¿Puede albergar vida un planeta que tenga el eje de rotación inclinado como Urano?

En la novela de ciencia ficción Arca de Stephen Baxter una nave espacial viaja hasta otra estrella para colonizar Tierra II, un planeta de tipo terrestre situado en la Zona Habitable de su estrella. Pero al llegar descubren que Tierra II tiene un pequeño defecto: su eje de rotación está inclinado casi 90º, como el de Urano. O sea, que gira ‘tumbado’. La inclinación del eje de rotación -lo que en astronomía se conoce como oblicuidad- es la causante de las estaciones. Si la oblicuidad es cero, no hay estaciones. Pero si es de 90º, bueno, te puedes imaginar. Tierra II resulta tener un clima infernal en verano y gélido en invierno. Solamente en una franja alrededor del ecuador las condiciones son mínimamente compatibles con la vida humana.

zCF1H
Inclinación del eje de Urano (University of Hawaii).

Tierra II es un mundo de ficción, ¿pero cómo afectaría en realidad la oblicuidad de un planeta a la presencia de vida? Y cuando decimos vida, hablamos en un sentido amplio, no sólo seres humanos. Es decir, hablamos de la Zona Habitable. Como sabemos, la Zona Habitable (ZH) alrededor de una estrella viene determinada por la distancia a la que un planeta terrestre puede tener agua líquida estable en su superficie (todas las formas de vida conocidas necesitan agua). Un planeta terrestre situado a menor distancia del límite interior de la ZH sufrirá un efecto invernadero descontrolado como Venus, mientras que si está situado fuera del límite exterior se congelará por completo. Bien, esto ya lo sabemos, ¿pero y si introducimos la oblicuidad en los cálculos?

A priori uno podría pensar que los efectos de una alta inclinación en el eje sólo pueden ser negativos, pero en realidad ocurre todo lo contrario. Efectivamente, los cálculos muestran que el límite exterior de la ZH para un mundo terrestre con oblicuidad cero y con un océano global -por simplificar las cosas- alrededor de una estrella de tipo solar está situado a 1,03 unidades astronómicas (unos 155 millones de kilómetros). Sin embargo, con una oblicuidad de 90º el límite exterior de la ZH estaría más lejos. La lógica detrás de estos resultados es simple: una oblicuidad alta aumentaría temporalmente la temperatura de las regiones más frías del planeta. ¿La pega? Pues que una misma zona no sería siempre habitable. Esto último no sería un inconveniente para seres vivos que se puedan mover, pero no olvidemos que estamos hablando de microorganismos. Por eso mismo, la inclinación del eje más favorable no sería de 90º, sino de 55º, ya que garantizaría una distribución más homogénea del aumento de temperaturas.

Captura de pantalla 2014-01-26 a la(s) 22.12.06
Insolación media anual en un planeta dependiendo de la oblicuidad y la latitud para un planeta de excentricidad 0 (Linsenmeier et al.).

De hecho, si el eje de la Tierra estuviese inclinado 90º podría mantener una temperatura ecuatorial de 11º C y una polar por debajo de 46º C aún estando a 210 millones de kilómetros del Sol (en vez de 150 millones). En esta Tierra-Urano no habría hielo permanente en ninguna zona, salvo en las montañas más altas. Más arriba dijimos que la oblicuidad es la única causante de las estaciones. Bueno, eso es cierto en el caso de la Tierra, cuya órbita es casi circular. Pero un 36% de los exoplanetas descubiertos tienen órbitas bastante elípticas, con excentricidades superiores a 0,2, como la de Mercurio (la excentricidad de la órbita de un planeta puede variar de 0 a 1). Los efectos de la oblicuidad en un planeta con una órbita elíptica son mucho mayores. De hecho, para el caso del hipotético planeta rocoso con un océano global que vimos antes, el límite exterior de la ZH se situaría a 1,69 UA (254 millones de km) siempre y cuando su excentricidad fuese de 0,5. Una diferencia bastante notable.

Captura de pantalla 2014-01-26 a la(s) 22.22.14
Media anual y temperaturas extremas para distintas oblicuidades en un planeta de excentricidad 0 (izquierda) y de 0,5(derecha) (Linsenmeier et al.).

Los planetas situados en la ZH alrededor de enanas rojas es posible que no puedan disfrutar de esta ventaja. La ZH en estas estrellas está situada tan cerca de las mismas que las interacciones gravitatorias tienden a circularizar la órbita y a eliminar la oblicuidad planetaria, lo que como hemos visto influiría en la situación de su límite exterior. Por supuesto, un planeta podría tener esta oblicuidad bien por culpa de algún impacto primigenio -algo que se cree que le ocurrió a Urano- o por carecer de una Luna que estabilice su eje. Por ejemplo, sabemos que el eje de Marte ha variado fuertemente a lo largo de su historia, alcanzando inclinaciones del orden de 40º-50º. Así que, aunque los colonos de Tierra II que imaginó Baxter lo pasen mal en su nuevo mundo, puede que los microorganismos no piensen lo mismo y quizás la Galaxia esté repleta de tierras-urano. Referencias:

 



32 Comentarios

      1. no oseaaa… se vasan en una tonta pelicula osea.. porfavorr… usen sus neuronass..urano ni aca ni en otro sistema solar va a poder albergar vida!!… ubiquense quieren… tengo 82 años en este mundo y mi hijito esta en la NASA.. yo no esto junto a el y ay muchos secretos que ustedes no sabenn!!

  1. No sé si alguna vez te he agradecido lo suficiente que informes tan bien de estos artículos sobre habitabilidad planetaria y exoplanetas, Daniel. Es un tema que me encanta 😀

    Y otra cosilla: en el pie de foto de la segunda imagen pone 50° de excentricidad pero supongo que será una errata y querías decir 0,5 como en el texto que la precede, ¿verdad?

    ¡Un saludo!

  2. Muy interesante.

    Siguiendo el articulo hay una cosa que no entiendo sobre Tierra2, ese planeta que tiene un eje a 90 grados. Dices que la zona habitables seria una estrecha franja en el ecuador, justo la que esta entre la zona al sol, achicharrada, y la zona a la sombra, congelada.

    Eso seria asi si el eje de giro estuviera siempre apuntando a su sol, pero, y aqui viene mi duda, ¿el eje no estaria apuntando siempre en la misma direccion? Es dcir, dos veces al año estaria apuntando directamente al Sol2 y otras dos veces estaria en perpendicular a la linea entre Tierra2 y Sol2.

    Si es asi, no habria una zona que estuviera a lo largo de todo el año a una temperatura presentable.

    Cada hemisferio (norte o sur) pasaria como un cuarto del año mirando al sol en un dia perpetuo, achicharrandose mientras sus antipodas se congelan. Y cuando el eje estuviera mas omenos en perpendicular a la linea entre Tierra2 y Sol2, el planeta entero tendria un dia y noche como los que tenemos en Tierra1, pero no habria ninguna zona que estuviera estable todo el año.

    ¿Podria un planeta hacer que su eje de giro apuntara siempre a su sol de manera que el planeta fuera «rodando» su orbita? Yo creo que la conservacion del momento angular no le dejaria variar su eje, pero lo digo con la fisica del instituto…

    ¿Podria la vida estar ahi de todas formas bajo el suelo o algo asi?

    1. Lo que dices es correcto y el estudio ya lo tiene en cuenta. Efectivamente, habrá dos puntos en la órbita donde el eje de giro sea paralelo al radio vector y otros dos donde sea perpendicular. De hecho, Urano ya funciona así.

      El eje de rotación de los planetas puede tener un movimiento adicional. Puede girar como le dé la gana. En el caso de la Tierra es como el movimiento de una peonza, y se llama precesión. Como también comenta el artículo, este movimiento del eje puede ser caótico (causado por perturbaciones gravitatorias de otros planetas), y apuntar a cualquier parte, como en el ejemplo de Marte. Se cree que el movimiento del eje terrestre es tan estable por causa de la Luna, de no existir la Luna el eje terrestre podría ser tan caótico como lo fue el de Marte. Esto también depende de muchos factores, masa, velocidad de rotación, etc.

      1. Bueno, pero el movimiento de precesion es muy lento (si no hay pelotazo en forma de meteorito), asi que no deberia influir para que fuera habitable o no.

        Lo que no termino de entender es porque la presencia de la Luna equilibra la Tierra.

        1. Pues sí, sí que influye. Que sean 24.000 años te parece muy lento desde una perspectiva de la vida humana, pero eso es un pestañear geológico. De hecho, no sabemos bien a qué se deben las glaciaciones, pero la mayor parte de las teorías las atribuyen en parte al movimiento de precesión del eje. Hay muchas cosas que no sabemos.

          Los ritmos de la vida no son los nuestros.

          1. Pero la vida no se extingue en un ciclo de 24000 años. Puede haber un cambio en las especies, pero una vez que la vida aparece en un planeta no es facil deshacerse de ella.

            Si ahora mismo un meteorito nos pegara un viaje y junto al apocalipsis del impacto nos desequilibrara y nuestro eje se fuera a los 90 grados como los de Tierra2, seguiria habiendo vida por aqui. Seguramente serian poco mas que bacterias cerca de algun volcan o unos kilometros dentro de la corteza terrestre, pero habria vida. No me atrevo a decir que si partiera la Tierra en pedacitos algun bichejo se iria en los pedacitos, pero igual…

          2. No me refería a eso. Quiero decir que la vida tiene ciclos, y que 25 milenios puede parecer mucho tiempo pero puede perfectamente adaptarse seres vivos a tales longevos ciclos. Ya sabes, los que no, se extinguen, los que sí, prosperan xD.

        2. Podría equilibrar. Respuesta breve: porque en las simulaciones, quitas la Luna y la Tierra bambolea y capota en todas direcciones. Respuesta larga: porque es un sistema más amplio, con la masa distribuída en más distancia, y por tanto, parte del efecto descompensador gravitatorio se puede amortiguar dentro del sistema Tierra- Luna (actuando sobre el plano de la órbita lunar que disipa mejor la energía que el eje terrestre, y con consecuencias mucho menores). Esto se debe a la diferencia tan pequeña de masas (~80 veces). Por ejemplo, Marte tiene dos lunas, pero son tan pequeñas que no ejercen ninguna influencia que no sea negligible.

          Respuesta cutre: un equilibrista conserva mejor el equilibrio con un palo largo en cruz con su cuerpo. Esto es porque al inclinarse hacia un lado puede derivar parte del impulso hacia el otro (compensa la poca masa con la mayor longitud).

    2. Los microorganismos siempre podrán estar en el subsuelo de los planetas rocosos. Se han encontrado bacterias a tres kilómetros de profundidad en una mina sudafricana. Son bacterias quimiolitotrofas, es decir que literalmente se alimentan de la roca, de minerales de hierro y azufre de los que obtienen la energía necesaria para vivir. Incluso en planetas tan pequeños como Marte, que no ha sido capaz de retener una atmósfera lo bastante densa para permitir la vida en superficie, puede haber vida bajo el suelo, a salvo de las radiaciones y las temperaturas extremas, y donde la presión de la roca impide que el agua se evapore (en la superficie el agua se ha perdido ya que con la bajísima presión atmosférica el agua pasa a fase de vapor y luego se pierde al espacio).

    3. Lo de las temperaturas extremas lo decía por Venus: puede que bajo la superficie del planeta se den las condiciones para la vida microbiana, mientras que en la superficie son del todo imposibles, principalmente por la temperatura por encima de los 400 ºC.

  3. Me acabo de dar cuenta de que se podria vivir en el ecuador. En los solsticios seria la unica parte a temperatura normal, y en los equinocios todo el planeta seria habitable.

      1. Los días durane los equinoccios serían como en nuestra Tierra, la mitad del día con sol y la mitad del día de noche… Como dice nilo, en teoría, todo el planeta sería habitable.

  4. No entiendo muy bien como como las temperaturas serian mas suaves teniendo en cuenta que seis meses serian noche/invierno y los otros seis dia/verano, igual que dentro del circulo polar, pero extendido a todo el planeta.
    Un saludo

  5. La presencia de atmósfera y/o una cubierta oceánica también suavizaría las temperaturas. de hecho puede que hiciese esa franja ecuatorial apta para la vida más ancha de lo que parece en principio.

  6. La verdad es que un mundo como el que propones no supone problemas insalvables para los microorganismos. Los microrganismos (MO) son vitales el nuestro planeta pues son los seres encargados de cerrar los ciclos de la materia en los ecosistemas. Sagan propuso vida en planetas jovianos y en ella los MO se dejan arrastra por las corrientes de gases con la esperanza que su poco peso les permita flotar en ellas y su tasa de reproduccion alta les permita mantener «contingentes» viables en la atmósfera.
    En un planeta como el que propones, con un océano global, parece que implica cierta atmósfera, y unas corrientes marinas y atmosféricas importantes.
    Para tener poblaciones constantes en la zona habitable tienen dos soluciones: que parte de la población se mantenga en constante movimiento por las corrientes o que parte de la población pueda subsistir en el hielo oceánico.
    Y ambas suposiciones no son incompatibles.
    Un saludo y preciosa entrada.

  7. Pero, ¿no se había dicho que un océano global era incompatible con la vida, debido a que la presión crearía un tipo de hielo que impediría el ciclo del carbono? Por eso no me quedó muy claro el artículo…

  8. Martín lo que comentas en el «hielo VII» y en ello no se exige un océno global, si no unas enormes presiones en su interior. Metiéndome en jardines que no conozco muy bien, en un mundo como el propuesto, de un océano global y un giro uraniano, me cuesta creer que la parte oscura del planeta no este cubierta de un enorme casquete polar que podría tener secuestrada la mayor parte del agua líquida, (el metano también me gusta como compuesto de vida). Eso podría repercutir en que podría haber niveles de agua muy bajos sobre el lecho oceánico y quizás la aparicion de continentes con la inyección de cantidades considerables de polvo hacia la atmósfera lo que repercute en una mayor dispersión de los MO por el planeta.

    En nuestra Tierra hay MO que requieren O2 y otros que son envenenados por él. Me pregunto si en estos planetas hay gases respirables por estos MO (NH3, CO2, CH4, SH2,…) y si habrá MO que los resquieran y otros que sean envenenados por ellos… evidentemente esto podría suponer un mayor obstaculo para estos MO, pero una atmósfera del 21% de O2 no es problema insalvable en nuestro mundo.

    PD: Espero que el hielo VII no sea meta estable y se recristalice en otros tipos de hielo más fáciles de fundir al perderse la presión que podría soportar en los casquetes polares.

  9. Una pregunta:
    Si la tierra no tuviese el eje de rotación inclinado, toda la superficie del planeta recibiría 12 horas de luz y 12 horas de oscuridad durante todo el año sin importar su latitud.
    ¿Significa esto que haría la misma temperatura en toda la tierra?
    Los polos recibirían luz solar durante todo el día, ¿serían las zonas más cálidas del planeta?

  10. Una pregunta:
    Si la tierra no tuviese el eje de rotación inclinado, toda la superficie del planeta recibiría 12 horas de luz y 12 horas de oscuridad durante todo el año sin importar su latitud.
    ¿Significa esto que haría la misma temperatura en toda la tierra?
    Los polos recibirían luz solar durante todo el día, ¿serían las zonas más cálidas del planeta?

    1. No, los polos tendrían sus 12 h como el resto del planeta. La insolación depende de la inclinación, como la Tierra es una esfera (más o menos) no es lo mismo tener el Sol en lo alto del cielo (rayos perpendiculares al suelo) que muy bajo en el horizonte (rayos muy oblicuos). No es lo mismo que algo te impacte de pleno que que lo haga de refilón. Por eso hay estaciones, no es lo mismo en latitudes altas recibir los rayos del Sol perpendiculares (verano) que oblicuos (invierno), verás que la diferencia es bien notoria.

      Es tan importante esto, que de hecho el planeta está cinco millones de km más cerca del Sol en el *invierno* boreal que en el verano ídem: de hecho son casi *exactamente* cinco millones de km, la Tierra estará este año a 152,1 millones de km del Sol el 4 de julio de este año, y estuvo a su mínima distancia de 147,1 millones de km el 4 de enero. Ya ves que esa distancia no juega excesivo papel y sí la inclinación del eje. Es lo fundamental para efectos climáticos.

      Si la Tierra no estuviera inclinada, no habría estaciones y el clima entonces sólo dependería de las distribuciones geográficas de océanos y continentes (y obviamente, montañas, valles, etc.), dado que la absorción y reflexión de la energía solar es muy diferente (incluso en su interacción atmosférica) entre masas de agua, tierra, zonas selváticas o boscosas, etc. Pero aproximadamente el clima sería idéntico todo el año en función de la latitud de no haber diferencias geográficas. Vamos, comparado con lo que tenemos ahora, sería como estar en una estación concreta de forma fija.

  11. Vamos, que seria como estar todo el año en el equinoccio. Pero aun no me queda claro, en los polos, o mejor dicho en el punto mas al norte y en el punto mas al sur, siempre seria de dia, aunque como tu bien dices, el sol daria «de lado».
    En el resto del planeta ¿la latitud seria una variable menos importante que la orografia y la distribucion de los mares para la temperatura?
    Es decir, ¿podria tener un clima mas calido una zona concreta situada en latitd media que otra zona situada en el ecuador?
    Un saludo.

    1. La latitud lo que influye es en la cantidad de energía que recibes del Sol. La abertura del grifo, digamos. Te da de pleno: máxima energía. Te da de refilón: mínima energía. La distribución de materia en la superficie en lo que influye es en cómo se «gestiona» esa energía. La Luna no tiene atmósfera ni nada más que suelo: por tanto el suelo recibe de pleno la energía, se calienta de forma insoportable (durante casi 15 días), luego durante la noche se enfría irradiando toda la energía que absorbió en forma de calor (IR). Los efectos están claros: los materiales se dilatan, se contraen (calcula, de 100º C a -100º C y menos), eso los acaba resquebrajando y eventualmente pulverizando (de ahí todo el polvo lunar), etc.

      La atmósfera distribuye el calor, en algunos materiales como el agua (que tienen una capacidad calorífica mayor que los minerales) se almacena mejor, el agua no es sólo importante por formar masas, sino por hidratarlo todo, capas del subsuelo, minerales, etc. La biomasa es importantísima, no hay más que ver el clima del desierto y compararlo con el de una selva tropical, ahí todos los efectos corren a cargo única y exclusivamente del ecosistema.

      Si hablamos de un planeta sin formas de vida, dependerá de la capacidad de transmitir esa energía de unas zonas a otras. Una atmósfera ayuda mucho. Por ejemplo, Venus la tiene tan densa que en todos los puntos de su superficie virtualmente se está a la misma temperatura.

      Yo desde hace tiempo que le «cogido manía» a los cielos despejados. Aparte la fotofobia (real, no manía), el cielo despejado sólo me gusta de noche para ver la bóveda celeste xD, pero un día de estos de verano, Sol a plomo, lo asocio mentalmente ya a un paisaje lunar, donde la intensidad del Sol es tan brutal que achicharra todo, de hecho, la única barrera entre él y nosotros es una delgadísima capa de gas. Así que soy malo de contentar, de día prefiero nubes (y hasta lluvia). Por cierto, sabemos que las nubes se forman, al menos en parte (o en gran parte) gracias a los rayos cósmicos, que producen un canal ionizado donde las moléculas de agua pueden nuclearse y formar nubes por agregación. Tenemos nubes porque estrellas y sabe Dios lo qué a sabe Dios qué distancia emiten eso. Esa famosa carta del jefe Seattle (que es apócrifa, ya lo sabemos, pero se non è vero è ben trovato), la que dice, «todo está conectado». Vaya si lo está. Y de qué manera, y a qué escala.

  12. A mi me pasa exactamente como a ti con la nubosidad, de dia quiero que este nublado, que no lloviendo, me siento mas «protegido», y de noche me gusta despejado, ja ja. Un saludo.

  13. Hola, muy interesante tu post.
    Estoy escribiendo una novela de ciencia ficción, pero deseo hacerlo con datos de cierto modo factibles o reales. Esto es: si voy a plantear la vida en un planeta donde solo hay 2 estaciones al año, quiero dar alguna solidez (con detalles científicos) a esa posibilidad. Me manejo con varios temas, pero prefiero no suponer ni sacar mis conclusiones. Te agradeceré mucho me aportes. Por eso mis preguntas serían:
    – Qué condiciones deberían darse para que en un planeta solo hayan 2 estaciones al año, y que permita la vida humana? Es algo factible?
    – Qué efecto pudiera tener en ese planeta la existencia de más de una luna?
    – Cómo pudiera darse el hecho de que en un planeta hubiera una zona cálida y otra fría permanentemente? como Hemisferio Norte vs Sur, u Occidental vs Oriental…?

    Desde ya gracias

Deja un comentario

Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 27 enero, 2014
Categoría(s): ✓ Astronomía • Exoplanetas • Sondasespaciales