22.5: ¿Hay Otras Tierras?
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Si con eso te refieres a, ¿hay otros planetas donde podríamos salir de una nave espacial sin ningún equipo que no sea una canasta de picnic, y disfrutar de una tarde agradable en una pendiente cubierta de hierba cerca de un arroyo, entonces eso queda por verse. Por otro lado, si estás preguntando si existen otros planetas que son mundos rocosos aproximadamente del tamaño de la Tierra, y orbitando dentro de la zona habitable de su estrella (la zona en la que puede existir el agua líquida, y potencialmente la vida), entonces muchos cazadores de planetas son cautelosamente optimistas que hemos encontrado en menos 12 de esos mundos hasta el momento.
A julio de 2015, la misión Kepler de la NASA ha detectado un total de 4.696 exoplanetas posibles. La nave espacial Kepler tiene un instrumento para medir el brillo de las estrellas, y busca pequeñas variaciones en el brillo que podrían ser causadas por un planeta que pasa entre la estrella que orbita y el instrumento que observa la estrella. Luego se examinan con más detalle los posibles candidatos para ver si de hecho son planetas o no. Hasta el momento 1,030 de esos candidatos han sido confirmados como planetas. [1] De ellos, 12 satisfacen los criterios de ser de una a dos veces el tamaño de la Tierra, y orbitar su estrella dentro de la zona habitable. [2]
La incertidumbre sobre los 12 posibles mundos similares a la Tierra está relacionada con su composición. Aún no conocemos su composición; sin embargo, es tentador concluir que son rocosos porque son similares en tamaño a la Tierra. Recuerda las reglas del juego de acreción: solo puedes comenzar a recolectar gas una vez que tengas cierto tamaño, y la cantidad de materia que recolectes depende de qué tan lejos del Sol estés. Dado lo grandes que son nuestros planetas gigantes gaseosos y gigantes de hielo comparados con la Tierra, y lo lejos que están del Sol, esperaríamos que un planeta similar en tamaño a la Tierra, y una distancia similar de su estrella, sea rocoso.
No es tan sencillo como eso, sin embargo. Estamos encontrando que las reglas para el juego de acreción pueden resultar en sistemas planetarios muy diferentes a los nuestros, llevando a algunas personas a preguntarse si esos sistemas planetarios son extraños, o el nuestro lo es, y si el nuestro es extraño, ¿qué tan extraño es?
Considera que en las observaciones de la misión Kepler hasta el momento, es muy común encontrar sistemas planetarios con planetas más grandes que la Tierra orbitando más cerca de su estrella que Mercurio al Sol. Es raro que los sistemas planetarios tengan planetas tan grandes como Júpiter, y donde sí existen planetas grandes, están mucho más cerca de su estrella que Júpiter del Sol. Para resumir, debemos ser cautelosos a la hora de sacar conclusiones de nuestro propio sistema solar, por si acaso estamos basando esas conclusiones en algo verdaderamente inusual.
Por otro lado, las características aparentemente únicas de nuestro sistema solar harían que los sistemas planetarios como el nuestro fueran difíciles de detectar. Los planetas pequeños son más difíciles de detectar porque bloquean menos luz de una estrella que los planetas más grandes. Los planetas más grandes más alejados de una estrella son difíciles de detectar porque no pasan de la estrella con tanta frecuencia. Por ejemplo, Júpiter da la vuelta al Sol una vez cada 12 años, lo que significa que si alguien estuviera observando nuestro sistema solar, podría tener que mirar durante 12 años para ver a Júpiter pasar al Sol una vez. Para Saturno, tal vez tengan que vigilar durante 30 años.
Entonces digamos que los exoplanetas de zona habitable son terrestres. ¿Eso significa que podríamos vivir ahí?
La definición operativa de “otras Tierras”, que implica una composición terrestre, una restricción de tamaño de una a dos veces la de la Tierra, y la ubicación dentro de la zona habitable de una estrella, no excluye mundos incapaces de soportar la vida tal como la conocemos. Por esos criterios, Venus es una “otra Tierra”, aunque justo en el borde de la zona habitable para nuestro Sol. Venus es demasiado caliente para nosotros, con una temperatura superficial constante de 465°C (el plomo se funde a 327°C). Su atmósfera es casi en su totalidad dióxido de carbono, y la presión atmosférica en su superficie es 92 veces mayor que en la Tierra. Cualquier agua líquida en su superficie se desprendió hace mucho tiempo. Sin embargo, las características que hacen de Venus un destino de picnic terrible no son del todo cosas que podríamos predecir desde su distancia del sol. Dependen en parte de la evolución geoquímica de Venus, y en algún momento Venus podría haber sido mucho más como una Tierra joven. Este es el tipo de cosas que no sabremos hasta que podamos mirar cuidadosamente las atmósferas y composiciones de los exoplanetas de zonas habitables.
Una de las técnicas para encontrar exoplanetas es medir los cambios en el brillo de una estrella anfitriona a medida que el planeta cruza frente a ella y bloquea parte de su luz. Este diagrama muestra cómo cambia el brillo con el tiempo. La caída en el brillo refleja un planeta que cruza entre la estrella y el instrumento que la observa.
Muchas veces el planeta en sí es demasiado pequeño para verlo directamente. Si todo lo que sabemos es cómo afecta el planeta al brillo de la estrella, y ni siquiera podemos ver el planeta, entonces ¿cómo sabemos qué tan grande es el planeta? La respuesta es que los dos están relacionados. Podemos escribir una ecuación para esta relación usando el radio del planeta y el radio de la estrella.
Vamos a probar esto para el exoplaneta similar a la Tierra llamado Kepler-452b. Lo primero que debemos saber es el tamaño de la estrella anfitriona Kepler-452. Podemos obtener esa información comparando su temperatura superficial y brillo con la del sol. Comience calculando las proporciones de la temperatura del sol a la temperatura de la estrella, y la luminosidad de la estrella a la luminosidad del sol utilizando los datos de la Tabla 22.5. Registre sus respuestas en la tabla. Luego encuentra el radio de la estrella usando la siguiente ecuación y registra tu resultado:
| Descripción | Sun | Kepler-452 | Ratio |
|---|---|---|---|
| Temperatura (grados Kelvin) | 5,778 | 5,757 | |
| Luminosidad (× 1026 vatios) | 3.846 | 4.615 | |
| Radio (km) | 696,300 |
Lo segundo que necesitamos saber es cómo cambia el brillo de Kepler-452 a medida que el planeta Kepler-452b se mueve frente a él. Utilice la trama que se muestra en este cuadro de ejercicios para encontrar esta información. Encuentra el valor en el eje y donde la curva roja muestra la mayor atenuación del planeta y registra tu resultado en la Tabla 22.6.
| Disminución del brillo* | Radio terrestre en km | Radio de Kepler-452b en km | Kepler-452b Radio/radio de tierra |
|---|---|---|---|
| x 10 −6 | 6,378 |
* Porque sabemos que esto es una disminución, no es necesario que mantengas el signo negativo.
Utilice la siguiente ecuación para encontrar el radio de Kepler-452b:
Para poner en perspectiva el tamaño de Kepler-452b, divide su radio por el de la Tierra y registra tu respuesta.
Ver Apéndice 3 para Ejercicio 22.2 respuestas.
Descripciones de las imágenes
Descripción de la imagen de la Ecuación 2: Radio de estrella es igual al radio solar tiempos comienzan fracción temperatura del sol sobre la temperatura de la estrella final fracción cuadrada tiempos comienzan raíz cuadrada comenzar fracción luminosidad estrella sobre sol luminosidad final fracción final raíz cuadrada. [Volver a la Ecuación 2]
Atribuciones de medios
- Figura\(\PageIndex{1}\): © Karla Panchuk. CC POR. Con base en datos de Jenkins, J. et al, 2015, Discovery and validation of Kepler-452b: a 1.6Rearth super earth exoplanet in the habitable zone of a G2 star, Astronomical Journal, V 150, DOI 10.1088/0004-6256/150/2/56.
- Puedes acceder a un catálogo de exoplanetas confirmados encontrados por la NASA y otras organizaciones de caza de planetas en [1]http://exoplanet.eu/catalog/
- Lee más sobre planetas de zona habitables descubiertos hasta ahora en [2]http://www.nasa.gov/jpl/finding-another-earth