Habitabilidad planetaria

La habitabilidad planetaria es la medida del potencial de un planeta o un satélite natural para desarrollar y mantener ambientes hospitalarios para la vida . ^[1] La vida puede generarse directamente en un planeta o satélite de forma endógena o transferirse a él desde otro cuerpo, a través de un proceso hipotético conocido como panspermia . ^[2] Los ambientes no necesitan contener vida para ser considerados habitables ni las zonas habitables (HZ) aceptadas son las únicas áreas en las que podría surgir la vida. ^[3]

Como se desconoce la existencia de vida más allá de la Tierra , la habitabilidad planetaria es en gran medida una extrapolación de las condiciones de la Tierra y de las características del Sol y del Sistema Solar que parecen favorables al florecimiento de la vida. ^[4] De particular interés son aquellos factores que han mantenido a los organismos complejos y multicelulares en la Tierra y no solo a las criaturas unicelulares más simples . La investigación y la teoría a este respecto son un componente de varias ciencias naturales, como la astronomía , la ciencia planetaria y la disciplina emergente de la astrobiología .

Un requisito absoluto para la vida es una fuente de energía , y la noción de habitabilidad planetaria implica que se deben cumplir muchos otros criterios geofísicos , geoquímicos y astrofísicos antes de que un cuerpo astronómico pueda albergar vida. En su hoja de ruta de astrobiología, la NASA ha definido los principales criterios de habitabilidad como "regiones extensas de agua líquida, ^{[1] condiciones favorables para el ensamblaje de} moléculas orgánicas complejas y fuentes de energía para sostener el metabolismo ". ^[5] En agosto de 2018, los investigadores informaron que los mundos acuáticos podrían albergar vida. ^{[6] [7]}

Los indicadores de habitabilidad y las biofirmas deben interpretarse dentro de un contexto planetario y ambiental. ^[2] Para determinar el potencial de habitabilidad de un cuerpo, los estudios se centran en su composición en masa, propiedades orbitales , atmósfera y posibles interacciones químicas. Las características estelares de importancia incluyen masa y luminosidad , variabilidad estable y alta metalicidad . Los planetas y lunas rocosos y húmedos de tipo terrestre con potencial de química similar a la de la Tierra son un foco principal de la investigación astrobiológica, aunque las teorías de habitabilidad más especulativas ocasionalmente examinan bioquímicas alternativas y otros tipos de cuerpos astronómicos .

La idea de que los planetas más allá de la Tierra podrían albergar vida es antigua, aunque históricamente fue enmarcada por la filosofía tanto como por la ciencia física . ^[a] A finales del siglo XX se produjeron dos avances en este campo. La observación y exploración de naves espaciales robóticas de otros planetas y lunas dentro del Sistema Solar ha proporcionado información crítica para definir los criterios de habitabilidad y ha permitido realizar comparaciones geofísicas sustanciales entre la Tierra y otros cuerpos. El descubrimiento de exoplanetas , que comenzó a principios de la década de 1990 ^{[8] [9]} y se aceleró a partir de entonces, ha proporcionado más información para el estudio de la posible vida extraterrestre. Estos hallazgos confirman que el Sol no es el único entre las estrellas que alberga planetas y amplía el horizonte de investigación de habitabilidad más allá del Sistema Solar.

Aunque la Tierra es el único lugar del Universo conocido que alberga vida, ^{[10] [11]} las estimaciones de zonas habitables alrededor de otras estrellas, ^{[12] [13]} junto con el descubrimiento de miles de exoplanetas y nuevos conocimientos sobre los hábitats extremos de la Tierra donde viven organismos conocidos como extremófilos , sugieren que puede haber muchos más lugares habitables en el Universo de lo que se consideraba posible hasta hace muy poco. ^[14] El 4 de noviembre de 2013, los astrónomos informaron, basándose en datos de la misión espacial Kepler , que podría haber hasta 40 mil millones de planetas del tamaño de la Tierra orbitando en las zonas habitables de estrellas similares al Sol y enanas rojas dentro de la Vía Láctea . ^{[15] [16]} 11 mil millones de estos planetas estimados pueden estar orbitando estrellas similares al Sol. ^[17] El planeta más cercano puede estar a 12 años luz de distancia, según los científicos. ^{[15] [16]} Hasta junio de 2021, se han encontrado un total de 59 exoplanetas potencialmente habitables. ^[18]

La comprensión de la habitabilidad planetaria comienza con la estrella anfitriona . ^[19] La zona habitable clásica (HZ) se define solo para las condiciones de la superficie; pero un metabolismo que no depende de la luz estelar aún puede existir fuera de la HZ, prosperando en el interior del planeta donde hay agua líquida disponible. ^[19]

Bajo los auspicios del Proyecto Phoenix de SETI , los científicos Margaret Turnbull y Jill Tarter desarrollaron el " HabCat " (o Catálogo de Sistemas Estelares Habitables) en 2002. El catálogo se formó al seleccionar las casi 120.000 estrellas del Catálogo Hipparcos más grande en un grupo central de 17.000 estrellas potencialmente habitables, y los criterios de selección que se utilizaron proporcionan un buen punto de partida para comprender qué factores astrofísicos son necesarios para los planetas habitables. ^[20] Según una investigación publicada en agosto de 2015, las galaxias muy grandes pueden ser más favorables para la formación y el desarrollo de planetas habitables que las galaxias más pequeñas, como la Vía Láctea . ^[21]

Sin embargo, lo que hace que un planeta sea habitable es una cuestión mucho más compleja que tener un planeta ubicado a la distancia adecuada de su estrella anfitriona para que el agua pueda ser líquida en su superficie: varios aspectos geofísicos y geodinámicos , la radiación y el entorno de plasma de la estrella anfitriona pueden influir en la evolución de los planetas y la vida, si se originó. ^[19] El agua líquida es una condición necesaria ^[22] pero no suficiente para la vida tal como la conocemos, ya que la habitabilidad es una función de una multitud de parámetros ambientales. ^[2]

La clase espectral de una estrella indica su temperatura fotosferica , que (para las estrellas de la secuencia principal ) se correlaciona con la masa total. El rango espectral apropiado para las estrellas habitables se considera que va desde "finales de F" o "G", hasta "mediados de K". Esto corresponde a temperaturas de un poco más de 7000  K hasta un poco menos de 4000 K (6700 °C a 3700 °C); el Sol, una estrella G2 a 5777 K, está dentro de estos límites. Este rango espectral probablemente representa entre el 5% y el 10% de las estrellas en la galaxia local, la Vía Láctea . Las estrellas de "clase media" de este tipo tienen una serie de características consideradas importantes para la habitabilidad planetaria:

• Viven al menos unos pocos cientos de millones de años, lo que permite que la vida tenga la oportunidad de evolucionar. Las estrellas más luminosas de la secuencia principal de las clases "O" y muchos miembros de las clases "B" suelen vivir menos de 500 millones de años y, en casos excepcionales, menos de 10 millones. ^{[23] [b]}
• Emiten suficiente radiación ultravioleta de alta frecuencia para desencadenar dinámicas atmosféricas importantes como la formación de ozono , pero no tanta como para que la ionización destruya la vida incipiente. ^[24]
• Emiten suficiente radiación en longitudes de onda propicias para la fotosíntesis. ^[25]
• Puede existir agua líquida en la superficie de los planetas que orbitan a una distancia que no induce bloqueo de marea .

Las estrellas de tipo K podrían ser capaces de sustentar vida durante mucho más tiempo que el Sol . ^[26]

La cuestión abierta más importante en todo el campo de la habitabilidad planetaria, dada su prevalencia ( habitabilidad de los sistemas enanos rojos ), es si las estrellas enanas rojas más débiles de las clases K y M tardías también son anfitrionas adecuadas para planetas habitables. Gliese 581 c , una " supertierra ", se ha encontrado orbitando en la " zona habitable " (HZ) de una enana roja y puede poseer agua líquida. Sin embargo, también es posible que un efecto invernadero la vuelva demasiado caliente para albergar vida, mientras que su vecina, Gliese 581 d , puede ser una candidata más probable para la habitabilidad. ^[27] En septiembre de 2010, se anunció el descubrimiento de otro planeta, Gliese 581 g , en una órbita entre estos dos planetas. Sin embargo, las revisiones del descubrimiento han puesto en duda la existencia de este planeta, y está catalogado como "no confirmado". En septiembre de 2012, se anunció el descubrimiento de dos planetas orbitando Gliese 163 ^{[28] . [29] [30]} Uno de los planetas, Gliese 163 c , de aproximadamente 6,9 ​​veces la masa de la Tierra y algo más caliente, se consideraba dentro de la zona habitable. ^{[29] [30]}

Un estudio reciente sugiere que las estrellas más frías que emiten más luz en el infrarrojo y en el infrarrojo cercano pueden en realidad albergar planetas más cálidos con menos hielo y menos incidencia de estados de bola de nieve. Estas longitudes de onda son absorbidas por el hielo y los gases de efecto invernadero de sus planetas y permanecen más cálidas. ^{[31] [32]}

Un estudio de 2020 descubrió que aproximadamente la mitad de las estrellas similares al Sol podrían albergar planetas rocosos y potencialmente habitables. En concreto, estimaron que, en promedio, el planeta de la zona habitable más cercano alrededor de estrellas de tipo G y K está a unos 6 parsecs de distancia, y hay unos 4 planetas rocosos alrededor de estrellas de tipo G y K a 10 parsecs (32,6 años luz) del Sol. ^[33]

La zona habitable (HZ) es una región del espacio con forma de concha que rodea a una estrella en la que un planeta podría mantener agua líquida en su superficie. ^[19] El concepto fue propuesto por primera vez por el astrofísico Su-Shu Huang en 1959, basándose en las limitaciones climáticas impuestas por la estrella anfitriona. ^[19] Después de una fuente de energía, el agua líquida se considera ampliamente el ingrediente más importante para la vida, considerando lo integral que es para todos los sistemas de vida en la Tierra. Sin embargo, si se descubre vida en ausencia de agua, la definición de una HZ puede tener que ampliarse en gran medida.

El borde interior de la HZ es la distancia donde el efecto invernadero descontrolado vaporiza todo el depósito de agua y, como segundo efecto, induce la fotodisociación del vapor de agua y la pérdida de hidrógeno al espacio. El borde exterior de la HZ es la distancia desde la estrella donde un efecto invernadero máximo no logra mantener la superficie del planeta por encima del punto de congelación, y por el CO
₂(dióxido de carbono) condensación. ^{[19] [3]}

Una HZ "estable" implica dos factores. En primer lugar, el alcance de una HZ no debería variar mucho con el tiempo. Todas las estrellas aumentan su luminosidad a medida que envejecen, y una HZ determinada migra hacia el exterior, pero si esto sucede demasiado rápido (por ejemplo, con una estrella supermasiva), los planetas pueden tener sólo una breve ventana dentro de la HZ y una probabilidad correspondientemente menor de desarrollar vida. Calcular el alcance de una HZ y su movimiento a largo plazo nunca es sencillo, ya que los bucles de retroalimentación negativa como el ciclo CNO tenderán a compensar los aumentos de luminosidad. Por lo tanto, las suposiciones realizadas sobre las condiciones atmosféricas y la geología tienen un impacto tan grande en un supuesto alcance de una HZ como lo tiene la evolución estelar: los parámetros propuestos de la HZ del Sol, por ejemplo, han fluctuado mucho. ^[34]

En segundo lugar, no debería haber ningún cuerpo de gran masa, como un gigante gaseoso , en la zona de heliotropo o relativamente cerca de ella, lo que interrumpiría la formación de cuerpos del tamaño de la Tierra. La materia del cinturón de asteroides, por ejemplo, parece no haber podido acumularse para formar un planeta debido a las resonancias orbitales con Júpiter; si el gigante hubiera aparecido en la región que ahora está entre las órbitas de Venus y Marte , es casi seguro que la Tierra no se habría desarrollado en su forma actual. Sin embargo, un gigante gaseoso dentro de la zona de heliotropo podría tener lunas habitables en las condiciones adecuadas. ^[35]

Los cambios de luminosidad son comunes a todas las estrellas, pero la gravedad de tales fluctuaciones abarca un amplio espectro. La mayoría de las estrellas son relativamente estables, pero una minoría significativa de estrellas variables a menudo experimentan aumentos repentinos e intensos de luminosidad y, en consecuencia, de la cantidad de energía irradiada hacia los cuerpos en órbita. Estas estrellas se consideran malas candidatas para albergar planetas con vida, ya que su imprevisibilidad y los cambios en la producción de energía afectarían negativamente a los organismos : los seres vivos adaptados a un rango de temperatura específico no podrían sobrevivir a una variación de temperatura demasiado grande. Además, los aumentos de luminosidad suelen ir acompañados de dosis masivas de radiación de rayos gamma y rayos X que podrían resultar letales. Las atmósferas mitigan estos efectos, pero su atmósfera podría no ser retenida por los planetas que orbitan variables, porque la energía de alta frecuencia que los golpea los despojaría continuamente de su cubierta protectora.

El Sol, en este aspecto como en muchos otros, es relativamente benigno: la variación entre su producción máxima y mínima de energía es de aproximadamente el 0,1% a lo largo de su ciclo solar de 11 años . Hay pruebas sólidas (aunque no indiscutibles) de que incluso cambios menores en la luminosidad del Sol han tenido efectos significativos en el clima de la Tierra durante bastante tiempo: la Pequeña Edad de Hielo de mediados del segundo milenio, por ejemplo, puede haber sido causada por una disminución relativamente prolongada de la luminosidad del Sol. ^[36] Por lo tanto, una estrella no tiene que ser una verdadera variable para que las diferencias en la luminosidad afecten la habitabilidad. De los análogos solares conocidos , se considera que uno que se parece mucho al Sol es 18 Scorpii ; desafortunadamente para las perspectivas de vida existente en su proximidad, la única diferencia significativa entre los dos cuerpos es la amplitud del ciclo solar, que parece ser mucho mayor para 18 Scorpii. ^[37]

Aunque la mayor parte del material de cualquier estrella es hidrógeno y helio , existe una variación significativa en la cantidad de elementos más pesados ​​( metales ). Una alta proporción de metales en una estrella se correlaciona con la cantidad de material pesado inicialmente disponible en el disco protoplanetario . Una cantidad menor de metal hace que la formación de planetas sea mucho menos probable, según la teoría de la nebulosa solar de formación de sistemas planetarios . Cualquier planeta que se formara alrededor de una estrella pobre en metales probablemente tendría baja masa y, por lo tanto, sería desfavorable para la vida. Los estudios espectroscópicos de sistemas donde se han encontrado exoplanetas hasta la fecha confirman la relación entre el alto contenido de metales y la formación de planetas: "Las estrellas con planetas, o al menos con planetas similares a los que estamos encontrando hoy, son claramente más ricas en metales que las estrellas sin compañeros planetarios". ^[38] Esta relación entre alta metalicidad y formación de planetas también significa que es más probable encontrar sistemas habitables alrededor de estrellas de generaciones más jóvenes, ya que las estrellas que se formaron temprano en la historia del universo tienen un bajo contenido de metales.

Los indicadores de habitabilidad y las biofirmas deben interpretarse dentro de un contexto planetario y ambiental. ^[2] Si un planeta emergerá como habitable depende de la secuencia de eventos que llevaron a su formación, que podría incluir la producción de moléculas orgánicas en nubes moleculares y discos protoplanetarios , entrega de materiales durante y después de la acreción planetaria y la ubicación orbital en el sistema planetario. ^[2] La suposición principal sobre los planetas habitables es que son terrestres . Dichos planetas, aproximadamente dentro de un orden de magnitud de la masa de la Tierra , están compuestos principalmente de rocas de silicato y no han acrecentado las capas externas gaseosas de hidrógeno y helio que se encuentran en los gigantes gaseosos . La posibilidad de que la vida pudiera evolucionar en las cimas de las nubes de los planetas gigantes no se ha descartado decisivamente, ^[c] aunque se considera poco probable, ya que no tienen superficie y su gravedad es enorme. ^[42] Los satélites naturales de los planetas gigantes, mientras tanto, siguen siendo candidatos válidos para albergar vida . ^[39]

En febrero de 2011, el equipo de la Misión del Observatorio Espacial Kepler publicó una lista de 1235 candidatos a planetas extrasolares , incluidos 54 que podrían estar en la zona habitable. ^{[43] [44]} Seis de los candidatos en esta zona son más pequeños que el doble del tamaño de la Tierra. ^[43] Un estudio más reciente encontró que uno de estos candidatos (KOI 326.01) es mucho más grande y más caliente de lo que se informó inicialmente. ^[45] Con base en los hallazgos, el equipo de Kepler estimó que hay "al menos 50 mil millones de planetas en la Vía Láctea", de los cuales "al menos 500 millones" están en la zona habitable. ^[46]

Al analizar qué ambientes son más susceptibles de sustentar la vida, se suele hacer una distinción entre organismos unicelulares simples, como las bacterias y las arqueas , y metazoos complejos (animales). La unicelularidad necesariamente precede a la multicelularidad en cualquier árbol hipotético de la vida, y cuando surgen organismos unicelulares no hay garantía de que luego se desarrolle una mayor complejidad. ^[d] Las características planetarias que se enumeran a continuación se consideran cruciales para la vida en general, pero en todos los casos los organismos multicelulares son más exigentes que la vida unicelular.

En agosto de 2021, se informó sobre una nueva clase de planetas habitables, denominados planetas oceánicos , que incluye "planetas calientes cubiertos de océanos con atmósferas ricas en hidrógeno". ^[47] Los planetas hyceanos pronto podrán ser estudiados en busca de biofirmas mediante telescopios terrestres y espaciales , como el telescopio espacial James Webb (JWST), que se lanzó el 25 de diciembre de 2021. ^[48]

Los planetas de baja masa son malos candidatos para la vida por dos razones. Primero, su menor gravedad dificulta la retención de la atmósfera . Las moléculas constituyentes tienen más probabilidades de alcanzar la velocidad de escape y perderse en el espacio cuando son sacudidas por el viento solar o agitadas por una colisión. Los planetas sin una atmósfera espesa carecen de la materia necesaria para la bioquímica primaria , tienen poco aislamiento y una mala transferencia de calor a través de sus superficies (por ejemplo, Marte , con su atmósfera delgada, es más frío de lo que sería la Tierra si estuviera a una distancia similar del Sol), y brindan menos protección contra los meteoroides y la radiación de alta frecuencia . Además, donde una atmósfera es menos densa que 0,006 atmósferas terrestres, el agua no puede existir en forma líquida ya que la presión atmosférica requerida , 4,56 mm Hg (608 Pa) (0,18 pulgadas de Hg ), no ocurre. Además, una presión reducida reduce el rango de temperaturas a las que el agua es líquida.

En segundo lugar, los planetas más pequeños tienen diámetros menores y, por lo tanto, relaciones superficie-volumen más altas que sus primos más grandes. Estos cuerpos tienden a perder rápidamente la energía que les quedó de su formación y terminan geológicamente muertos, sin los volcanes , terremotos y actividad tectónica que proporcionan a la superficie material para la vida y a la atmósfera moderadores de temperatura como el dióxido de carbono . La tectónica de placas parece particularmente crucial, al menos en la Tierra: el proceso no solo recicla sustancias químicas y minerales importantes, sino que también fomenta la biodiversidad a través de la creación de continentes y una mayor complejidad ambiental y ayuda a crear las células convectivas necesarias para generar el campo magnético de la Tierra . ^[49]

"Baja masa" es en parte una etiqueta relativa: la Tierra tiene poca masa en comparación con los gigantes gaseosos del Sistema Solar , pero es el más grande, por diámetro y masa, y el más denso de todos los cuerpos terrestres. ^[e] Es lo suficientemente grande como para retener una atmósfera solo a través de la gravedad y lo suficientemente grande como para que su núcleo fundido siga siendo un motor térmico, impulsando la diversa geología de la superficie (la descomposición de elementos radiactivos dentro del núcleo de un planeta es el otro componente significativo del calentamiento planetario). Marte, por el contrario, está casi (o quizás totalmente) geológicamente muerto y ha perdido gran parte de su atmósfera. ^[50] Por lo tanto, sería justo inferir que el límite inferior de masa para la habitabilidad se encuentra en algún lugar entre el de Marte y el de la Tierra o Venus: 0,3 masas terrestres se han ofrecido como una línea divisoria aproximada para los planetas habitables. ^[51] Sin embargo, un estudio de 2008 del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica sugiere que la línea divisoria puede ser más alta. De hecho, la Tierra podría encontrarse en el límite inferior de habitabilidad: si fuera más pequeña, la tectónica de placas sería imposible. Venus, que tiene el 85% de la masa de la Tierra, no muestra signos de actividad tectónica. Por el contrario, las " supertierras ", planetas terrestres con masas superiores a la Tierra, tendrían niveles más altos de tectónica de placas y, por lo tanto, estarían firmemente ubicados en el rango de habitabilidad. ^[52]

Las circunstancias excepcionales ofrecen casos excepcionales: la luna de Júpiter , Ío (que es más pequeña que cualquiera de los planetas terrestres), es volcánicamente dinámica debido a las tensiones gravitacionales inducidas por su órbita, y su vecina Europa puede tener un océano líquido o aguanieve helada debajo de una capa congelada también debido a la energía generada al orbitar un gigante gaseoso.

Mientras tanto, Titán , el planeta de Saturno , tiene una remota posibilidad de albergar vida, ya que ha conservado una atmósfera espesa y tiene mares de metano líquido en su superficie. En estos mares son posibles reacciones orgánico-químicas que requieren solo un mínimo de energía, pero no está claro si cualquier sistema vivo puede basarse en tales reacciones mínimas, y parece poco probable. ^{[53] [54]} Estos satélites son excepciones, pero prueban que la masa, como criterio de habitabilidad, no necesariamente puede considerarse definitiva en esta etapa de nuestro conocimiento. ^[55]

Es probable que un planeta más grande tenga una atmósfera más masiva. Una combinación de mayor velocidad de escape para retener átomos más ligeros y una desgasificación extensiva debido a una tectónica de placas mejorada puede aumentar considerablemente la presión atmosférica y la temperatura en la superficie en comparación con la Tierra. El efecto invernadero mejorado de una atmósfera tan pesada tendería a sugerir que la zona habitable debería estar más alejada de la estrella central para planetas tan masivos.

Por último, es probable que un planeta más grande tenga un núcleo de hierro de gran tamaño. Esto permite que un campo magnético proteja al planeta del viento estelar y la radiación cósmica , que de otro modo tenderían a despojarlo de su atmósfera y a bombardear los seres vivos con partículas ionizadas. La masa no es el único criterio para producir un campo magnético (ya que el planeta también debe girar lo suficientemente rápido como para producir un efecto dinamo dentro de su núcleo ^[56] ), pero es un componente significativo del proceso.

La masa de un exoplaneta potencialmente habitable está entre 0,1 y 5,0 masas terrestres. ^[18] Sin embargo, es posible que un mundo habitable tenga una masa tan baja como 0,0268 masas terrestres. ^[57] El radio de un exoplaneta potencialmente habitable oscilaría entre 0,5 y 1,5 radios terrestres. ^[18]

Al igual que con otros criterios, la estabilidad es la consideración crítica al evaluar el efecto de las características orbitales y rotacionales en la habitabilidad planetaria. La excentricidad orbital es la diferencia entre el acercamiento más lejano y más cercano de un planeta a su estrella madre dividida por la suma de dichas distancias. Es una relación que describe la forma de la órbita elíptica. Cuanto mayor sea la excentricidad, mayor será la fluctuación de temperatura en la superficie de un planeta. Aunque son adaptativos, los organismos vivos solo pueden soportar cierta variación, en particular si las fluctuaciones se superponen tanto al punto de congelación como al punto de ebullición del principal solvente biótico del planeta (por ejemplo, el agua en la Tierra). Si, por ejemplo, los océanos de la Tierra estuvieran alternativamente hirviendo y congelándose, es difícil imaginar que la vida tal como la conocemos haya evolucionado. Cuanto más complejo sea el organismo, mayor será la sensibilidad a la temperatura. ^[58] La órbita de la Tierra es casi perfectamente circular, con una excentricidad de menos de 0,02; otros planetas del Sistema Solar (con la excepción de Mercurio ) tienen excentricidades que son igualmente benignas.

La habitabilidad también está influenciada por la arquitectura del sistema planetario alrededor de una estrella. La evolución y estabilidad de estos sistemas están determinadas por la dinámica gravitacional, que impulsa la evolución orbital de los planetas terrestres. Los datos recopilados sobre las excentricidades orbitales de los planetas extrasolares han sorprendido a la mayoría de los investigadores: el 90% tiene una excentricidad orbital mayor que la encontrada dentro del Sistema Solar, y el promedio es de 0,25. ^[59] Esto significa que la gran mayoría de los planetas tienen órbitas altamente excéntricas y de estos, incluso si su distancia promedio desde su estrella se considera dentro de la HZ, no obstante pasarían solo una pequeña parte de su tiempo dentro de la zona.

El movimiento de un planeta alrededor de su eje de rotación también debe cumplir ciertos criterios para que la vida tenga la oportunidad de evolucionar. Una primera suposición es que el planeta debería tener estaciones moderadas . Si hay poca o ninguna inclinación axial (u oblicuidad) en relación con la perpendicular de la eclíptica , no habrá estaciones y desaparecerá un estímulo principal para el dinamismo de la biosfera. El planeta también sería más frío de lo que sería con una inclinación significativa: cuando la mayor intensidad de radiación está siempre a unos pocos grados del ecuador, el clima cálido no puede moverse hacia los polos y el clima de un planeta queda dominado por sistemas climáticos polares más fríos.

Si un planeta está radicalmente inclinado, las estaciones serán extremas y harán más difícil que la biosfera alcance la homeostasis . La inclinación axial de la Tierra es mayor ahora (en el Cuaternario ) que en el pasado, coincidiendo con una reducción del hielo polar , temperaturas más cálidas y una menor variación estacional. Los científicos no saben si esta tendencia continuará indefinidamente con nuevos aumentos en la inclinación axial (véase Tierra bola de nieve ).

Los efectos exactos de estos cambios sólo pueden modelarse por ordenador en la actualidad, y los estudios han demostrado que incluso inclinaciones extremas de hasta 85 grados no excluyen por completo la vida "siempre que no ocupe superficies continentales afectadas estacionalmente por las temperaturas más altas". ^[60] No sólo debe considerarse la inclinación axial media, sino también su variación a lo largo del tiempo. La inclinación de la Tierra varía entre 21,5 y 24,5 grados a lo largo de 41.000 años. Una variación más drástica, o una periodicidad mucho más corta, induciría efectos climáticos como variaciones en la severidad estacional.

Otras consideraciones orbitales incluyen:

• El planeta debería rotar con relativa rapidez para que el ciclo día-noche no sea demasiado largo. Si un día dura años, la diferencia de temperatura entre el lado diurno y el lado nocturno será pronunciada y surgirán problemas similares a los observados con la excentricidad orbital extrema.
• El planeta también debería girar lo suficientemente rápido para que se pueda poner en marcha un dinamo magnético en su núcleo de hierro para producir un campo magnético.
• El cambio en la dirección de rotación del eje ( precesión ) no debería ser pronunciado. En sí misma, la precesión no tiene por qué afectar a la habitabilidad, ya que cambia la dirección de la inclinación, no su grado. Sin embargo, la precesión tiende a acentuar las variaciones causadas por otras desviaciones orbitales; véase ciclos de Milankovitch . La precesión en la Tierra se produce a lo largo de un ciclo de 26.000 años.

La Luna de la Tierra parece desempeñar un papel crucial en la moderación del clima de la Tierra al estabilizar la inclinación del eje. Se ha sugerido que una inclinación caótica puede ser un factor decisivo en términos de habitabilidad, es decir, un satélite del tamaño de la Luna no sólo es útil sino necesario para generar estabilidad. ^[61] Esta posición sigue siendo controvertida. ^[f]

En el caso de la Tierra, la Luna es lo suficientemente masiva y orbita de manera que contribuye significativamente a las mareas oceánicas , lo que a su vez ayuda a la agitación dinámica de los grandes océanos de agua líquida de la Tierra. Estas fuerzas lunares no solo ayudan a garantizar que los océanos no se estanquen, sino que también desempeñan un papel crítico en el clima dinámico de la Tierra. ^{[62] [63]}

Las concentraciones de radionucleidos en los mantos de los planetas rocosos pueden ser críticas para la habitabilidad de planetas similares a la Tierra. Es probable que los planetas con mayores abundancias carezcan de un dinamo persistente durante una fracción significativa de sus vidas, y los que tienen concentraciones más bajas a menudo pueden ser geológicamente inertes . Los dinamos planetarios crean fuertes campos magnéticos que a menudo pueden ser necesarios para que la vida se desarrolle o persista, ya que protegen a los planetas de los vientos solares y la radiación cósmica . Los espectros de emisión electromagnética de las estrellas podrían usarse para identificar aquellas que tienen más probabilidades de albergar planetas habitables similares a la Tierra. A partir de 2020, se cree que los radionucleidos se producen por procesos estelares raros, como las fusiones de estrellas de neutrones . ^{[64] [65]}

Otras características geológicas pueden ser factores esenciales o importantes para la habitabilidad de los cuerpos celestes naturales, incluidas algunas que pueden dar forma al campo magnético y térmico del cuerpo. Algunas de ellas son desconocidas o no se comprenden bien y están siendo investigadas por científicos planetarios , geoquímicos y otros. ^{[66] [ cita(s) adicional(es) necesaria(s) ]}

En general, se supone que cualquier vida extraterrestre que pueda existir se basará en la misma bioquímica fundamental que se encuentra en la Tierra, ya que los cuatro elementos más vitales para la vida, carbono , hidrógeno , oxígeno y nitrógeno , también son los elementos químicamente reactivos más comunes en el universo. De hecho, se han encontrado compuestos biogénicos simples, como aminoácidos muy simples como la glicina , en meteoritos y en el medio interestelar . ^[67] Estos cuatro elementos juntos comprenden más del 96% de la biomasa colectiva de la Tierra . El carbono tiene una capacidad incomparable para unirse consigo mismo y formar una enorme variedad de estructuras intrincadas y variadas, lo que lo convierte en un material ideal para los complejos mecanismos que forman las células vivas . El hidrógeno y el oxígeno, en forma de agua, componen el disolvente en el que tienen lugar los procesos biológicos y en el que ocurrieron las primeras reacciones que llevaron al surgimiento de la vida . La energía liberada en la formación de poderosos enlaces covalentes entre el carbono y el oxígeno, disponible mediante la oxidación de compuestos orgánicos, es el combustible de todas las formas de vida complejas. Estos cuatro elementos juntos forman los aminoácidos , que a su vez son los componentes básicos de las proteínas , la sustancia del tejido vivo. Además, ni el azufre (necesario para la construcción de proteínas) ni el fósforo (necesario para la formación de ADN , ARN y los fosfatos de adenosina esenciales para el metabolismo ) son escasos.

La abundancia relativa en el espacio no siempre refleja la abundancia diferenciada dentro de los planetas; de los cuatro elementos de la vida, por ejemplo, solo el oxígeno está presente en abundancia en la corteza terrestre . ^[68] Esto se puede explicar en parte por el hecho de que muchos de estos elementos, como el hidrógeno y el nitrógeno , junto con sus compuestos más simples y comunes, como el dióxido de carbono , el monóxido de carbono , el metano , el amoníaco y el agua, son gaseosos a temperaturas cálidas. En la región caliente cercana al Sol, estos compuestos volátiles no podrían haber jugado un papel significativo en la formación geológica de los planetas. En cambio, quedaron atrapados como gases debajo de las cortezas recién formadas, que estaban hechas en gran parte de compuestos rocosos no volátiles como la sílice (un compuesto de silicio y oxígeno, lo que explica la abundancia relativa del oxígeno). La desgasificación de compuestos volátiles a través de los primeros volcanes habría contribuido a la formación de las atmósferas de los planetas . El experimento de Miller-Urey mostró que, con la aplicación de energía, los compuestos inorgánicos simples expuestos a una atmósfera primordial pueden reaccionar para sintetizar aminoácidos . ^[69]

Aun así, la desgasificación volcánica no podría haber explicado la cantidad de agua en los océanos de la Tierra. ^[70] La gran mayoría del agua (y posiblemente el carbono) necesaria para la vida debe haber venido del Sistema Solar exterior, lejos del calor del Sol, donde podría permanecer sólida. Los cometas que impactaron con la Tierra en los primeros años del Sistema Solar habrían depositado grandes cantidades de agua, junto con los otros compuestos volátiles que la vida requiere, sobre la Tierra primitiva, proporcionando un impulso al origen de la vida .

Así pues, si bien hay motivos para sospechar que los cuatro "elementos vitales" deberían estar fácilmente disponibles en otros lugares, un sistema habitable probablemente también requiera un suministro de cuerpos en órbita a largo plazo para sembrar planetas interiores. Sin cometas, existe la posibilidad de que la vida tal como la conocemos no existiera en la Tierra.

Una calificación importante para los criterios de habitabilidad es que solo se requiere una pequeña porción de un planeta para sustentar la vida, un llamado Goldilocks Edge o Gran Punto Prebiótico. Los astrobiólogos a menudo se preocupan por los "microambientes", señalando que "carecemos de una comprensión fundamental de cómo las fuerzas evolutivas, como la mutación , la selección y la deriva genética , operan en microorganismos que actúan y responden a microambientes cambiantes". ^[71] Los extremófilos son organismos terrestres que viven en entornos de nicho bajo condiciones severas generalmente consideradas hostiles a la vida. Por lo general (aunque no siempre) unicelulares, los extremófilos incluyen organismos agudamente alcalófilos y acidófilos y otros que pueden sobrevivir a temperaturas del agua superiores a 100 °C en respiraderos hidrotermales .

El descubrimiento de vida en condiciones extremas ha complicado las definiciones de habitabilidad, pero también ha generado mucho entusiasmo entre los investigadores al ampliar enormemente el rango conocido de condiciones bajo las cuales la vida puede persistir. Por ejemplo, un planeta que de otra manera no podría soportar una atmósfera dadas las condiciones solares en su vecindad, podría hacerlo dentro de una grieta profunda y sombreada o una cueva volcánica. ^[72] De manera similar, el terreno craterizado podría ofrecer un refugio para la vida primitiva. El cráter Lawn Hill ha sido estudiado como un análogo astrobiológico, y los investigadores sugieren que el rápido relleno de sedimentos creó un microambiente protegido para los organismos microbianos; es posible que se hayan producido condiciones similares a lo largo de la historia geológica de Marte . ^[73]

Los entornos terrestres que no pueden sustentar la vida siguen siendo instructivos para los astrobiólogos a la hora de definir los límites de lo que los organismos pueden soportar. El corazón del desierto de Atacama , generalmente considerado el lugar más seco de la Tierra, parece incapaz de sustentar la vida, y ha sido objeto de estudio por parte de la NASA y la ESA por esa razón: proporciona un análogo de Marte y los gradientes de humedad a lo largo de sus bordes son ideales para estudiar el límite entre la esterilidad y la habitabilidad. ^[74] El Atacama fue objeto de estudio en 2003 que replicó parcialmente los experimentos de los aterrizajes de Viking en Marte en la década de 1970; no se pudo recuperar ADN de dos muestras de suelo, y los experimentos de incubación también fueron negativos para las biofirmas . ^[75]

Los dos enfoques ecológicos actuales para predecir la habitabilidad potencial utilizan 19 o 20 factores ambientales, con énfasis en la disponibilidad de agua, la temperatura, la presencia de nutrientes, una fuente de energía y la protección contra la radiación ultravioleta solar y la radiación cósmica galáctica . ^{[76] [77]}

El Catálogo de Exoplanetas Habitables ^[78] utiliza un rango estimado de temperatura superficial para clasificar los exoplanetas:

• Hipopsicroplanetas : muy fríos (<−50 °C)
• Psicoplanetas - fríos (<−50 a 0 °C)
• mesoplanetas - temperatura media (0–50 °C; no debe confundirse con la otra definición de mesoplanetas )
• termoplanetas - calientes (50-100 °C)
• hipertermoplanetas - (> 100 °C)

Los mesoplanetas serían ideales para la vida compleja, mientras que los hipopsicroplanetas y los hipertermoplanetas podrían sustentar únicamente vida extremófila .

La HEC utiliza los siguientes términos para clasificar los exoplanetas en términos de masa, de menor a mayor: asteroide, mercuriano, subterráneo, terrestre, superterrestre, neptuniano y joviano.

A la hora de determinar la viabilidad de la vida extraterrestre, los astrónomos habían centrado su atención durante mucho tiempo en estrellas como el Sol. Sin embargo, como los sistemas planetarios que se parecen al Sistema Solar están resultando poco frecuentes, han comenzado a explorar la posibilidad de que la vida pudiera formarse en sistemas muy distintos al del Sol. ^{[79] [80]}

Se cree que las estrellas de tipo F , G , K y M podrían albergar exoplanetas habitables. ^[81] Aproximadamente la mitad de las estrellas similares en temperatura al Sol podrían tener un planeta rocoso capaz de soportar agua líquida en su superficie, según una investigación que utiliza datos del Telescopio Espacial Kepler de la NASA . ^[82]

Las estimaciones típicas suelen sugerir que el 50% o más de todos los sistemas estelares son sistemas binarios . Esto puede deberse en parte a un sesgo de la muestra, ya que las estrellas masivas y brillantes tienden a estar en sistemas binarios y estos son los más fáciles de observar y catalogar; un análisis más preciso ha sugerido que las estrellas más débiles y más comunes suelen ser singulares y que, por lo tanto, hasta dos tercios de todos los sistemas estelares son solitarios. ^[83]

La separación entre estrellas en un sistema binario puede variar desde menos de una unidad astronómica (UA, la distancia media entre la Tierra y el Sol) hasta varios cientos. En estos últimos casos, los efectos gravitacionales serán insignificantes en un planeta que orbita una estrella que de otro modo sería adecuada y el potencial de habitabilidad no se verá afectado a menos que la órbita sea muy excéntrica (véase Némesis , por ejemplo). Sin embargo, cuando la separación es significativamente menor, una órbita estable puede ser imposible. Si la distancia de un planeta a su estrella primaria excede aproximadamente una quinta parte del acercamiento más cercano de la otra estrella, la estabilidad orbital no está garantizada. ^[84] Durante mucho tiempo no estuvo claro si los planetas podrían formarse en sistemas binarios, dado que las fuerzas gravitacionales podrían interferir en la formación de planetas. El trabajo teórico de Alan Boss en la Carnegie Institution ha demostrado que los gigantes gaseosos pueden formarse alrededor de estrellas en sistemas binarios de forma muy similar a como lo hacen alrededor de estrellas solitarias. ^[85]

Un estudio de Alpha Centauri , el sistema estelar más cercano al Sol, sugirió que no es necesario descartar los sistemas binarios en la búsqueda de planetas habitables. Centauri A y B tienen una distancia de 11 UA en su aproximación más cercana (media de 23 UA), y ambos deberían tener zonas habitables estables. Un estudio de estabilidad orbital a largo plazo para planetas simulados dentro del sistema muestra que los planetas dentro de aproximadamente tres UA de cada estrella pueden permanecer bastante estables (es decir, el semieje mayor se desvía menos del 5% durante 32 000 períodos binarios). La zona habitable continua (CHZ por 4.5 mil millones de años) para Centauri A se estima de manera conservadora en 1,2 a 1,3 UA y Centauri B en 0,73 a 0,74, muy dentro de la región estable en ambos casos. ^[86]

Las estrellas de tipo M también se consideran posibles anfitrionas de exoplanetas habitables, incluso aquellos con llamaradas como Proxima b. Determinar la habitabilidad de las estrellas enanas rojas podría ayudar a determinar cuán común podría ser la vida en el universo, ya que las enanas rojas representan entre el 70 y el 90% de todas las estrellas de la galaxia. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las estrellas con llamaradas podrían reducir en gran medida la habitabilidad de los exoplanetas al erosionar su atmósfera. ^[87]

Durante muchos años, los astrónomos descartaron que las enanas rojas fueran un posible lugar para la vida. Su pequeño tamaño (entre 0,08 y 0,45 masas solares) implica que sus reacciones nucleares se producen de forma excepcionalmente lenta y que emiten muy poca luz (desde el 3% de la producida por el Sol hasta tan solo el 0,01%). Cualquier planeta en órbita alrededor de una enana roja tendría que acercarse mucho a su estrella madre para alcanzar temperaturas superficiales similares a las de la Tierra: desde 0,3 UA (justo dentro de la órbita de Mercurio ) para una estrella como Lacaille 8760 , hasta tan solo 0,032 UA para una estrella como Próxima Centauri ^[88] (un mundo así tendría un año que duraría solo 6,3 días). A esas distancias, la gravedad de la estrella provocaría un bloqueo de marea. Un lado del planeta estaría eternamente de cara a la estrella, mientras que el otro siempre estaría de espaldas a ella. Las únicas formas en que la vida potencial podría evitar un infierno o una congelación profunda serían si el planeta tuviera una atmósfera lo suficientemente espesa como para transferir el calor de la estrella del lado diurno al lado nocturno, o si hubiera un gigante gaseoso en la zona habitable, con una luna habitable , que estaría unida al planeta en lugar de a la estrella, lo que permitiría una distribución más uniforme de la radiación sobre la luna. Durante mucho tiempo se asumió que una atmósfera tan espesa evitaría que la luz solar llegara a la superficie en primer lugar, impidiendo la fotosíntesis .

Este pesimismo ha sido atenuado por la investigación. Los estudios de Robert Haberle y Manoj Joshi del _Centro de Investigación Ames de la NASA en California han demostrado que la atmósfera de un planeta (suponiendo _que incluyera gases de efecto invernadero CO2 y H2O ) solo necesita ser de 100 milibares (0,10 atm), para que el calor de la estrella sea transportado efectivamente al lado nocturno. ^[89] Esto está dentro de los niveles requeridos para la fotosíntesis, aunque el agua todavía permanecería congelada en el lado oscuro en algunos de sus modelos. Martin Heath del Greenwich Community College , ha demostrado que el agua de mar también podría circular efectivamente sin congelarse si las cuencas oceánicas fueran lo suficientemente profundas para permitir el flujo libre debajo de la capa de hielo del lado nocturno. Investigaciones posteriores, incluida una consideración de la cantidad de radiación fotosintéticamente activa, sugirieron que los planetas bloqueados por mareas en sistemas de enanas rojas podrían al menos ser habitables para plantas superiores. ^[90]

Sin embargo, el tamaño no es el único factor que hace que las enanas rojas sean potencialmente inadecuadas para la vida. En un planeta enano rojo, la fotosíntesis en el lado nocturno sería imposible, ya que nunca vería el sol. En el lado diurno, como el sol no sale ni se pone, las áreas a la sombra de las montañas permanecerían así para siempre. La fotosíntesis tal como la entendemos se complicaría por el hecho de que una enana roja produce la mayor parte de su radiación en el infrarrojo , y en la Tierra el proceso depende de la luz visible. Hay aspectos positivos potenciales de este escenario. Numerosos ecosistemas terrestres dependen de la quimiosíntesis en lugar de la fotosíntesis, por ejemplo, que sería posible en un sistema de enanas rojas. Una posición estática de la estrella primaria elimina la necesidad de que las plantas dirijan las hojas hacia el sol, se ocupen de los patrones cambiantes de sombra/sol o cambien de la fotosíntesis a la energía almacenada durante la noche. Debido a la falta de un ciclo día-noche, incluida la luz débil de la mañana y la tarde, habría mucha más energía disponible con un nivel de radiación dado.

Las enanas rojas son mucho más variables y violentas que sus primas más grandes y estables. A menudo están cubiertas de manchas estelares que pueden atenuar la luz que emiten hasta en un 40% durante meses, mientras que en otras ocasiones emiten llamaradas gigantescas que pueden duplicar su brillo en cuestión de minutos. ^[91] Esa variación sería muy perjudicial para la vida, ya que no solo destruiría cualquier molécula orgánica compleja que pudiera formar precursores biológicos, sino también porque haría estallar porciones importantes de la atmósfera del planeta.

Para que un planeta alrededor de una estrella enana roja pueda albergar vida, se necesitaría un campo magnético que girara rápidamente para protegerlo de las llamaradas. Un planeta bloqueado por mareas gira muy lentamente, por lo que no puede producir un geodinamo en su núcleo. Se estima que el violento período de llamaradas del ciclo de vida de una enana roja dura aproximadamente solo los primeros 1200 millones de años de su existencia. Si un planeta se forma lejos de una enana roja para evitar el bloqueo por mareas y luego migra a la zona habitable de la estrella después de este turbulento período inicial, es posible que la vida tenga la oportunidad de desarrollarse. ^{[92] Sin embargo, las observaciones de la} estrella de Barnard, de entre 7 y 12 mil millones de años, muestran que incluso las enanas rojas antiguas pueden tener una actividad de llamaradas significativa. Durante mucho tiempo se supuso que la estrella de Barnard tenía poca actividad, pero en 1998 los astrónomos observaron una intensa llamarada estelar , lo que demuestra que es una estrella de llamaradas . ^[93]

Las enanas rojas tienen una ventaja sobre otras estrellas como moradas para la vida: una longevidad mucho mayor. La humanidad tardó 4.500 millones de años en aparecer en la Tierra, y la vida tal como la conocemos tendrá condiciones adecuadas durante 1 ^[94] a 2.3 ^[95] mil millones de años más. Las enanas rojas, en cambio, podrían vivir billones de años porque sus reacciones nucleares son mucho más lentas que las de las estrellas más grandes, lo que significa que la vida tendría más tiempo para evolucionar y sobrevivir.

Si bien la probabilidad de encontrar un planeta en la zona habitable alrededor de cualquier enana roja específica es pequeña, la cantidad total de zona habitable alrededor de todas las enanas rojas combinadas es igual a la cantidad total alrededor de estrellas similares al Sol dada su ubicuidad. ^[96] Además, esta cantidad total de zona habitable durará más, porque las estrellas enanas rojas viven cientos de miles de millones de años o incluso más en la secuencia principal. ^[97] Sin embargo, combinado con las desventajas anteriores, es más probable que las estrellas enanas rojas permanezcan habitables por más tiempo para los microbios, mientras que las estrellas enanas amarillas de vida más corta, como el Sol, permanezcan habitables por más tiempo para los animales.

Investigaciones recientes sugieren que las estrellas muy grandes, mayores de ~100 masas solares, podrían tener sistemas planetarios compuestos por cientos de planetas del tamaño de Mercurio dentro de la zona habitable. Dichos sistemas también podrían contener enanas marrones y estrellas de baja masa (~0,1–0,3 masas solares). ^[98] Sin embargo, la corta vida de las estrellas de más de unas pocas masas solares apenas daría tiempo a que un planeta se enfríe, y mucho menos el tiempo necesario para que se desarrolle una biosfera estable. Por lo tanto, las estrellas masivas quedan eliminadas como posibles moradas para la vida. ^[99]

Sin embargo, un sistema estelar masivo podría ser el progenitor de la vida de otra manera: la explosión de una supernova en la parte central del sistema. Esta supernova dispersará elementos más pesados ​​por toda su vecindad, creados durante la fase en la que la estrella masiva se ha alejado de la secuencia principal, y los sistemas de las estrellas potenciales de baja masa (que aún están en la secuencia principal) dentro del antiguo sistema estelar masivo pueden enriquecerse con el suministro relativamente grande de elementos pesados ​​tan cerca de una explosión de supernova. Sin embargo, esto no dice nada sobre qué tipos de planetas se formarían como resultado del material de la supernova, o cuál sería su potencial de habitabilidad.

En una revisión de los factores que son importantes para la evolución de planetas habitables del tamaño de la Tierra, Lammer et al. propusieron una clasificación de cuatro tipos de hábitats dependientes del agua: ^{[19] [100]}

Los hábitats de clase I son cuerpos planetarios en los que las condiciones estelares y geofísicas permiten que haya agua líquida disponible en la superficie, junto con la luz solar, de modo que puedan originarse organismos multicelulares complejos.

Los hábitats de clase II incluyen cuerpos que inicialmente disfrutan de condiciones similares a las de la Tierra, pero que no mantienen su capacidad de mantener agua líquida en su superficie debido a condiciones estelares o geofísicas. Marte y posiblemente Venus son ejemplos de esta clase en los que es posible que no se desarrollen formas de vida complejas.

Los hábitats de clase III son cuerpos planetarios donde existen océanos de agua líquida debajo de la superficie, donde pueden interactuar directamente con un núcleo rico en silicato .

Se puede esperar una situación de este tipo en planetas ricos en agua situados demasiado lejos de su estrella como para permitir la presencia de agua líquida en la superficie, pero en los que el agua del subsuelo está en forma líquida debido al calor geotérmico . Dos ejemplos de este tipo de entorno son Europa y Encélado . En estos mundos, no sólo no hay luz disponible como fuente de energía, sino que el material orgánico traído por los meteoritos (que se cree que fue necesario para el inicio de la vida en algunos escenarios) puede no llegar fácilmente al agua líquida. Si un planeta sólo puede albergar vida debajo de su superficie, es probable que la biosfera no modifique todo el entorno planetario de forma observable, por lo que detectar su presencia en un exoplaneta sería extremadamente difícil.

Los hábitats de clase IV tienen capas de agua líquida entre dos capas de hielo o líquidos sobre el hielo.

Si la capa de agua es lo suficientemente gruesa, el agua en su base estará en fase sólida (polimorfos de hielo) debido a la alta presión. Ganimedes y Calisto son ejemplos probables de esta clase. Se cree que sus océanos están encerrados entre gruesas capas de hielo. En tales condiciones, la aparición de incluso formas de vida simples puede ser muy difícil porque los ingredientes necesarios para la vida probablemente estarán completamente diluidos.

Además de las características de los planetas y sus sistemas estelares, el entorno galáctico más amplio también puede afectar la habitabilidad. Los científicos consideraron la posibilidad de que áreas particulares de las galaxias ( zonas habitables galácticas ) sean más adecuadas para la vida que otras; se considera que el Sistema Solar, en el Brazo de Orión , en el borde de la Vía Láctea, está en un lugar favorable para la vida: ^[101]

• No se trata de un cúmulo globular , donde la inmensa densidad de estrellas es perjudicial para la vida, dada la excesiva radiación y la perturbación gravitatoria. Los cúmulos globulares también están compuestos principalmente por estrellas más antiguas, probablemente pobres en metales. Además, en los cúmulos globulares, las grandes edades de las estrellas significarían una gran cantidad de evolución estelar por parte de la estrella anfitriona o de otras estrellas cercanas, que debido a su proximidad pueden causar un daño extremo a la vida en cualquier planeta, siempre que puedan formarse.
• No está cerca de una fuente activa de rayos gamma .
• No está cerca del centro galáctico, donde una vez más la densidad de estrellas aumenta la probabilidad de radiación ionizante (por ejemplo, de magnetares y supernovas ). Los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias también pueden resultar un peligro para cualquier cuerpo cercano.
• La órbita circular del Sol alrededor del centro galáctico lo mantiene alejado de los brazos espirales de la galaxia, donde la intensa radiación y la gravitación pueden volver a provocar perturbaciones. ^[102]

Por lo tanto, un sistema que albergue vida necesita, en última instancia, un aislamiento relativo. Si el Sol estuviera abarrotado de otros sistemas, la probabilidad de encontrarse fatalmente cerca de fuentes de radiación peligrosas aumentaría significativamente. Además, los vecinos cercanos podrían alterar la estabilidad de varios cuerpos en órbita, como la nube de Oort y los objetos del cinturón de Kuiper , lo que podría provocar una catástrofe si se estrellaran contra el Sistema Solar interior.

Si bien la aglomeración estelar resulta desventajosa para la habitabilidad, también lo es el aislamiento extremo. Una estrella tan rica en metales como el Sol probablemente no se habría formado en las regiones más externas de la Vía Láctea, dada la disminución de la abundancia relativa de metales y la falta general de formación de estrellas. Por lo tanto, una ubicación "suburbana", como la que disfruta el Sistema Solar, es preferible al centro o los confines más lejanos de una galaxia. ^[103]

Aunque la mayoría de las investigaciones sobre la vida extraterrestre parten de la suposición de que las formas de vida avanzadas deben tener requisitos similares para la vida que en la Tierra, la hipótesis de otros tipos de bioquímica sugiere la posibilidad de que las formas de vida evolucionen en torno a un mecanismo metabólico diferente. En Evolving the Alien , el biólogo Jack Cohen y el matemático Ian Stewart sostienen que la astrobiología , basada en la hipótesis de las tierras raras , es restrictiva y poco imaginativa. Sugieren que los planetas similares a la Tierra pueden ser muy raros, pero que la vida compleja no basada en el carbono podría surgir en otros entornos. La alternativa al carbono mencionada con más frecuencia es la vida basada en silicio , mientras que el amoníaco y los hidrocarburos a veces se sugieren como disolventes alternativos al agua. El astrobiólogo Dirk Schulze-Makuch y otros científicos han propuesto un índice de habitabilidad planetaria cuyos criterios incluyen "potencial para contener un disolvente líquido" que no está necesariamente restringido al agua. ^{[104] [105]}

Las ideas más especulativas se han centrado en cuerpos completamente diferentes de los planetas similares a la Tierra. El astrónomo Frank Drake , un conocido defensor de la búsqueda de vida extraterrestre , imaginó vida en una estrella de neutrones : "moléculas nucleares" submicroscópicas que se combinan para formar criaturas con un ciclo de vida millones de veces más rápido que la vida terrestre. ^[106] Calificada de "imaginativa y jocosa", la idea dio lugar a representaciones de ciencia ficción. ^[107] Carl Sagan , otro optimista con respecto a la vida extraterrestre, consideró la posibilidad de organismos que siempre estén en el aire dentro de la alta atmósfera de Júpiter en un artículo de 1976. ^{[40] [41]} Cohen y Stewart también imaginaron vida tanto en un entorno solar como en la atmósfera de un gigante gaseoso.

Los "buenos Júpiter" son gigantes gaseosos, como el Júpiter del Sistema Solar , que orbitan sus estrellas en órbitas circulares lo suficientemente alejadas de la zona habitable como para no perturbarla, pero lo suficientemente cerca como para "proteger" a los planetas terrestres en órbitas más cercanas de dos maneras críticas. Primero, ayudan a estabilizar las órbitas y, por lo tanto, los climas de los planetas interiores. Segundo, mantienen el sistema estelar interior relativamente libre de cometas y asteroides que podrían causar impactos devastadores. ^[108] Júpiter orbita alrededor del Sol a unas cinco veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Esta es la distancia aproximada a la que deberíamos esperar encontrar buenos Júpiter en otros lugares. El papel de "cuidador" de Júpiter quedó dramáticamente ilustrado en 1994 cuando el cometa Shoemaker-Levy 9 impactó al gigante. ^{[ ¿según quién? ]}

Sin embargo, la evidencia no es tan clara. Las investigaciones han demostrado que el papel de Júpiter en la determinación de la velocidad a la que los objetos chocan con la Tierra es significativamente más complicado de lo que se creía. ^{[109] [110] [111] [112]}

El papel de Júpiter en la historia temprana del Sistema Solar está algo mejor establecido y es fuente de mucho menos debate. ^{[113] [114]} Temprano en la historia del Sistema Solar, se acepta que Júpiter jugó un papel importante en la hidratación de nuestro planeta: aumentó la excentricidad de las órbitas del cinturón de asteroides y permitió que muchos cruzaran la órbita de la Tierra y suministraran al planeta volátiles importantes como agua y dióxido de carbono. Antes de que la Tierra alcanzara la mitad de su masa actual, cuerpos helados de la región Júpiter-Saturno y cuerpos pequeños del cinturón de asteroides primigenio suministraron agua a la Tierra debido a la dispersión gravitacional de Júpiter y, en menor medida, Saturno . ^[115] Por lo tanto, si bien los gigantes gaseosos son ahora protectores útiles, alguna vez fueron proveedores de material crítico para la habitabilidad.

Por el contrario, los cuerpos del tamaño de Júpiter que orbitan demasiado cerca de la zona habitable pero no en ella (como en el caso de 47 Ursae Majoris ), o que tienen una órbita muy elíptica que cruza la zona habitable (como 16 Cygni B ) hacen que sea muy difícil que exista un planeta independiente similar a la Tierra en el sistema. Véase la discusión sobre una zona habitable estable más arriba. Sin embargo, durante el proceso de migración hacia una zona habitable, un planeta del tamaño de Júpiter puede capturar a un planeta terrestre como una luna. Incluso si un planeta de este tipo está inicialmente ligado de forma vaga y sigue una órbita fuertemente inclinada, las interacciones gravitacionales con la estrella pueden estabilizar la nueva luna en una órbita cercana y circular que es coplanar con la órbita del planeta alrededor de la estrella. ^[116]

Un complemento a los factores que apoyan el surgimiento de la vida es la noción de que la vida misma, una vez formada, se convierte en un factor de habitabilidad por derecho propio. Un ejemplo importante de la Tierra fue la producción de gas de oxígeno molecular ( O
₂) por las antiguas cianobacterias y, finalmente, las plantas fotosintetizadoras, lo que llevó a un cambio radical en la composición de la atmósfera de la Tierra. Este cambio ambiental se llama el Gran Evento de Oxidación . Este oxígeno resultó fundamental para la respiración de las especies animales posteriores. La hipótesis de Gaia , un modelo científico de la geobiosfera iniciado por James Lovelock en 1975, sostiene que la vida en su conjunto fomenta y mantiene las condiciones adecuadas para sí misma al ayudar a crear un entorno planetario adecuado para su continuidad. De manera similar, David Grinspoon ha sugerido una "hipótesis de mundos vivos" en la que nuestra comprensión de lo que constituye la habitabilidad no puede separarse de la vida ya existente en un planeta. Los planetas que están geológica y meteorológicamente vivos tienen muchas más probabilidades de estar biológicamente vivos también y "un planeta y su vida coevolucionarán". ^[117] Esta es la base de la ciencia del sistema Tierra .

En 2020, una simulación por computadora de la evolución de los climas planetarios a lo largo de 3 mil millones de años sugirió que las retroalimentaciones son una condición necesaria pero no suficiente para evitar que los planetas se vuelvan demasiado calientes o fríos para la vida, y que el azar también juega un papel crucial. ^{[118] [119]} Las consideraciones relacionadas incluyen factores aún desconocidos que influyen en la habitabilidad térmica de los planetas, como "el mecanismo (o mecanismos) de retroalimentación que evita que el clima se desvíe hacia temperaturas fatales". ^[120]

• Ward, Peter; Brownlee, Donald (2000). Tierras raras: por qué la vida compleja es poco común en el universo . Springer. ISBN 978-0-387-98701-9.

• Cohen, Jack e Ian Stewart. La evolución de los extraterrestres: la ciencia de la vida extraterrestre , Ebury Press, 2002. ISBN 0-09-187927-2 
• (26 de enero de 2021) Kepler-22b, el exoplaneta oceánico - "En busca de una nueva Tierra", NASA . ^[1]
• Dole, Stephen H. (1965). Planetas habitables para el hombre (1.ª ed.). Rand Corporation. ISBN 978-0-444-00092-7.
• Fogg, Martyn J., ed. "Terraforming" (número especial completo) Journal of the British Interplanetary Society , abril de 1991
• Fogg, Martyn J. Terraformación: ingeniería de entornos planetarios , SAE International, 1995. ISBN 1-56091-609-5 
• González, Guillermo y Richards, Jay W. El planeta privilegiado , Regnery, 2004. ISBN 0-89526-065-4 
• Grinspoon, David. Planetas solitarios: La filosofía natural de la vida extraterrestre , HarperCollins, 2004.
• Lovelock, James. Gaia: una nueva mirada a la vida en la Tierra. ISBN 0-19-286218-9 
• Schmidt, Stanley y Robert Zubrin, eds. Islas en el cielo , Wiley, 1996. ISBN 0-471-13561-5 
• Webb, Stephen Si el universo está repleto de extraterrestres... ¿dónde está todo el mundo? Cincuenta soluciones a la paradoja de Fermi y al problema de la vida extraterrestre Nueva York: enero de 2002 Springer-Verlag ISBN 978-0-387-95501-8 

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