La NASA ha confirmado la existencia de más de 6.000 planetas fuera de nuestro Sistema Solar desde 1992. Además, todavía hay más de 7.000 candidatos pendientes de confirmación.

Estos mundos lejanos, conocidos como exoplanetas, orbitan alrededor de unas 4.700 estrellas de las más de 100.000 millones que se estima existen en la Vía Láctea. Las estimaciones actuales sugieren que, en promedio, hay aproximadamente un exoplaneta por cada estrella de nuestra galaxia.

En apenas unas décadas, la comunidad científica ha pasado de preguntarse si los exoplanetas realmente existían a realizar enormes esfuerzos para caracterizar miles de ellos. Esta exploración galáctica está estrechamente ligada a la búsqueda de mundos capaces de albergar vida o, al menos, condiciones compatibles con la vida tal como la conocemos.

La doctora Michelle Hill, investigadora posdoctoral del Grupo de Modelización Planetaria de la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford, lo resume así:

"Dado que no podemos viajar hasta esos planetas, la única forma de detectar posibles señales de vida es observando sus atmósferas".

Los investigadores han desarrollado una herramienta denominada Modelo de Habitabilidad para Mundos Más Pequeños que la Tierra (STEHM, por sus siglas en inglés) con el fin de comprender qué factores influyen en la capacidad de un planeta para generar y conservar una atmósfera en función de su tamaño. Publicado en The Planetary Science Journal, este estudio podría ayudar a reducir la enorme y costosa búsqueda de mundos habitables, concentrándola en aquellos que cumplen unos requisitos mínimos de tamaño.

Selección según el tamaño y las condiciones de la superficie

La atmósfera de un planeta actúa como un escudo gaseoso que protege su superficie de las duras condiciones del espacio. Para mantener esa envoltura gaseosa, el planeta necesita suficiente masa para generar una gravedad capaz de retenerla. Sin embargo, la masa no es el único factor determinante.

La radiación estelar y las partículas emitidas por la estrella intentan constantemente erosionar la atmósfera. Además, la actividad volcánica y la presencia de carbono y otros elementos en la superficie también influyen en la capacidad del planeta para crear y renovar su atmósfera.

Para desarrollar STEHM, el equipo utilizó ExoPlex, un programa basado en Python que calcula la masa y las propiedades internas de un planeta a partir de su radio y de las presiones presentes en su interior. Los investigadores diseñaron seis perfiles planetarios distintos, con tamaños que iban desde la mitad del radio terrestre (0,5 R⊕) hasta un radio equivalente al de la Tierra (1,0 R⊕).

Estos modelos incluían variables como la densidad y el grosor del manto, así como la densidad global del planeta. Todos ellos se basaban en planetas rocosos con atmósferas de dióxido de carbono y superficies rígidas, conocidas como sistemas de tapa estancada, en contraste con la corteza dinámica y móvil de la Tierra.

Los resultados fueron reveladores. Los planetas con un radio equivalente al menos al 80 % del radio terrestre pueden conservar sus atmósferas durante 10.000 millones de años o más si se encuentran a una distancia adecuada de una estrella similar al Sol. En cambio, los planetas más pequeños suelen perder su atmósfera en menos de 1.000 millones de años.

Aun así, los mundos con aproximadamente un 70 % del radio terrestre podrían conservarla si otras condiciones juegan a su favor.

Los factores clave para conservar una atmósfera

El nuevo modelo señala que uno de los elementos más importantes para preservar una atmósfera es la cantidad inicial de carbono presente en el planeta.

Como los planetas se forman a partir de colisiones y acumulaciones de gas y polvo alrededor de una estrella, su composición depende en gran medida de la distribución de elementos disponible en ese sistema. Una abundancia elevada de dióxido de carbono, un potente gas de efecto invernadero, ayuda a retener el calor necesario para mantener condiciones favorables para la vida.

La actividad volcánica también desempeña un papel esencial, ya que libera continuamente este gas a la atmósfera.

Otro factor importante es la concentración de elementos radiactivos como el torio, el uranio y el potasio en el manto planetario. Estos elementos generan calor a medida que se desintegran, prolongando los ciclos de calentamiento y renovación interna.

Cuando estas fuentes de calor se agotan, el manto comienza a enfriarse. Como consecuencia, disminuye la actividad volcánica, se reduce la liberación de carbono y finalmente la atmósfera empieza a desaparecer.

Los planetas con núcleos relativamente pequeños y mantos más gruesos podrían almacenar mayores cantidades de carbono y elementos productores de calor, lo que favorecería una renovación atmosférica más prolongada.

El modelo también indica que un exceso de calor durante las primeras etapas de formación puede resultar perjudicial. Los investigadores describen los llamados planetas de inicio caliente como aquellos que nacen con temperaturas internas elevadas. Estas condiciones pueden alterar prematuramente las propiedades reguladoras del manto y dejar la atmósfera más expuesta a la intensa radiación estelar de los primeros tiempos.

La radiación emitida por una estrella es especialmente intensa durante su juventud y disminuye gradualmente con la edad.

La importancia de la zona habitable

El riesgo de que la radiación destruya una atmósfera depende también de la posición del planeta dentro de la zona habitable de su sistema estelar.

Esta región se encuentra lo suficientemente lejos de la estrella para evitar un calentamiento extremo, pero también lo bastante cerca como para impedir que el planeta quede congelado.

La radiación intensa puede romper las moléculas de dióxido de carbono en átomos de oxígeno y carbono más ligeros, que resultan más fáciles de expulsar al espacio. En algunos casos, estas partículas adquieren suficiente impulso para arrastrar consigo otras moléculas, acelerando aún más la pérdida atmosférica.

Al integrar todos estos procesos, el equipo ha perfeccionado un filtro de búsqueda basado en el tamaño planetario que podría ayudar a los científicos a centrar sus investigaciones en los candidatos más prometedores.

La doctora Hill explicó:

"Tal vez exista vida bajo la superficie de otros planetas, pero nunca podremos verla porque no podemos enviar instrumentos hasta esos exoplanetas. Nuestra mejor oportunidad es analizar sus atmósferas a distancia en busca de señales biológicas".

Atmósferas del pasado, del presente y del futuro

Para comprobar la capacidad predictiva del modelo, los investigadores introdujeron datos de Venus y Marte, dos vecinos de la Tierra con atmósferas radicalmente diferentes.

El modelo predijo correctamente que Venus posee una atmósfera densa y duradera, mientras que Marte cuenta con una atmósfera extremadamente tenue que se ha ido disipando con el paso del tiempo.

De hecho, fue precisamente el caso de Marte lo que inspiró el desarrollo de este trabajo. Ante el creciente interés público por la posible terraformación del planeta rojo, los científicos quisieron determinar si alguna vez tuvo posibilidades reales de mantener una atmósfera estable.

Los resultados muestran que, incluso bajo las condiciones iniciales más favorables, el pequeño tamaño de Marte y la ausencia de tectónica de placas jugaron siempre en su contra.

Conclusión

Los procesos de formación planetaria y conservación atmosférica se desarrollan a lo largo de miles de millones de años, lo que sigue representando uno de los grandes desafíos en la búsqueda de vida extraterrestre. La cuestión no es únicamente dónde podría surgir la vida, sino también cuándo podría hacerlo.

Reflexionando sobre esta posibilidad, la doctora Hill señaló:

"Quizá la razón por la que todavía no hemos encontrado vida sea que, dentro del enorme ciclo de nacimiento y muerte de las estrellas, aún nos encontramos en una etapa muy temprana. Tal vez seamos de los primeros".

El equipo ya trabaja en la siguiente fase de la investigación. Los científicos planean crear modelos de planetas rocosos con tectónica activa similar a la de la Tierra para compararlos con los mundos de tapa estancada analizados hasta ahora.

Este tipo de estudios sobre exoplanetas sigue revelando una realidad fascinante: cuanto más descubrimos sobre otros mundos, más extraordinaria y singular parece ser la Tierra.