendente: No son diferentes del tipo de detector que puedes encontrar en las mejores cámaras digitales.
La misión de Kepler es conceptualmente hermosa y simple. El telescopio siempre apunta exactamente en la misma dirección, a un área significativa del cielo nocturno en la constelación Cygnus, aproximadamente 11 grados por 11 grados cuadrados. El telescopio ha estado acumulando datos sobre esta región al tomar exposiciones durante 30 minutos a la vez: 48 imágenes todos los días, día tras día, semana tras semana, durante años.
En el proceso, los astrónomos han recopilado datos extremadamente precisos sobre el brillo de más de 100,000 estrellas diferentes. Esos datos son una mina de oro para comprender cómo operan y se comportan las estrellas: Su variabilidad en el tiempo, por ejemplo, y la distribución estadística de diferentes tipos de estrellas: Grandes y pequeñas, jóvenes y viejas.
Nunca ha habido nada como la base de datos de la misión Kepler. Gracias a Kepler, estamos aprendiendo detalles sobre planetas a muchos años luz de distancia que ni siquiera sabíamos, planetas en nuestro propio sistema solar, hasta hace relativamente poco. Kepler está descubriendo miles y miles de planetas. Hay tantos planetas que podemos hacer análisis estadísticos y tener una idea del alcance total de lo que hay ahí fuera. Además, también hay cientos de sistemas planetarios que emergen de los datos de Kepler, muchos sistemas con dos, tres o más planetas.
Las estadísticas preliminares de los miles de planetas ya descubiertos sugieren que quizás 1 de cada 10 estrellas albergará un planeta del tamaño de la Tierra o más grande en órbitas más cercanas a su estrella que la Tierra al Sol. Esta extrapolación debe tener en cuenta el hecho de que la mayoría de los sistemas planetarios parecen ser planos, como nuestro sistema solar, y que la mayoría de esos planos tendrán orientaciones que no son de borde hacia nosotros. Entonces Kepler solo detectará una pequeña fracción de todos los sistemas planetarios en su campo de visión.
La implicación de la histórica misión de descubrimiento de Kepler es que los planetas son una característica dominante del cosmos. Hasta la mitad de todas las estrellas similares al sol pueden tener planetas, y nuestra galaxia, la Vía Láctea, puede contener más de 100 mil millones de planetas. Una proporción significativa de esos planetas puede estar en zonas habitables, como la Tierra, con agua líquida, los elementos de la vida y un rico depósito de rocas y minerales. La historia de la Tierra es única para nosotros, pero puede ser una historia que se ha repetido muchas veces en otras partes del cosmos.
Kepler no es la última palabra en la búsqueda de planetas extrasolares. En última instancia, nos gustaría poder tomar fotos de estos mundos distantes, para ver si tienen océanos y continentes; nubes o posibles signos de vida, como una atmósfera rica en oxígeno. Se está diseñando una nueva generación de telescopios espaciales y terrestres, ahora en la etapa de planificación, específicamente para lograr ese sueño: Obtener imágenes de planetas individuales que orbitan alrededor de estrellas cercanas.
Mercurio, Venus, Tierra y Marte
Hay ocho planetas que podemos estudiar con mucho mayor detalle: Los planetas que forman nuestro sistema solar. Cada planeta es diferente, con sus propias características distintivas y sus propios misterios. Pero también hay temas comunes importantes que revelan aspectos críticos de la historia de la Tierra.
Los cuatro planetas más cercanos al Sol: Mercurio, Venus, Tierra y Marte, son todos mundos rocosos relativamente pequeños. Los elementos silicio, oxígeno, magnesio y hierro, con cantidades significativas de calcio y aluminio, caracterizan sus composiciones. Todos esos elementos aparecen en los minerales-Ur, y se encuentran entre los elementos más abundantes producidos por las reacciones de fusión en las grandes estrellas.
La idea predominante es que cuando el Sol se encendió con reacciones de fusión nuclear, comenzó a lanzar un viento solar más allá de los planetas. Las regiones más cercanas al Sol eran naturalmente mucho más calientes, y la mayor parte del hidrógeno y otros gases fueron eliminados y expulsados a regiones más frías del espacio. Lo que quedó atrás fueron cuatro planetas terrestres rocosos.
El planeta más interno, Mercurio, es el más pequeño de los ocho planetas principales y el más desolado y prohibitivo. Su pequeño tamaño y su proximidad al Sol han hecho que Mercurio sea extremadamente difícil de observar con los telescopios terrestres, pero ahora estamos obteniendo una sorprendente vista de cerca con la nave espacial Messenger de la NASA, que está en órbita alrededor del planeta.
Mercurio resulta ser distintivo de varias maneras. Por un lado, su órbita corta de 88 días es bastante elíptica; se acerca a 46 millones de kilómetros del Sol y se aleja a 70 millones de kilómetros. A pesar del año muy corto (Menos de tres meses terrestres), el día de Mercurio es muy largo: 176 días, o exactamente dos veces al año en Mercurio. Un aspecto de la Tierra que lo hace habitable es la duración del día, que no es ni demasiado larga (Como en el caso de Mercurio) ni demasiado corto (Como en el caso de Júpiter).
Las fotografías de Messenger revelan una superficie saturada de cráteres, pero también con posibles regiones de actividad volcánica relativamente reciente. Prácticamente no hay atmósfera en Mercurio, por lo que no hay erosión de la cual hablar; los accidentes geográficos antiguos persisten durante mucho tiempo. El mercurio es muy caliente y muy seco, con la excepción de las regiones polares. Es quizás el planeta más inhóspito del sistema solar para un ser vivo.
Venus es el vecino planetario más cercano de la Tierra, tanto en su distancia como en su tamaño. La órbita casi circular de Venus tiene una distancia promedio de unos 108 millones de kilómetros desde el Sol. Orbita al Sol cada 225 días terrestres, por lo que un año en Venus es aproximadamente dos tercios del año terrestre.
Venus tiene una rotación retrógrada muy lenta alrededor de su eje, es decir, gira de forma «incorrecta» en comparación con el Sol y la mayoría de los otros planetas. En Venus, el Sol sale por el oeste, se pone por el este y vuelve a salir una vez cada 243 días. Venus es aún más extremo que Mercurio. El día venusiano dura casi ocho meses terrestres.
El aspecto más importante de Venus en el contexto de las comparaciones con la Tierra es su espesa atmósfera compuesta principalmente de nubes de dióxido de carbono y nitrógeno. La presión superficial en Venus es aproximadamente 95 veces mayor que la de la Tierra. Además, todo el dióxido de carbono ha producido lo que podría llamarse un efecto invernadero desbocado. El dióxido de carbono atrapa eficientemente la energía radiante del Sol, por lo que las temperaturas se acumulan sin piedad. Las temperaturas diurnas en Venus pueden alcanzar los 450 grados C.
La superficie de Venus está efectivamente oculta a la vista por la espesa capa de nubes, pero la nave espacial Pioneer Venus pudo mapear la superficie en detalle usando el radar. Los científicos descubrieron una superficie con grandes cadenas montañosas, llanuras con cráteres y volcanes. Por lo tanto, Venus aún debe ser un planeta muy activo, que es otro punto que se refleja en la Tierra y su evolución: los planetas más grandes retienen más calor interno y el calor interno puede generar mucha geología interesante.
Marte es, con mucho, el vecino planetario más intensamente estudiado por una simple razón: De todos los planetas, Marte cuenta con la gran posibilidad de que alguna vez tuvo abundante agua superficial, y si tuviera agua, entonces podría haber tenido, o aún podría tener, vida.
Marte tiene la mitad del diámetro de la Tierra y tiene poco más de una décima parte de la masa de la Tierra. Tiene una órbita elíptica que promedia aproximadamente 1,5 veces la distancia Tierra-Sol. Dependiendo de las posiciones relativas en sus órbitas, la Tierra y Marte pueden estar tan cerca como 60 millones de kilómetros y tan lejos como 400 millones de kilómetros.
Un año en Marte dura casi dos años terrestres porque está más alejado del Sol, pero el día en Marte es, por coincidencia, cercano a la duración de un día terrestre, unas 25 horas. Marte tiene una similitud intrigante con la Tierra en que su eje está inclinado unos 25 grados con respecto al plano de órbita alrededor del Sol, en comparación con la inclinación de 23,5 grados de la Tierra, por lo que Marte tiene estaciones como la Tierra.
A diferencia de Mercurio y Venus, Marte tiene dos lunas pequeñas de forma irregular, de solo decenas de kilómetros de diámetro. Estas lunas, llamadas Fobos y Deimos, se parecen mucho a que podrían ser asteroides capturados. A diferencia de la Tierra con su gran luna, Marte no tiene nada para evitar que el planeta se tambalee sobre su eje. Eso significa que, durante muchos cientos de miles de años, Marte pasa de girar casi perpendicular a su órbita (Al igual que Mercurio) a inclinarse más de 40 grados. Esa variación extrema, junto con la órbita relativamente elíptica de Marte, produce fluctuaciones climáticas mucho mayores, que en la Tierra.
Marte tiene características superficiales prominentes que son claramente visibles desde la Tierra. Los más obvios son los casquetes polares, que aumentan y disminuyen con el año marciano de 686 días. El planeta también muestra áreas rojizas más brillantes y oscuras, con lo que a algunos astrónomos del siglo XIX les parecieron características lineales.
Gracias a una gran cantidad de naves espaciales en órbita, desde Mariner en la década de 1960 hasta los orbitadores que operan hoy, tenemos fotos detalladas de casi toda la superficie marciana. El paisaje es asombroso, con valles y barrancos tallados en agua, llanuras con cráteres y enormes volcanes, los volcanes más grandes conocidos en cualquier parte del sistema solar. Estas observaciones sugieren que Marte alguna vez tuvo mucha agua, posiblemente incluso un gran océano, y quizás también una atmósfera más espesa.
Ciertamente, Marte es el primer planeta que consideraríamos para la expedición humana. Venus es demasiado caliente y hostil. Marte tiene agua y luz solar y la posibilidad de establecer un campamento base sustentable.
Referencias
2009 The Crowded Universe: The Search for Living Planets
Alan Boss
Roberth M. Hazen
James Trefil, Robert M. Hazen
Astronomers search for signs life in skies distant exoplanets
Michael D. Lemonick