Biomarcadores y vida extraterrestre

Esta entrada fue publicada con anterioridad en Hablando de Ciencia

Quizá una de las cosas que más ha llamado la atención a la humanidad desde siempre es el hecho de que parece que estamos solos en el universo. Dado que el universo es tan grande, no nos cansamos de buscar vida en otros lugares, sea esta inteligente o no. Sin embargo, a pesar de la enorme cantidad de exoplanetas que se han encontrado últimamente y dadas las distancias a otras estrellas, resulta improbable, por no decir imposible en el corto o medio plazo, viajar hasta esos planetas para ver si existen formas de vida allí, cualesquiera que sean. Para evitar esos viajes interestelares, se buscan señales de vida por otros medios.

La astrobiología es la rama de la ciencia que intenta responder a preguntas como ¿qué es la vida? Y ¿Cómo surgió la vida en la Tierra? Para responder a estas preguntas, la astrobiología mezcla el conocimiento de otras ciencias como la biología, química, geología y astrofísica, entre muchas otras. Por tanto, la astrobiología busca la comprensión del fenómeno de la vida ya sea en la tierra como fuera de ella y es una ciencia realmente transdiciplinar.

La astrobiología es una ciencia relativamente nueva y su origen se puede situar en 1998 cuando se creó el NASA Astrobiology Institute.

Sin embargo, la búsqueda de vida en otros planetas viene de más atrás en el tiempo. La idea de la existencia de vida en Marte, y la NASA sabe muy bien cómo hacer spoilers sobre ello como ha hecho (otra vez) últimamente, se retrotrae a la época de Percival Lovell.

Percival Lovell fue un astrónomo de prestigio, incluso en sus últimos años de vida realizó una serie de observaciones en las que buscaba el Planeta X más allá de Neptuno. Tras su muerte, Clyde Tombaugh, mientras trabajaba en el Observatorio Lovell, descubrió tal planeta, que terminó llamándose Plutón.

Pero volvamos a Marte. El astrónomo italiano Giovanni Schiaparelli había observado, en la segunda mitad del siglo XIX, unas líneas oscuras en la superficie de Marte. Estas líneas, borrosas y muy poco definidas debido a la calidad óptica de los telescopios de aquella época, recibieron el nombre italiano de canali ya que Schiaparelli era italiano. Lovell volvió a observar esas mismas líneas con un telescopio algo mejor y, el nombre italiano de canali y su traducción al inglés channel (canal), le llevaron a identificarlas como unos canales artificiales hechos por alguna forma de vida para transportar agua desde los polos de marte hasta zonas ecuatoriales. Lovell era una autoridad en aquella época en el ámbito de la astronomía, así que sus declaraciones fueron consideradas como ciertas. Es decir, existía vida en otro planeta, Marte.

Ahora sabemos que no es así, pero seguimos buscando vida fuera de nuestro planeta. Eso sí, ahora somos más realistas y utilizamos todas las herramientas científicas que tenemos a nuestra disposición.

Para usar estas herramientas tenemos que tener claro que la vida está muy ligada a la atmósfera de un planeta. Para darnos cuenta de esto, basta con que pensemos en la atmósfera de la Tierra

Cuando se formó la Tierra, las rocas y el polvo interplanetario que formaban el disco protoplanetario alrededor del Sol que dio lugar a la Tierra formaron la parte sólida de nuestro Planeta, pero entre las partículas que había en ese disco protoplanetario también había moléculas de gas que no llegaron a formar parte de la parte sólida, pero sí quedaron atrapadas por la fuerza de la gravedad de la tierra. Estas moléculas gaseosas dieron lugar a la atmósfera primitiva.

Poco a poco, la tierra evolucionó y se formaron las primeras formas de vida. Unas formas de vida que modificaron la composición de la atmósfera. El oxígeno, un gas que es fundamental para la vida hoy en día, cobró un gran protagonismo en la atmósfera y fue gracias a él que existe la vida tal y como la conocemos hoy en la tierra.

Todo esto nos lleva a pensar que, si lográramos observar la atmósfera de un planeta extrasolar y ver qué gases la componen, sobre todo ver si hay oxígeno, que es un biomarcador, es decir, una señal de que hay vida en la Tierra, podríamos determinar si existe vida o no.

¿O no?

Precisamente depende del estado de evolución del exoplaneta en cuestión y de su atmósfera. Ya hemos dicho que en la atmósfera primitiva no había mucho oxígeno. Por lo tanto, si un exoplaneta estuviera en esa fase, es posible que existiera vida primitiva pero no detectaríamos oxígeno. Entonces, ¿qué haríamos? ¿Diríamos que en ese planeta no existe vida y lo descartaríamos? ¿Esperaríamos unos cuantos millones de años y volveríamos a observarlo después, por si fuera que todavía no se había desarrollado completamente?

El proyecto NExSS (Nexus for Exoplanet System Science) trata de investigar esa posible habitabilidad de los planetas extrasolares y recientemente han publicado una serie de artículos en la revista Astrobiology en el que plantean como habría que identificar los biomarcadores a utilizar en la búsqueda de vida extraterrestre.

Las conclusiones a las que han llegado dependen principalmente del estado evolutivo de ese planeta, de la estrella que acoge el planeta y de las condiciones de su órbita. Para ello han estudiado tres tipos de biomarcadores.

  • Biomarcadores gaseosos como el oxígeno. Aunque no lo podamos detectar en las primeras fases de la evolución del planeta, no debemos olvidar que el oxígeno hay que tenerlo en cuenta.
  • Biomarcadores en superficie. Es decir, como se refleja y absorbe la luz que llega de la estrella y pasa a través de la atmósfera. Esto también ocurre en la tierra. No es lo mismo observar el bosque amazónico que el desierto del Sahara. Las señales que de vida que hay en uno y de otro son distintas.
  • Biomarcadores temporales. Estos marcadores nos indicarían la estación del año. En inviernos muy fríos y veranos muy cálidos las señales de vida son muy diferentes a las de estaciones templadas.

Estos artículos también discuten otros aspectos como la manera de identificar biomarcadores que no sean propios de la vida en la tierra o de aspectos climáticos extremos que puedan influir en su existencia.

Está claro que todavía queda algún tiempo hasta que encontremos vida en otros planetas. Para ello antes tenemos que entender bien cómo y por qué existe la vida en la tierra y la astrobiología será una ciencia que dará mucho que hablar en un futuro cercano.

 

 

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Detectando planetas a través de la Química de sus estrellas

La búsqueda de planetas extrasolares se ha convertido en uno de los campos de investigación más activos en astronomía en los últimos años.

El uso de diferentes métodos de detección es muy necesario, ya que además de detectar el planeta, hay que confirmar su existencia real para asegurarnos de que no se trata de una señal falsa. Esto es especialmente importante cuando se usa el método de la velocidad radial.

Sin embargo, si hay algo que en Astronomía y en Astrofísica se utiliza con mucha frecuencia, y es muy conocido y útil, es la espectroscopía, es decir, estudiar los espectros de las estrellas para averiguar su composición química y la abundancia de cada uno de los elementos químicos que la forman.

La espectroscopía podría convertirse en una técnica importante para la búsqueda de vida extraterrestre, pero también puede llegar a ser útil en la búsqueda de planetas extrasolares.

Los planetas se forman a partir de la misma nube de gas en la que se forman las estrellas. Estas nubes están principalmente formadas por hidrógeno y helio, pero también por elementos químicos más pesados.

Cuando los planetas se empiezan a formar incorporan los elementos más pesados en su interior dejando los gases más ligeros libres para que se incorporen a la estrella en las fases más tardías de la evolución. Esto hace que las estrellas formadas tengan un déficit de elementos pesados que no tendrían en caso de no tener planetas a su alrededor.

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Elementos deficitarios en el Sol debido, probablemente a los planetas rocosos interiores

Una de las estrellas que mejor conocemos químicamente es nuestro Sol. Podríamos utilizarlo para compararlo con otras estrellas y ver si detectando su composición química podemos averiguar si hay una deficiencia de elementos pesados al igual que en el Sol que nos permita decir si hay planetas o no.

El problema es que no todas las estrellas son como el Sol, y sólo se podría usar este método para estrellas de tipo Solar.

Por suerte, el Sol es una estrella atípica en el sentido de que está sola. La mayoría de las estrellas están ligadas gravitacionalmente a otras estrellas formando sistemas múltiples, principalmente binarios.

En los sistemas binarios, ambas estrellas se formaron en la misma nube, por lo que es de esperar que ambas tengan aproximadamente el mismo patrón de abundancias de elementos químicos. Si además, las dos estrellas son gemelas, es decir, tienen los mismos parámetros estelares (tamaño, temperatura, etc), un análisis detallado de sus espectros puede ayudar a determinar pequeñas diferencias en su composición que pudieran ser debidas a la formación de planetas a su alrededor, es decir planetas que podrían haber incorporado parte del material de la nube generando un déficit de elementos pesados en una de las dos estrellas.

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Diferencia de abundancias frente a la temperatura de condensación en el sistema 16 Cyg

Otra situación interesante se puede dar debido a la gravedad. Un planeta que debido a inestabilidades en su órbita cae hacia su estrella y termina siendo engullido por esta. En este caso, la composición química del planeta, con todos sus elementos más pesados, terminarían formando parte de la estrella alterando la composición química de la atmósfera estelar. Pongamos como ejemplo estrellas de tipo solar. Estas estrellas según van evolucionando empiezan a tener un déficit de Litio en su composición. Un planeta que hubiera incorporado litio en su formación, y que fuera engullido por su estrella, cedería todo ese Litio a la estrella y por lo tanto aparecería litio en su espectro cuando, en el caso de que no existiera ningún planeta, no debería haber.

De momento las evidencias de que este método de detección de planetas sea fiable son pocas. Se han estudiado casos como los del sistema binario 16 Cyg o HIP 11915, pero todavía no se han detectado anomalías en las abundancias de elementos químicos que impliquen evidencias. Por ello hay que seguir estudiando estrellas con planetas confirmados y realizar estudios de precisión que puedan ayudar, no sólo a detectar planetas sino también a entender mejor la formación estelar y planetaria.

Referencias:

Meléndez, I. Ramirez. Planet signatures in the chemical composition of Sun-like stars. arXiv:1611.04064v1 [astro-ph.EP]. 13 Nov 2016

La influencia de los planetas en nuestra vida

La posición de las estrellas y los planetas en el cielo determina como será nuestro futuro. Nos da las claves de nuestra personalidad, nos dice que tal nos irá en el amor, la salud y si tendremos la suerte de llevarnos un dinero extra que nos saque de todos nuestros apuros. Esto ha sido así desde hace más de 2000 años en el entorno del mediterráneo. Incluso se descubrió una tabla de marfil que pudo pertenecer a uno de los primeros astrólogos. ¿Pueden 2000 años de historia de la astrología estar equivocados?

La respuesta es que .

La astrología se basa en la supuesta influencia que tienen las estrellas y los planetas en nuestras vidas por el hecho de estar ahí. Antiguamente, se pensaba que la tierra estaba en el centro del universo y que los diferentes planetas eran los dioses que se movían por el cielo mientras vigilaban la tierra e influían sobre los seres humanos (sobre los animales y otros seres vivos, no opinaban). Además cada planeta estaba situado en una esfera a diferente distancia de la tierra. Se consideraba la esfera por ser la figura geométrica más perfecta que se conocía.

Por otro lado, todas las estrellas que se podían ver a simple vista estaban fijas en otra esfera (todas ellas en la misma esfera y a la misma distancia) que estaba más allá de los planetas. Más allá de la esfera no había nada. Sólo existía el vacío.

Los planetas siempre seguían la misma trayectoria. Pasaban por los mismos puntos. Este camino, ahora conocido como plano de la eclíptica, pasaba a través de unas ciertas agrupaciones de estrellas – asterismos – que formaban una representación, normalmente mitológica. Las agrupaciones son constelaciones y nos sirven para orientarnos en el cielo. Concretamente, las constelaciones por las que pasan los planetas son las constelaciones del Zodiaco o signos del Zodiaco (con excepciones como puede ser la constelación de Ofiuco)

Lo interesante de estas agrupaciones de estrellas es que no son físicas, es decir, tienen la forma que tienen por pura casualidad ya que cada estrella se encuentra a una distancia diferente. De hecho, ni siquiera los planetas pasan de verdad a través de las constelaciones, ni siquiera entre dos estrellas. Los planetas están mucho más cerca de nosotros que cualquier estrella que consideremos parte de una constelación.

Recapitulemos. La astrología se basa en la influencia que tienen unas formas geométricas compuestas por estrellas, que no están unidas físicamente entre sí, y están a mucha distancia unas de otras (de hecho desde otro punto del universo, las constelaciones ni siquiera tendrían la misma forma). También se basa en la influencia de unos planetas que están compuestos de rocas o gases (rodeados de satélites que parecen no tener influencia en nosotros) y que además no pasan realmente cerca de las estrellas que los acogen. Además, la influencia es selectiva y sólo afecta a los seres humanos. Las plantas o los animales, también seres vivos, no son afectados.

Sin embargo, hay un aspecto que todavía no se ha tratado. Cuando se empezó a pensar en la influencia de los planetas en nuestra vida, sólo se conocían aquellos que se podían ver a simple vista. Ahora se sabe que hay más. En el NASA Exoplanet Archive, a fecha de hoy, aparecen 1963 planetas exteriores al sistema solar detectados y confirmados. Si los planetas influyen en nuestra vida, y la distancia a ellos no es importante para las predicciones astrológicas (como prueba que cada planeta del sistema solar esté a una distancia diferente), estos 1963 exoplanetas también deberían influir en nosotros de la misma manera.

Michael B. Lund de la Universidad Vanderbilt se lo ha planteado en su artículo Astrology in the era of exoplanets.

En este artículo, ha localizado todos los exoplanetas conocidos en un mapa del cielo.

Map of exoplanets

Exoplanetas conocidos sobre el mapa del cielo

Según la astrología sólo los que están sobre el plano de la eclíptica (línea en color magenta), y por tanto pasan por las constelaciones del Zodiaco, afectan a nuestra vida.

Esta es la distribución de planetas por cada constelación del Zodiaco.

Planets per Zodiac Constellation

Planetas por constelación del Zodiaco según su método de detección

Vemos que hay muchos más que los tradicionales Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Además, sabemos que cuando se inició la astrología, Urano y Neptuno todavía no se habían descubierto y se añadieron a la lista para determinar su influencia, de la misma manera que el resto.

Cómo la astrología pretende estar al día de los descubrimientos astronómicos y ayudarnos a predecir nuestro futuro, está al tanto de los avances y los incorpora a sus teorías.

Quizá ahora está claro por qué la astrología falla en sus predicciones. La razón puede ser que hasta ahora no han tenido en cuenta todos los planetas que existen y tienen que incorporarlos según se vayan descubriendo para mejorar las predicciones, por lo que ahora tienen mucho trabajo: más de 260 planetas que estudiar para determinar la influencia que tienen sobre nosotros. Y cada día se descubren más planetas, que posiblemente estén sobre la eclíptica ¡La astrología va a generar tantos puestos de trabajo que acabarán con la crisis!

O quizá lo que ocurra es que la astrología sólo sirve para sacarle el dinero a los que no pueden dormir y se pasan la noche viendo programas de televisión poco recomendables cuando podrían estar, por ejemplo, leyendo algo más interesante que les pueda servir para evitar caer en la tentación de la astrología. Además un buen libro ayuda a dormir mejor que cualquier astrólogo aunque estos predigan que el planeta 61 Vir influye en la capacidad de los virgo para dormir.

Referencias

Michael B. Lund. Astrology in the era of exoplanets [arXiv: 1603.09496v1]

Cómo encontrar vida en otros planetas

La búsqueda de vida fuera de nuestro planeta siempre ha fascinado a la humanidad, quizá por el hecho de que, dada la inmensidad del universo, no nos creamos que nosotros seamos la única forma de vida que existe y, mucho menos, la única forma de vida inteligente.

Desde que en 1959 se pusiera en marcha el proyecto SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) para investigar posibles señales de radio emitidas por vida inteligente en otros lugares de nuestra galaxia y del universo, usando radiotelescopios, aparte de la señal WOW! que todavía está por analizar, no hemos conseguido encontrar vida más allá de la tierra.

Sin embargo, la vida puede tomar muchas formas, desde simples bacterias hasta civilizaciones avanzadas capaces de desarrollar tecnología e incluso auto destruirse.

En los últimos años hemos detectado muchos planetas, algunos de los cuales son similares a la tierra, que podrían por tanto albergar vida, y otros cuyas condiciones son desfavorables para ello. Las condiciones para albergar vida son muy variadas y dependen de factores como el tipo de estrella, cuando se formó, el lugar que ocupa en una determinada galaxia y muchos otros factores físicos y químicos que no vamos a tratar aquí por ahora.

Estos planetas están a distancias enormes, por lo que viajar hasta ellos para estudiar su composición y comprobar in situ la existencia de vida es imposible con las limitaciones tecnológicas que tenemos.

En cualquier caso, si podemos obtener medidas de la atmósfera de un planeta a través de los instrumentos de los que disponemos (telescopios en la tierra y en órbita con los equipos adecuados para analizar la luz que nos llega), podríamos llegar a establecer la posible existencia de algún tipo de vida en esos planetas.

Kepler-186f

Impresión artística de planeta Kepler-186f (Fuente: Microsiervos)

La atmósfera de un planeta está muy ligada a la vida. Pensemos por ejemplo en la evolución de la atmósfera en la tierra.

La tierra se formó de forma paralela al Sol. Los átomos y moléculas que formaban el disco protoplanetario alrededor del Sol se unían colisionando unos con otros. A medida que se formaban estructuras mayores, la gravedad aumentaba por lo que más átomos y moléculas se agrupaban para seguir creciendo. Algunas moléculas, como las de los gases, no llegaban a formar parte de la superficie del protoplaneta pero quedaban atrapadas por la fuerza de la gravedad formando una tenue atmósfera.

Cuando el Sol completó su formación y empezó a fusionar el hidrógeno en su núcleo, la energía emitida creó una onda de choque en el espacio que hizo que esa atmósfera primitiva saliera despedida y las moléculas que la formaban se dispersaran por el espacio. En este punto, la tierra ya estaba formada y por lo tanto existían reacciones químicas en su interior cuyo resultado es la formación de moléculas gaseosas. También, debido al calor interno de la tierra, se formaron volcanes que emitían gases al exterior. Estos gases quedaban atrapados por la gravedad alrededor de la tierra, dando lugar a una segunda atmósfera. Muchas de estas moléculas forman parte de estructuras biológicas, por lo que si se dan las condiciones físicas y químicas adecuadas (como es obvio que se dieron la tierra), puede surgir la vida.

Pero la vida también modifica la composición de la atmósfera. Por ejemplo, esta segunda atmósfera no contendría oxígeno, sino que fueron los microorganismos primitivos que se formaron los empezaron a realizar la fotosíntesis y a generar el oxígeno que respiramos hoy en día. Otro ejemplo es, en una civilización avanzada como la nuestra, la emisión de gases de efecto invernadero a través de actividades industriales.

Por lo tanto, si conseguimos observar la atmósfera de un planeta y determinamos que la atmósfera está en el equilibrio químico, será una primera prueba de que ese planeta no contiene vida ya que, como observamos en la tierra, las concentraciones de los gases no se corresponden con las de equilibrio químico. Al contrario, si no medimos ese equilibrio químico podríamos llegar demostrar la posibilidad de que en ese planeta haya vida.

Con la ayuda de la ciencia podemos satisfacer nuestra curiosidad por determinar si estamos solos en el universo.

Y puede que algún día desarrollemos la tecnología necesaria para vencer las limitaciones que tenemos e ir a visitar a nuestros vecinos…

Referencias

Materia y materialismo. David Jou. Ediciones de Pasado y Presente. 2015