Vivimos en un universo donde la Tierra es habitable y hay vida en ella. Ese es el hecho más asombroso, confirmado todos los días por la ciencia empírica observacional.
Actualmente, la Tierra sigue siendo el único lugar en el universo donde los humanos han podido detectar empíricamente la vida y sus marcas. ¿Por qué esto es así? ¿Es especial la Tierra?
Estas preguntas pueden abordarse desde un punto de vista científico comparando nuestro planeta y sus características con las de otros planetas. Hasta principios de la década de 1990, los demás planetas disponibles para esta comparación eran los planetas del Sistema Solar. Sin embargo, el descubrimiento de exoplanetas (planetas fuera del Sistema Solar) abrió nuevas posibilidades para una comparación basada en un conjunto de datos mayor.
El creciente censo de exoplanetas muestra una amplia variabilidad incluso para los atributos planetarios básicos, como la masa y el período orbital.[1] Por lo tanto, las condiciones similares a la Tierra no son el único resultado posible o siquiera uno de los varios resultados predeterminados requeridos por un camino establecido de formación planetaria. Las condiciones de nuestro planeta son una combinación dentro de un extenso campo de diferentes condiciones planetarias.[2]
Habitabilidad planetaria: una mezcla de ingredientes
El estudio de los exoplanetas ha establecido que nuestra galaxia está poblada por una amplia gama de planetas que exhiben diferentes características. ¿Cuál de estos planetas sería un buen lugar para que vivan organismos complejos como nosotros? Los astrobiólogos que investigan esta cuestión tratan de identificar algunos de los parámetros que son necesarios para que un planeta sea considerado potencialmente habitable.
No existe una definición única de habitabilidad porque las especificaciones elegidas como requisitos pueden variar.[3] Sin embargo, lo que está claro es que la habitabilidad no es función de una única variable sino que se encuentra en la intersección de múltiples factores, todos los cuales deben estar presentes para que un planeta sea habitable. Lo que sigue es una breve revisión de algunos de los parámetros más comúnmente reconocidos como importantes para la habitabilidad planetaria.
Fuente de energía
Para que un planeta sea habitable, debe haber energía disponible para sostener la actividad metabólica de los organismos vivos y para mantener el agua en estado líquido en la superficie del planeta, lo cual, como veremos en la siguiente sección, es un requisito fundamental para la vida. La luz que irradia una estrella es la fuente de energía más eficiente y relevante que puede cumplir ambas funciones y sustentar vida compleja.
La distancia de un planeta a la estrella alrededor de la cual orbita es uno de los factores que controla la posibilidad de que haya agua líquida en la superficie del planeta. Si el planeta orbita demasiado cerca de la estrella, las temperaturas serán demasiado altas para que el agua líquida sea una fase estable. Por el contrario, las temperaturas en un planeta disminuirán al incrementarse la distancia a la estrella, cayendo por debajo del punto de congelación.
El rango de distancia en el que las temperaturas son compatibles con la presencia de agua líquida se puede representar como una banda circular en un plano orbital alrededor de una estrella, la llamada zona habitable. La Tierra está obviamente ubicada dentro de la zona habitable del Sistema Solar.
Las estrellas también difieren en términos de actividad e inestabilidad de su campo magnético y pueden emitir destellos de rayos X y UV de alta energía con consecuencias potencialmente catastróficas para la habitabilidad.[4] Los exoplanetas ubicados dentro de la zona habitable de estrellas altamente energéticas pueden estar expuestos a altos niveles de radiación dañina, lo que reduce su probabilidad de ser realmente habitables.
Agua líquida
El agua líquida es crucial para la existencia de organismos vivos en la Tierra. Como señala Chaplin, “El agua líquida no es un ‘actor secundario’ en el teatro de la vida, es el acto principal”.[5] El agua líquida es esencial para el plegamiento, la estructura, la estabilidad y la actividad de las proteínas. Desempeña un papel tanto en las reacciones de transferencia de protones como de electrones, en la estructura del ADN y en el reconocimiento de secuencias específicas de ADN por parte de las proteínas, y en la actividad metabólica de las células. En otras palabras, el agua líquida es esencial para la bioquímica de la vida.
Atmósfera
Una atmósfera y sus propiedades son esenciales para la subsistencia de las formas de vida terrestres, que dependen de incorporar aire para la respiración aeróbica. Sin embargo, a un nivel más fundamental, una atmósfera es necesaria para estabilizar la presencia de agua líquida en la superficie de un planeta y puede desempeñar un papel importante en la protección de las formas de vida contra el efecto dañino de las partículas de alta energía y radiación del espacio.
Además, una atmósfera controla el clima (por ejemplo, atrapando y distribuyendo calor) y es un componente esencial de varios ciclos geoquímicos. Por lo tanto, un planeta habitable necesita ser capaz de retener una atmósfera y que esa atmósfera tenga la composición y el espesor adecuados para sustentar la vida.
Es más difícil que un cuerpo celeste retenga una atmósfera si su masa es pequeña o si se encuentra cerca de una estrella. La proximidad a una estrella no solo puede inducir el escape atmosférico al elevar la temperatura y la energía cinética de los gases atmosféricos, sino que también puede provocar la erosión atmosférica debido a la interacción con las partículas cargadas del viento estelar. Sin embargo, este último proceso puede ser mitigado por la existencia de un campo magnético planetario capaz de desviar el viento estelar, agregando otro posible factor de importancia para la habitabilidad planetaria.
La composición y el espesor de la atmósfera
El papel crucial que desempeñan la composición y el espesor de la atmósfera en la determinación de condiciones muy diferentes en la superficie de los planetas terrestres, puede ilustrarse mediante una comparación entre Venus y la Tierra. Los dos planetas son relativamente similares en masa, distancia al Sol y composición general.[6] Sin embargo, la presión atmosférica en la superficie de Venus es más de 90 veces mayor que en la Tierra, con temperaturas que superan los 450°C.
Una de las razones del entorno venusiano más extremo es que la mayor parte del CO2 del planeta reside en su atmósfera, mientras que en la Tierra está disuelto en agua y alojado en rocas carbonatadas. El CO2 es un potente gas de efecto invernadero que provoca el aumento de la temperatura de la superficie.
Planeta rocoso
Se han definido diferentes tipos de planetas en función de su tamaño y composición interna.[7] Entre estos, los planetas terrestres, compuestos principalmente por rocas y metales y con una superficie externa sólida o líquida definida, se considera un objetivo principal para la habitabilidad. Además de proporcionar un sustrato sólido para los organismos terrestres, los planetas terrestres exponen varios conjuntos de minerales en sus superficies, donde también reside el agua líquida. Esto permite que se produzca una variedad de reacciones biogeoquímicas y ciclos geoquímicos, algunos de los cuales actúan como un sistema de amortiguamiento que ayuda a preservar las condiciones habitables.[8]
Las variaciones en la masa y composición de los planetas terrestres pueden resultar en diferencias significativas en la estructura interna y la actividad geodinámica. Por ejemplo, la Tierra es el único planeta terrestre del Sistema Solar caracterizado por una tectónica de placas activa y un núcleo exterior líquido directamente responsable de la presencia de un campo geomagnético global.[9] Todavía no existe un consenso universal sobre la tectónica de placas y un campo magnético intrínseco como requisitos necesarios para la habitabilidad, pero si lo fueran, significaría que solo un subconjunto de planetas terrestres podría considerarse habitable.
Parámetros orbitales
Los ciclos anuales, estacionales y diarios marcan el ritmo de nuestras vidas y pueden usarse para ilustrar cómo los parámetros orbitales son importantes para la habitabilidad. Un año se define como el tiempo que tarda un planeta en completar una vuelta completa alrededor del Sol. El recorrido de la trayectoria orbital de la Tierra es casi circular, a diferencia de las órbitas más excéntricas de muchos de los exoplanetas que se han descubierto.
Una órbita altamente excéntrica podría afectar la habitabilidad al mover periódicamente un planeta fuera de la zona habitable. Además, todos los planetas del Sistema Solar tienen órbitas de baja excentricidad, lo que garantiza que se eviten las interacciones gravitatorias potencialmente desestabilizadoras creadas por las órbitas elípticas.
Los análisis recientes han concluido que las excentricidades bajas son típicas de los sistemas con múltiples planetas, y que solo aproximadamente un uno por ciento de los sistemas exoplanetarios tienen ocho o más planetas.[10] Por lo tanto, se podría decir que nuestro Sistema Solar es poco común, no tanto por las órbitas de baja excentricidad de sus planetas, sino porque tiene ocho planetas. Esto sugiere que la arquitectura general de un sistema planetario puede ser otro factor importante a considerar para la habitabilidad.
El ciclo estacional y los días
El ciclo estacional está controlado por la inclinación del eje de rotación de la Tierra. Su inclinación de unos 23,5 grados permite una buena distribución del aislamiento a lo largo del ciclo anual, incluso en latitudes altas. Una inclinación más baja o más alta podría provocar temperaturas extremas en todas las latitudes o durante todo el año. Además, la gran masa de la Luna estabiliza la inclinación axial de la Tierra con el tiempo.[11] Se cree que sin la Luna, la inclinación de la Tierra podría oscilar ampliamente con consecuencias dramáticas afectando, por ejemplo, su capacidad para retener una atmósfera.
Un día se define como el tiempo que tarda la Tierra en completar una rotación completa alrededor de su eje. El período de una rotación completa de la Tierra (un día) es mucho más corto que el período de su vuelta completa alrededor del Sol (un año). Es posible que los objetos en órbita alcancen una condición, conocida como bloqueo de marea o rotación síncrona, donde los períodos de rotación y vuelta son los mismos. Esto está bien ilustrado por la Luna.
Un observador desde la Tierra siempre ve la misma cara de la Luna, porque el tiempo que tarda en girar alrededor de su eje, unos 29,53 días, es el mismo tiempo que tarda la Luna en dar la vuelta alrededor de la Tierra. Un planeta en bloqueo de marea síncrona con su estrella tendría un hemisferio siempre expuesto a la luz de la estrella y el otro siempre en la oscuridad, con el potencial de dramáticos contrastes de temperatura. Los estudios han demostrado que un estado de bloqueo de marea “es posible para la mayoría de los planetas en las zonas habitables de las estrellas enanas GKM”.[12]
Habitabilidad planetaria y Génesis 1
El relato de Génesis 1 invita a interactuar con la riqueza de información científica adquirida en el estudio de la habitabilidad planetaria.
En su nivel más fundamental, podemos afirmar que Génesis 1 es extremadamente moderno en su comprensión de la conexión entre los requisitos ambientales para la vida (es decir, la habitabilidad) y la vida misma. En el texto, las condiciones iniciales del planeta Tierra se presentan como tohû–bōhû o “no formado y vacío” (Génesis 1:2), seguido de un relato simétrico de la organización de diferentes espacios y su llenado con criaturas vivientes.[13] Por lo tanto, Génesis 1 articula la formación del planeta como algo esencial e integralmente conectado con su llenado.
El texto también se relaciona excepcionalmente con la comprensión moderna de la habitabilidad al presentar la secuencia de pasos que Dios tomó para hacer que el planeta fuera habitable. Los primeros días de la creación bien podrían proporcionar el índice de capítulos para un libro de texto sobre habitabilidad planetaria, comenzando con la luz (la fuente de energía), el agua líquida y la atmósfera, la naturaleza terrestre de nuestro planeta y el surgimiento de la tierra seca, y el establecimiento de parámetros orbitales que controlan los ciclos anuales, estacionales y diarios.
“Casualidad”
Sin embargo, también hay áreas de tensión entre el relato de Génesis y los modelos cosmológicos alternativos que dan cuenta de la habitabilidad planetaria. El texto bíblico retrata rotundamente nuestro mundo como el resultado del plan intencional y la intervención directa de Dios. Sin embargo, las explicaciones mecanicistas de los orígenes tienden a caracterizar los procesos naturales como no dirigidos o coincidentales.
Al hablar de habitabilidad planetaria, a veces se utiliza un lenguaje de “casualidad” que excluye la intervención de cualquier previsión. Otras veces, la habitabilidad se presenta casi como una inevitabilidad estadística entre las muchas configuraciones posibles en un universo muy grande.
Otra área de tensión tiene que ver con el tiempo. Los modelos y observaciones actuales de muchos procesos astrofísicos y geológicos relacionados con la formación planetaria implican escalas de tiempo que son órdenes de magnitud mayores que la línea de tiempo bíblica de una semana de creación reciente.
La Tierra ya estaba presente
Una forma posible de aliviar esta discrepancia de tiempo es adoptar una interpretación de brecha pasiva o “creación en dos etapas” de Génesis 1.[14] Esta visión sugiere que la Tierra ya estaba presente, en un estado no formado y vacío, antes de la semana de la creación, experimentando potencialmente procesos físicos durante un período de tiempo indeterminado anterior. Sin embargo, este enfoque interpretativo no resuelve todos los problemas, porque el relato de la semana de la creación todavía incluye una reorganización planetaria significativa en cuestión de unos pocos días.
Para alguien como yo, que acepta plenamente la revelación de las Escrituras de que Dios formó recientemente la Tierra y la llenó de vida en seis días, descansando el séptimo, queda alguna pregunta importante: ¿Cómo nos relacionamos con los modelos y las observaciones que reconstruyen el origen de nuestro planeta desde una perspectiva de larga cronología? ¿Deberíamos evitar involucrarnos en áreas de estudio que parecen desafiar nuestra comprensión bíblica de los orígenes?
Beneficios de involucrarse en estos temas
Aunque lidiar con la tensión suele ser difícil, los creyentes que buscan la guía de Dios en todos los aspectos de su vida se beneficiarán al involucrarse más profundamente en estos temas complejos, por varias razones… porque:
(1) los modelos de formación planetaria pueden describir con precisión lo que está sucediendo en el cosmos ahora, independientemente de su historia pasada.
(2) el proceso científico de la prueba de hipótesis estimula la adquisición de nuevos datos, lo que nos permite conocer mejor la naturaleza y sus hechos. El descubrimiento continuo y el aumento del conocimiento nos enseñan humildad y pueden llevarnos a asombrarnos y reverenciar al Creador del universo.
(3) aprendemos a evaluar mejor la naturaleza de los datos y sus limitaciones, con el potencial de ayudar a desarrollar modelos alternativos que resuelven parte de la tensión.
(4) obtenemos una mejor comprensión de la mentalidad secular y aprendemos a relacionarnos de manera efectiva con ella.
(5) la fe es verdaderamente probada cuando no tenemos todas las respuestas.
Conclusión
¿Es la Tierra especial? Quizás, desde una perspectiva numérica, es demasiado pronto para decirlo. Algunas estimaciones publicadas recientemente[15]sugieren que la probabilidad de que una estrella tipo G como el Sol tenga un planeta rocoso del tamaño de la Tierra orbitando dentro de su zona habitable es inferior al 18 por ciento, lo que se traduciría en un máximo de unos seis mil millones de planetas en la Galaxia Vía Láctea.
Sin embargo, la habitabilidad se trata de mucho más que solo el radio planetario, la distancia a una estrella y el tipo de estrella. Por eso, los planetas verdaderamente similares a la Tierra serían solo una pequeña fracción de este límite superior de probabilidad. Muchos o pocos, lo que realmente importa es que vivimos en un universo donde la Tierra es habitable y hay vida en ella. Ese es el hecho más asombroso, confirmado todos los días por la ciencia empírica observacional. Tú y yo somos parte de ese milagro.
El conocimiento científico nos ayuda a abrir la caja negra de la habitabilidad planetaria y apreciar la belleza y la complejidad de la vida. Nos hace ver cómo, entre una miríada de combinaciones posibles, este es un espacio maravillosamente adecuado para que vivamos nuestras vidas.
La Biblia va directo al punto y revela en términos directos por qué esto es así: porque Dios lo quiso y lo hizo. El Señor creó los cielos; él formó e hizo la Tierra, él la fundó; no la creó para que estuviera vacía, sino que la formó para que fuera habitada (ver Isaías 45:18).
Autor: Ronny Nalin, (Doctorado en Ciencias de la Tierra, Universidad de Padua, Italia) es director del Instituto de Investigación de Geociencias, Loma Linda, California, EE. UU.
NOTAS Y REFERENCIAS
[1] Consulta la Exploración de Exoplanetas de la NASA: https://exoplanets. nasa.gov/discovery/exoplanet-catalog/.
[2] La científica planetaria Sara Seager transmitió la idea de un amplio conjunto de posibilidades con esta afirmación: “Cualquier planeta que uno pueda imaginar probablemente existe ahí afuera, en algún lugar, siempre y cuando se ajuste a las leyes de la física y la química”, noticias del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. comunicado, 11 de junio de 2015: “Los planetas cubiertos de helio pueden ser comunes en nuestra galaxia”: https://www.jpl.nasa.gov/news/helium-shrouded- planets-may-be-common-in-our-galaxy
[3] como uno que es principalmente roca, con una atmósfera pequeña (≲ 100 bar), de alto peso molecular, y con fuentes de energía y una estructura interna tal que la temperatura y la presión de la superficie permiten el agua líquida para escalas de tiempo geológicas” (Rory Barnes, Victoria S. Meadows y Nicole Evans, “Comparative Habitability of Transiting Exoplanets”, The Astrophysical Journal 814:2 [19 de noviembre, 2015]: 2. doi.10.1088/0004-637X/814/2/91).
[4] Antigona Segura, “Star-planet Interactions and Habitability: Radiative Effects”, en H. Deeg y J. Belmonte, eds., Handbook of Exoplanets. Springer Reference Live (2018), 1 – 23. doi.10.1007/978-3-319-30648-3_73-1.
[5] Martin Chaplin, “Do We Underestimate the Importance of Water in Cell Biology?” Nature Reviews Molecular Cell Biology 7 (2006): 861–866.
[6] La información para esta comparación entre Venus y la Tierra se basa en Andrew Ingersoll, Princeton Primers in Climate: Planetary Climates (Princeton, Nueva Jersey: Princeton University Press, 2013), páginas 7 a 25.
[7] Sobre los tipos de planetas, consulte “Tipos de planetas” en el sitio web de exploración de exoplanetas de la NASA: https://exoplanets.nasa.gov/ what-is-an-exoplanet /overview/.
[8] Por ejemplo, el ciclo carbonato-silicato. Consulte Charles S. Cockell, Astrobiology: Understanding Life in the Universe (Hoboken, Nueva Jersey: Wiley-Blackwell., 2020 ), páginas 411 – 413.
[9] Por ejemplo, las diferencias en la relación Mg/Si o en la abundancia de elementos radiactivos afectarían la viscosidad, el flujo de calor y la estructura interna del planeta. Ver Elizabeth Tasker, The Planet Factory: Exoplanets and the Search for a Second Earth (Nueva York: Bloomsbury Publishing, 2019), páginas 128-130; y David Waltham, “Is Earth Special?” Earth-Science Reviews 192 (mayo de 2019): páginas 445-470.
[10] Nanna Bach-Møller y Uffe G. Jørgensen, “Orbital Eccentricity-Multiplicity Correlation for Planetary Systems and Comparison to the Solar System,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 500:1 (2021): 1313–1322.
[11] Jannat Laskar, F. Joutel, and P. Robutel, “Stabilization of the Earth’s Obliquity by the Moon,” Nature 361:6413 (febrero de 1993): 615-617. doi.10.1038/361615a0.
[12] Rory Barnes, “Tidal Locking of Habitable Exoplanets”, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 129:171 (diciembre de 2017): 509. doi.10.1007/ s10569-017-9783-7.
[13] Richard M. Davidson también identifica el tema “no formado y vacío” (tohû–bōhû) como una estructura organizativa clave del relato de Génesis 1, en su capítulo “The Genesis Account of Origins”. En Gerald A. Klingbeil, ed., The Genesis Creation Account and Its Reverberations in the Old Testament (Berrien Springs, Michigan: Andrews University Press, 2015), páginas 59-129. Disponible en línea en https://www.grisda.org/ the-genesis-account-of-origins.
[14] Véase Davidson, ibíd., 87-102.
[15] Michelle Kunimoto y Jaymie M. Matthews, “Searching the Entirety of Kepler Data. II. Occurrence Rate Estimates for FGK Stars”, The Astronomical Journal 159:6 (4 de mayo, 2020).
PUBLICACIÓN ORIGINAL: ¿Es especial la Tierra?
