Un punto rojo pálido: a vueltas con la habitabilidad de Próxima b

Por Daniel Marín, el 27 agosto, 2016. Categoría(s): Astronomía • Estrellas • Exoplanetas ✎ 51

El descubrimiento de un planeta situado en la zona habitable de la estrella más cercana es una noticia tan asombrosa que, como era de esperar, ha originado un enorme debate sobre si estamos ante una Tierra 2.0 o un pedrusco sin mayor interés. Por ahora no tenemos la respuesta a esta incógnita, pero con casi total seguridad Próxima b no será ninguna de estas dos cosas.

Recreación artística de Próxima b (ESO/M. Kornmesser/G. Coleman).
Recreación artística de la superficie de Próxima b (ESO/M. Kornmesser/G. Coleman).

En Eureka lo hemos repetido hasta la saciedad, pero algo me dice que no es suficiente. Por si acaso, ahí va una vez más: el que un mundo sea potencialmente habitable no significa que haya vida en él. En este sentido, el adjetivo ‘habitable’ toma un significado ligeramente distinto para un astrónomo y no es exactamente lo mismo que para un biólogo o un geólogo. Del mismo modo que los físicos pueden asumir modelos muy simples en según qué condiciones —como, según el famoso chiste, suponer que las vacas sean esféricas— los astrónomos actuales se ven obligados a trabajar con muy pocos datos reales sobre las características de los exoplanetas que estudian (lo que no deja de ser un avance enorme teniendo en cuenta que hace veinte años apenas se conocían planetas fuera del sistema solar).

En este contexto de simplificación extrema, un ‘planeta habitable’ es en realidad siempre sinónimo de ‘planeta potencialmente habitable’ y solo significa que, posiblemente, el mundo en cuestión posee superficie sólida y se encuentra en la zona habitable de su estrella. Por lo tanto, y suponiendo que se den las condiciones adecuadas, habrá agua líquida en la superficie de forma más o menos permanente. Es decir, el concepto ‘habitable’ en astronomía solo presupone la existencia de agua líquida, esencial para la vida que conocemos (todas las formas de vida en la Tierra necesitan agua).

Del mismo modo, este adjetivo tiene el listón muy bajo y se refiere generalmente a microorganismos —o formas de vida muy ‘simples’— y no a seres humanos u otros animales, un matiz importante que suele pasarse por alto. Por lo tanto, un mundo yermo con unas condiciones que para nosotros fuesen terribles, pero que pese a todo tuviese agua líquida en su superficie seguiría siendo ‘habitable’ desde el punto de vista astronómico. Y es que el que un planeta esté en la zona habitable no es una condición necesaria —obviamente ni siquiera es suficiente— para que haya agua líquida en un mundo: ahí tenemos los ejemplos de los satélites helados como Europa o Encélado, situados bien fuera de la zona habitable del Sol y que, paradójicamente, son mundos potencialmente habitables (claro que en estos casos el agua líquida no está en la superficie).

Otra recreación artística de Próxima b (ESO/M. Kornmesser).
Otra recreación artística de Próxima b (ESO/M. Kornmesser).

Entonces, ¿es o no es habitable Próxima b? Primero, no estaría mal que el planeta fuese confirmado por un segundo equipo a partir de observaciones independientes. La probabilidad de que Próxima b exista de acuerdo con los datos de sus descubridores es muy alta —nadie quiere repetir el fiasco de Alfa Centauri Bb o Gliese 581g—, pero no es del 100% (es lo que tiene el método de la velocidad radial). Por este motivo, oficialmente Próxima b es un ‘candidato’ a planeta, aunque este término puede crear bastante confusión entre el gran público. Porque, siendo estrictos, la inmensa mayoría de exoplanetas descubiertos hasta la fecha son solo ‘candidatos’ —en tanto en cuanto no han sido confirmados por un equipo independiente— y casi todos lo serán por siempre jamás (o, al menos, durante muuuuchos años). Por supuesto, si en el futuro somos capaces de ver a Próxima b directamente —una hazaña posible gracias a la escasa distancia que nos separa—, tendremos confirmación más que suficiente.

Pero antes de que nos pongamos a especular a lo loco sobre hombrecillos verdes en Próxima b, hay que insistir en que, por el momento, lo único que sabemos del planeta es su masa mínima (1,3 veces la de la Tierra) y su periodo (11,2 días). Puesto que solo conocemos la masa mínima, la real podría ser mayor, pero es muy improbable que sea superior a 3 masas terrestres. También podemos inferir la distancia a su estrella si suponemos una órbita circular, que sería de 7,5 millones de kilómetros. Si vamos un paso más lejos se puede estimar su tamaño suponiendo una densidad media similar a la terrestre, con lo que obtendríamos un radio de 1,1 veces el de la Tierra. Es decir, la gravedad sería tan solo un 7% superior a la terrestre, así que seríamos capaces de andar por su superficie sin complicaciones.

La zona habitable de Próxima comparada con la órbita de Mercurio.
La zona habitable de Próxima comparada con la órbita de Mercurio (ESO/M. Kornmesser)..

Hasta aquí los hechos. ¿Podemos ir más allá? Pues sí, porque varios equipos de investigadores ya han publicado varios artículos discutiendo la habitabilidad de Próxima b, incluyendo al líder del grupo que detectó el planeta, el científico catalán Guillem Anglada Escudé. El primero tiene que ver, cómo no, con el peliagudo asunto de la radiación. Y es que una de las muchas limitaciones de nuestro concepto de zona habitable es que solo hace referencia a la temperatura media para que haya agua líquida y no a otros factores. Las estrellas enanas rojas sufren numerosos episodios violentos en los que emiten grandes cantidades de rayos X y radiación ultravioleta. Y Próxima, con un 12% de la masa solar, no es una excepción.

La radiación y la zona habitable

El problema a la hora de analizar el asunto de la radiación de Próxima es separar la emisión ‘normal’ de la emitida durante sucesos violentos como las fulguraciones. Según uno de los artículos, firmado por Ignasi Ribas (Institut de Ciències de l’Espai) como autor principal, Próxima b recibe de media 30 veces más radiación ultravioleta que la Tierra y hasta 250 veces más rayos X que la Tierra (!!), aunque sigue siendo muy complicado separar la contribución de la emisión continua de los fenómenos violentos. Por contra, la suma total de radiación lumínica en todas las longitudes de onda que llega al planeta es de solo el 65% o 70% de la Tierra, de ahí que su temperatura media de equilibrio sea más fría que la de nuestro planeta. A cambio, este elevado flujo de radiación ionizante parece que no tiene un efecto drástico en la erosión atmosférica del planeta.

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Flujos de radiación energética de Próxima b y la Tierra. Vivir cerca de una enana roja no es fácil (Ribas et al.).

Por supuesto, tan importante como la radiación que recibe Próxima b hoy en día es saber cuánta ha recibido a lo largo de su historia. Si suponemos que el planeta tiene unos 4800 millones de años, la dosis de radiación ionizante total se estima que puede rondar entre 7 y 16 veces la recibida por la Tierra, una cifra negativa en cuanto a habitabilidad se refiere, pero no tanta como podría parecer en un principio. Al fin y al cabo, una atmósfera suficientemente densa es capaz de filtrar los rayos X, mientras que unos pocos centímetros de agua bloquean casi toda la radiación ultravioleta.

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Estimación del flujo de Próxima (línea negra) en longitudes de ondas energéticas comparada con el Sol (Ribas et al.).
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Evolución del tamaño, luminosidad, temperatura y flujo de rayos X y radiación ultravioleta de Próxima (Barnes et al.).

Otro factor clave es la evolución de la zona habitable alrededor de Próxima. A diferencia del sistema solar, donde la zona habitable se aleja del Sol con el tiempo, en Próxima tenemos justo lo contrario. Esto significa que Próxima b pasó sus primeros cien o doscientos millones de años fuera de la zona habitable, sometido a una temperatura mayor. Por eso es posible que en el pasado Próxima b perdiese gran parte de su agua, y hasta su atmósfera, antes de entrar en la zona habitable. Pero también cabe la posibilidad de que Próxima b haya sido primero un exovenus antes de pasar a la zona habitable (y quizás siga siéndolo).

Una curiosa consecuencia de esta supuesta fase de efecto invernadero descontrolado, además de que pudo haber dejado el planeta seco como una mojama, es que podrían haberse generado enormes cantidades de oxígeno molecular —según algunos modelos, hasta cien atmósferas (!)—. Esto implica que la futura detección de oxígeno en Próxima b no significaría necesariamente que estamos ante un planeta con vida, puesto que a lo mejor se trata de un producto de la fase de Venus. No obstante, si Próxima b tuvo en origen una atmósfera de hidrógeno muy densa el agua pudo sobrevivir a esta fase sin dificultades siempre y cuando su masa real no sea mucho mayor de 1,3 masas terrestres.

Pero, naturalmente, todo depende de cuánta agua tuviese Próxima b en un principio. Este parámetro es desconocido. Se supone que el agua de la Tierra vino principalmente de asteroides procedentes de órbitas más lejanas que chocaron con nuestro planeta durante su formación. En las enanas rojas como Próxima la distancia entre la zona habitable y la zona donde se formaron cuerpos menores ricos en hielo de agua es proporcionalmente mayor que en el sistema solar, así que teóricamente Próxima b debería haberse formado con una cantidad menor de agua que la Tierra. Pero este modelo depende fuertemente del comportamiento errático de nuestro Júpiter, por lo que no es aplicable a Próxima. No obstante, debido a las velocidades orbitales intrínsecas de la zona habitable de Próxima, las colisiones de Próxima b con asteroides y cometas tuvieron que ser mucho más energéticas que en la Tierra, un factor que podría suponer una mayor pérdida de atmósfera y agua con el paso del tiempo. Por otro lado, también puede que Próxima b se formase más lejos, y con más agua, para migra hacia al interior con posterioridad. Resumiendo, no tenemos ni idea del tamaño de las reservas de agua que tuvo originalmente Próxima b.

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Situación de la zona habitable de Próxima a lo largo del tiempo. Se comprueba que Próxima b estuvo al principio fuera de la zona habitable (Ribas et al.).

Como hemos señalado, el flujo de rayos X no debería haber tenido un efecto importante con respecto a la erosión atmosférica, pero sí, y mucho, las partículas del viento estelar emitido por Próxima (recordemos que el viento solar ha despojado a Marte de gran parte de su atmósfera inicial al carecer de un campo magnético intenso). Este flujo de partículas es un parámetro muy difícil de calcular para cualquier otra estrella que no sea el Sol, y más aún para una enana roja, pero el equipo de Ribas estima que el flujo de partículas recibido por Próxima b debe estar comprendido entre 4 y 80 veces el de la Tierra como mucho. Una vez más, la incertidumbre es demasiado alta para poder sacar conclusiones.

La principal defensa contra el viento estelar es un campo magnético intenso. En este punto suele haber cierta confusión, ya que mucha gente piensa que si Próxima b sufre acoplamiento de marea entonces no gira sobre su eje y, por tanto, no puede generar un campo magnético intenso. El caso es que Próxima b por supuesto que rota alrededor de su eje, incluso si sufre rotación sincronizada, pero en este caso la rotación durará lo mismo que su año —de ahí lo de ‘sincronizada’—, o sea, 11,2 días. ¿Puede un planeta producir un campo magnético intenso con un periodo de rotación relativamente tan bajo? Nadie lo sabe. Venus parece no ser capaz de generar un campo magnético con un periodo superior a los 240 días, pero es un caso extremo.

En cualquier caso, incluso si no existe un campo magnético planetario a nivel global, los movimientos de la ionosfera son capaces de inducir un campo magnético que puede mantener a raya gran parte de las partículas del viento estelar. Por ejemplo, hay estudios que sugieren que durante los cambios de polaridad del campo magnético terrestre se inducen campos en la ionosfera terrestre de entre 0,03 y 0,3 gauss. Teniendo en cuenta que el campo superficial terrestre en condiciones normales es de entre 0,3 y 0,6 gauss, pues no está nada mal. Aquí también hay que considerar la contribución de la actividad interna de Próxima b. Un mundo con un campo magnético relativamente débil, pero con un aporte continuo de gases a través de la actividad volcánica podría contrarrestar la pérdida de gases atmosféricos (además no olvidemos que la gravedad de Próxima b es muy superior a la de Marte). Conclusión: nada impide que Próxima b tenga una atmósfera densa hoy en día, aunque obviamente también podría ser una roca pelada.

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Otra gráfica de la evolución de la zona habitable alrededor de Próxima (Barnes et al.).

La rotación de Próxima b

Otro asunto interesante es la rotación de Próxima b. Un planeta tan cercano a su estrella debe presentar rotación sincronizada por acoplamiento de marea, es decir, tiene un hemisferio en el que siempre es de día y otro en el siempre es de noche. Pero esto ocurre solo si su órbita es circular. En el caso de que Próxima b tenga una órbita más excéntrica (por encima de 0,06), quizás debido a las interacciones con otro planeta del sistema, puede que presente en la actualidad una resonancia 3:2 como Mercurio (es decir, gira tres veces sobre su eje al cabo de dos vueltas al Sol, un fenómeno que provoca ‘dobles amaneceres’ en ciertas zonas del planeta). También es posible una resonancia 1:2, pero solo para excentricidades muy elevadas e improbables. Varios modelos indican que Próxima b tuvo que formarse junto a más planetas, por lo que no sería extraño que tuviese una órbita ligeramente excéntrica y rotase con un acoplamiento 3:2. También es factible que en el pasado encuentros cercanos con las estrellas Alfa Centauri A y Alfa Centauri B hayan cambiado ligeramente sus parámetros orbitales.

Si Próxima b gira con acoplamiento 3:2 experimentaría el paso de los días y las noches, además de sufrir una mayor actividad interna por el calentamiento de marea (de forma similar a Encélado, la luna de Saturno). De forma un poco contraintuitiva, desde el punto de la habitabilidad lo mejor es que Próxima b tenga rotación sincronizada. Los cálculos sugieren que en el caso de que Próxima b rote como Mercurio no habría entrado en la zona habitable hasta doscientos millones de años después de su formación, frente a los cien del caso con rotación sincronizada. ¿Y a qué se debe esto? Pues a que la rotación sincronizada en un mundo caliente y con agua es capaz de generar un manto de nubes permanentes sobre el punto subsolar —la zona más cálida de la superficie— que a su vez provocarían una disminución de las temperaturas por el efecto albedo.

¿Un mundo seco, un mundo cubierto por hielo o un mundo océano?

Ahora bien, supongamos que Próxima b tiene atmósfera, ¿cómo sería su clima? Los parámetros claves para responder a esta pregunta serían, como ya hemos visto, la cantidad de agua en la superficie y la densidad y composición de la atmósfera. Si Próxima b sufre acoplamiento de marea y cuenta con al menos el 60% de la cantidad de agua que tiene la Tierra en su superficie los modelos muestran que es posible asegurar la presencia de agua líquida, al menos en el punto subestelar, siempre y cuando la presión atmosférica sea de una atmósfera y el gas principal sea nitrógeno. Si en vez de nitrógeno el principal componente es el dióxido de carbono, Próxima b podría tener un océano global con una presión de una atmósfera.

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Presencia de agua líquida en Próxima b en función de la cantidad de agua y la presión parcial de CO2 suponiendo que tenga rotación sincronizada (Turbet et al.).

Si el planeta gira con una resonancia 3:2 es necesario que haya un mínimo de 10 milibares de dióxido de carbono para evitar que se convierta en una bola de nieve. En el supuesto de que Próxima b tenga poca agua, se requiere una atmósfera de dióxido de carbono con una presión de al menos media atmósfera para que el agua no se acumule en los polos en forma de casquetes polares. En general, para pocas cantidades de agua es beneficioso la rotación en resonancia 3:2, ya que permite fácilmente la aparición de lagos incluso con pequeñas cantidades de dióxido de carbono en la atmósfera. Por contra, si hay mucha agua y poco dióxido de carbono, el planeta podría transformarse en una bola de nieve, algo imposible si hay rotación sincronizada. Además, la rotación sincronizada permite la existencia de agua líquida en el hemisferio nocturno para cantidades moderadas de agua y dióxido de carbono. Por otro lado, no se puede descartar el que puedan existir océanos subterráneos bajo casquetes polares —a profundidades superiores a 600 metros— si el planeta está en un estado de bola de nieve con rotación 3:2.

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Presencia de agua líquida en Próxima b en función de la cantidad de agua y la presión parcial de CO2 suponiendo que tenga rotación en resonancia 3:2 (Turbet et al.).

Puesto que Próxima b podría tener muy poca agua al haber estado fuera de la zona habitable durante cien o doscientos millones de años tras su formación, este es un escenario muy a tener en cuenta. Suponiendo que estemos ante un planeta seco y con pocas cantidades de dióxido de carbono, nos enfrentaríamos a un mundo cubierto parcialmente por glaciares y un punto subestelar desértico si la rotación es sincronizada o un mundo con regiones ecuatoriales secas y casquetes polares si gira con resonancia 3:2. En general, un mundo con poca agua y con rotación sincronizada favorece la presencia de ‘trampas de hielo’, es decir, el gua se acumularía en el hemisferio nocturno en forma de hielo.

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Temperatura superficial de Próxima b en función de la composición atmosférica y el tipo de rotación (Turbet et al.).

En este escenario las hipotéticas formas de vida tendrían agua, aunque sea en estado sólido, pero no en zonas a las que llegue la luz para hacer fotosíntesis. Como contrapartida, el hemisferio nocturno en un mundo con rotación sincronizada es buen refugio contra las fulguraciones, emisiones de rayos X y la radiación ultravioleta de la estrella. Sea como sea, la topografía juega un papel muy relevante en la distribución de hielos y océanos para mayor cantidad de agua en mundos con acoplamiento de marea. Por ejemplo, si el punto subestelar está ocupado por una cuenca en vez de un altiplano será más fácil que se forme un océano global libre de hielo.

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Máximo espesor del hielo en Próxima b en función de la atmósfera y el tipo de rotación (Turbet et al.).

¿Cómo podríamos saber más?

Lo ideal es que Próxima b transitase, es decir, pasase por delante de su estrella. El equipo de Guillém Anglada no ha detectado tránsitos, pero la elevada variabilidad de Próxima hace difícil descartarlos. En cualquier caso, la probabilidad de que transite es de tan solo el 1,3%. Pero lo realmente fascinante es que seremos capaces de ver el planeta directamente con la nueva generación de telescopios de gran tamaño como el E-ELT europeo (39 metros de diámetro) y el TMT estadounidense (30 metros). Eso sí, la capacidad de obtener datos del planeta dependerá en buena medida de sus características orbitales precisas (desconocemos la inclinación de la órbita con respecto a la línea de visión con la Tierra).

Esta nueva generación de telescopios será capaz de buscar biomarcadores en la hipotética atmósfera de Próxima b, incluyendo oxígeno molecular, agua, dióxido de carbono y metano. En cuanto al futuro telescopio espacial James Webb, no tendrá capacidad para resolver Próxima b como un punto de luz separado, pero a pesar de todo podrá estudiar indirectamente la atmósfera —o la ausencia de la misma— analizando la contribución del planeta al espectro infrarrojo de la estrella. A medio y largo plazo, el uso de interferómetros en el infrarrojo nos desvelará gran parte de los misterios de Próxima b.

Entonces, ¿es Próxima b una Tierra 2.0 o un pedrusco pelado? No lo sabemos, pero todo apunta a que ni lo uno ni lo otro: será un mundo único. Independientemente de que no podamos emigrar a Próxima b, el estudio de este planeta va a ser fundamental para entender las habitabilidad de la mayor parte de mundos de la Vía Láctea. Sin duda los próximos años van a ser muy interesantes.

 

PD: en muchos medios se habla del planeta de Próxima Centauri como ‘Próxima B’, pero el nombre correcto es Próxima b, con ‘b’ minúscula. Las mayúsculas están reservadas para las distintas estrellas en sistemas múltiples. De hecho, como a Próxima Centauri se le llama en ocasiones Alfa Centauri C, Próxima b sería en realidad Alfa Centauri Cb. Confuso, sí, pero es lo que hay.



51 Comentarios

  1. OT: Este anochecer va a haber una conjunción muy maja de Júpiter y Venus. Aunque vaya a ser poco después de ponerse el Sol y estén muy bajos al Oeste, vale la pena.

  2. Habrá que encontrar el primre planeta fácilmente terraformable con la tecnología disponible… seguro que entonces hay unos cuantos que se apuntan al carro de la exploración espacial.

    A ver que tal con los nuevos telescopios, creo que empezaremos a ver cosas indirectamente, no a bajar a un humano en otro planeta muy distante pero sí a ver las cosas desde lejos y acercar algún vehículo no tripulado Y PODREMOS VERLO.

  3. Excelente entrada. Precisar el concepto de habitabilidad aplicado a este ‘presunto’ exoplaneta y valorar los posibles escenarios desde tu punto de vista (astrofísico) es de agradecer frente al torrente de información poco precisa -o confusa- de los medios generalistas. Gracias, Daniel.

  4. Gran artículo!
    Una observación, creo que el TMT no podrá estudiar a Próxima b debido a que se ubicará en el hemisferio norte, estoy en lo correcto?

    Me desespera un poco saber que no vamos a tener mas novedades relevantes de Próxima b por unos años… va a ser un lento camino el de concer a Próxima b.

    Saludos!

    1. No hay una ubicación decidida. Si lo ponen en Hawaii sí, porque son 20° N (+/-), si lo ponen en Baja California no, porque son 31° N. Si lo ponen en Canarias sí, en Cachemira no. Y así.

  5. Llevo tiempo siguiendo este blog, solo leyendo, pero esta vez tengo que darle explícitamente las gracias a Daniel por la gran labor de divulgación que está realizando.

    Una cuestión que me parece que no se ha tratado en profundidad es el tema del vulcanismo. Según parece, el planeta tendría suficiente masa como para mantenerse geológicamente activo aún hoy en día. Esto garantiza un reabastecimiento de gases a la atmósfera, por mucha erosión que sufra ésta.

    Lo que es más, la erosión podría haber venido muy bien para sacudirse la atmósfera venusina que probablemente habría tenido el planeta en las primeras fases del sistema, cuando hacía hacía más calorcete. Después, una vez pasada la época de juventud de la estrella, reaparecería una atmósfera más suave gracias al vulcanismo. Y hay que tener presente que, al menos en nuestra Tierra, el manto guarda bastante cantidad de agua, aunque sea de forma combinada.

    En fin, habrá que dejar la imaginación al lado y dejar que los científicos investiguen lo mejor que puedan este interesantísimo planeta.

  6. Grandísimo artículo para aclarar las múltiples posibilidades acerca de la habitabilidad de Proxima b.

    Demasiadas posibilidades para abarcarlo todo. Mi imaginación no da para tanto.

    Aun y todo creo que la clave está en que haya una atmósfera y a ser posible un campo magnetico que proteja la superficie del planeta. Mucho pedir quizás.

  7. Sería interesante un artículo sobre que se puede ver de la tierra a esa distancia, por ejemplo con que intensidad llegarían nuestras emisiones radiofónicas, qué espectros viajan mejor o peor, etc etc

  8. Yo todavía estoy dirigiendo la grandeza de este descubrimiento, que no es poca. Sí lo se, podría ser un falso positivo … . Pero también puede ser que no lo sea. Yo creo que solo los especialistas saben valorar esta hazaña … Vaya década, el bosón de Higgs, las ondas gravitacionales y ahora (casi…) un planeta en el sistema vecino como éste … no está mal.

  9. Uno de los dos árbitros del artículo de Anglada-Escudé et al. (2016) en Nature insistió en sustituir la mayoría de las palabras “habitable” por “temperate”, en consonancia con lo que Daniel menciona al principio del todo acerca de la posible confusión entre habitable y habitado. No penséis que los astrónomos no sabemos lo que hacemos; conocemos muy bien el largo camino que hay entre nuestra definición de trabajo de habitabilidad y los Little Green Men.

  10. Por cierto, el curso pasado supervisé una tesis de máster sobre la idea conceptual de una sonda interestelar al sistema alpha Centauri. La próxima vez, le pediré a mi nuevo alumno que planifique un “rendezvous” con Proxima… (Corolario: los astrónomos estamos locos de atar, pero bendita locura).

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Por Daniel Marín, publicado el 27 agosto, 2016
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