Posteado por: jbb | junio 6, 2011

Recetario astronómico para un buen clima

Recetario astronómico para un buen clima*

En la mayor parte del sistema solar el clima es horroroso. Y no solo me refiero a Mexicali. Por ejemplo, en Venus la temperatura es de 462 grados durante todo el año y en todos lados, hay una persistente lluvia ácida, casi la totalidad de la atmósfera es de bióxido de carbono y prácticamente no hay agua líquida. Parece una burla llamarlo planeta del amor. El clima tampoco es agradable en Marte. Con 96% de bióxido de carbono y casi nada de oxígeno, la atmósfera es irrespirable. Tiene muy poca agua, abunda el polvo con consistencia de talco y su temperatura puede llegar a -90 grados, suficiente para congelar pingüinos.

 

Imagen del cráter Gusey en Marte, tomada por el vehículo de exploración Spirit. A la derecha se puede ve una colina que está a 7 u 8 kilómetros. El polvo produce el color rojizo de la atmósfera. (NASA/JPL/Cornell).

A diferencia de los demás planetas y satélites del sistema solar, en la Tierra el clima ha sido exquisito durante miles de millones de años, de modo que la vida ha podido prosperar en un ambiente relativamente estable y benigno. ¿A qué se debe esta enorme suerte? Son muchos los factores que han contribuido, empezando por el Sol.

Para un buen clima, una estrella como el Sol: longeva, estable, no muy caliente y en un vecindario tranquilo

El Sol empezó a brillar hace aproximadamente 4,500 millones de años. Su luminosidad era 30% menor, pero fue suficiente para que mil millones de años después aparecieran los primeros seres vivos, unas minúsculas criaturas que fueron la especie dominante durante tres mil millones de años. Hace 540 millones de años la evolución natural se aceleró y “súbitamente” (en escalas geológicas) se multiplicó el número de especies, dando lugar a plantas y animales increíblemente sofisticados, como el que frecuentemente está pegado al televisor. Durante este tiempo el brillo del Sol apenas aumentó 10% y en los próximos 5 mil millones de años que le quedan su brillo se duplicará. Sin esta longeva estabilidad hubiera sido imposible que el clima terrestre fuera y continúe siendo tan benévolo. Pero no es suficiente.

El brillo de muchas estrellas a menudo cambia bruscamente, incluso en cosa de días. Otras producen demasiada radiación ultravioleta, teniendo un efecto pernicioso en las atmósferas planetarias y en los seres vivos que pudieran vivir ahí (¡cero bronceados!). También hay estrellas que expulsan periódicamente grandes cantidades de materia a altas velocidades, un aluvión que difícilmente podría resistir nuestra frágil atmósfera. Y las tres cuartas partes de las estrellas coexisten en parejas o tripletes, de modo que la luz que reciben y absorben las atmósferas de los planetas que giran alrededor de ellas puede variar mucho en poco tiempo, trastornando el clima. Finalmente, una gran cantidad de estrellas está en regiones de la galaxia en donde son relativamente “frecuentes” (en términos cosmológicos) inmensas explosiones estelares que vaporizan las atmósferas de planetas situados a años luz a la redonda. Afortunadamente, el Sol es una estrella aislada que no cambia de brillo bruscamente, produce poca radiación ultravioleta, expulsa relativamente poco material y ha estado en un vecindario galáctico sosegado. El clima no sería lo que es, nosotros no estaríamos aquí, de no haber sido así. Todas estas condiciones, que comparten otras 100 millones de estrellas en la galaxia, son necesarias para que haya un buen clima. Pero tampoco son suficientes. Es el momento de considerar a nuestro planeta.

La nebulosa del Cangrejo contiene la envolvente expulsada por una estrella que explotó como supernova en los primeros días de julio de 1054, según consta en registros chinos y árabes. Las supernovas llegan a igualar el brillo de diez mil millones de estrellas y se ha calculado que pueden destruir la capa de ozono de la atmósfera si explotan a menos de 25 años luz de la Tierra. Al cabo de varios miles de años la nebulosa trastorna severamente una región de hasta 100 años luz alrededor de la estrella que explotó. No hay indicios de que el clima terrestre haya sido afectado por una supernova (Imagen compuesta del telescopio espacial Hubble, NASA).

Para un buen clima, un planeta como la Tierra: en un buen lugar, de buen tamaño, con un manto protector y un día no muy largo

El agua se vaporiza o congela estando demasiado cerca o lejos de un cuerpo caliente como el Sol. Hay una zona intermedia alrededor del Sol, en donde es posible la existencia simultánea de agua líquida, vapor y hielo, a la que llamamos zona habitable porque la primera es esencial para los seres vivos y necesaria para regular y estabilizar las condiciones atmosféricas. Es posible que Venus haya rozado la zona habitable cuando el Sol era joven. Es probable que Marte vaya a estar en esta zona en unas centenas de millones de años, cuando el brillo solar aumente 20% o 30%. Pero la Tierra siempre ha estado en la zona habitable y seguirá ahí durante otro par de miles de millones de años. Una circunstancia afortunada que se suma a la lista de ingredientes requeridos para que el clima sea bueno y duradero. Pero se necesitan otras condiciones favorables.

La zona habitable es la región alrededor de una estrella en donde coexiste vapor de agua, agua líquida y hielo. Se le llama habitable porque se cree que la vida es imposible si no hay agua líquida. En este diagrama se muestra el rango de distancias (la distancia entre el Sol y la Tierra se define como 1) que ocupa esta zona en estrellas de distinta masa con respecto al Sol. Como se puede ver, Venus está fuera de esta zona y Marte apenas la toca. Las estrellas más masivas que el Sol son más calientes, lo que mueve hacia afuera su zona habitable.

La Tierra tiene la masa y el tamaño apropiado, suficiente para que su gravedad retenga su atmósfera sin llegar a aplastar a los que nos nutrimos de ella. La atmósfera y su clima se hubieran escapado si la fuerza de gravedad fuera algunas veces menor. Más aun, la Tierra siempre ha sido geológicamente activa gracias a que la gravedad es suficientemente intensa para mantener fundido el material que tiene dentro, y que al salir empuja y mueve continentes sobre su superficie. Gracias a ello, el clima cambia y la atmósfera se enriquece con las sustancias que expulsan los volcanes y se deshace de las que se produce la biósfera cuando las placas tectónicas se hunden en el interior del planeta. Más aun, es posible que la vida haya empezado en alguna de las fallas que hay en el fondo del océano, de donde sigue saliendo el magma que modifica la geografía terrestre. Mercurio, la Luna y Marte son más pequeños que la Tierra y desde hace tiempo perdieron su atmósfera, se enfriaron y dejaron de tener actividad geológica. La Tierra tuvo el tamaño justo para preservar y enriquecer su atmósfera y clima durante miles de millones de años.

Otras dos requisitos esenciales para el buen clima terrestre, su campo magnético y la duración del día, probablemente resultaron de un evento circunstancial. El campo magnético de la Tierra detiene las partículas de alta velocidad que nos llegan del Sol en un viento incesante. Los seres vivos no hubiéramos podido salir del fondo oceánico para respirar el aire de la atmósfera, de no existir este manto invisible que se revela en espectaculares auroras australes y boreales. La existencia de un clima semejante al nuestro es imposible en planetas con un campo magnético pobre o inexistente, como Mercurio, Venus y Marte. Un buen clima también es imposible en planetas que rotan con demasiada parsimonia o prisa. El día debe tener la duración justa para que la atmósfera se caliente homogéneamente para producir un clima sosegado, del mismo modo que un asador debe girar lentamente pero no demasiado rápido para que los pollos se asen bien. En Venus y Mercurio el día dura cientos de veces más que en la Tierra ¿A qué se debe que en la Tierra, a diferencia de estos planetas, el día sea relativamente corto y el campo magnético excepcionalmente intenso? La probable respuesta es la Luna.

Imagen de una aurora austral, tomada desde la Estación Espacial Internacional el 28 de marzo de 2010, mientras sobrevolaba el Océano Índico. Arriba a la derecha se ve uno de los paneles solares de la estación espacial. La banda verde es radiación que producen las partículas del viento solar cunado chocan con el campo magnético terrestre que, como se puede ver, actúa como un manto invisible que protege a la atmósfera (NASA/JSC).

Para un buen clima, un poco de fortuna: la Luna y la vida

Ninguno de los otros tres planetas que está en la zona habitable se formó con un satélite, pero la Tierra tuvo a la Luna casi desde el principio. Una Luna que, como dice la canción, es “regrandota” comparada con la Tierra. Me explico: la Luna es 3.7 veces más pequeña que la Tierra mientras que Ganímedes, el satélite más grande del Sistema Solar, es 13.6 veces menor que Júpiter. ¿Cómo fue que la Tierra casi siempre tuvo un satélite tan grande? La respuesta más probable es que 200 millones de años después de formarse, tuvo un choque descomunal con otro planeta que se había formado casi al mismo tiempo y a la misma distancia del Sol. Este último, al que hoy llamamos Luna, desde entonces quedó ligado a la Tierra. La presencia gravitacional de la Luna evita que la Tierra gire como un trompo “loco”. Gracias a ello mantiene ángulos de rotación y presesión estables, que desde entonces dieron lugar a las estaciones. Este golpazo también hizo que la Tierra girara más rápidamente (el día duraba 6 horas en ese entonces) y es muy posible que con ello se crearan las condiciones para que tuviera un campo magnético intenso y perdurable. En otras palabras, el accidente circunstancial que nos regaló la Luna también produjo las condiciones que faltaban para que en la Tierra pudiera gestarse el clima que disfrutamos.

La primera atmósfera de la Tierra era rica en helio e hidrógeno. Pronto fue sustituida por una abundante en vapor de agua, bióxido de carbono, amoniaco y otras sustancias expulsadas por volcanes. El vapor se condensó y llovió hasta que se formaron los primeros mares, que terminaron de llenarse con un inmenso número de bolas de hielo, los cometas, que se precipitaron sobre nuestro planeta. Las otras sustancias expulsadas por los volcanes se depositaron en el fondo del nuevo océano, donde mil millones de años después fueron aprovechadas por los primeros seres vivos. Transcurridos otros 800 millones de años, llegaron las cianobacterias para alimentarse de bióxido de carbono y desechar oxígeno, que terminó siendo el segundo elemento más abundante en la atmósfera. Cuatro mil millones de años después de que se formó la Tierra, se multiplicaron las especies y todas ellas contribuyeron a modificar el clima, hasta que la selección natural sin querer le entregó el cuidado del mismo quizá al ser más sofisticado del Universo, el mismo que lee estas palabras.

El ser humano probablemente es el ser vivo que más rápida y radicalmente haya cambiado el clima planetario. Las consecuencias pueden ser terribles para muchos de los seres vivos que habitamos esta finísima capa que cubre la Tierra, a la que llamamos biósfera. Quizá desaparezcan cientos de miles de especies, inclusive la más evolucionada. Pero con toda certeza habrá otras que ocupen los nichos que abandonen, porque la Tierra tiene lo necesario para que el clima siga siendo benévolo con los seres vivos durante al menos dos mil millones de años más.

¿Cuál es entonces el recetario astronómico para tener un buen clima? Una estrella semejante al Sol en un vecindario galáctico tranquilo, un planeta similar a la Tierra que esté situado en una zona donde pueda haber agua líquida y un accidente que produzca una pareja como la que forman la Tierra y la Luna. Se dice fácil, pero deben ser muy pocas las combinaciones afortunadas. Desde luego, probablemente hay millones de estrellas como el Sol que tienen planetas. Pero también hay millones de boletos de la lotería y sólo uno se saca el premio. ¿Acaso seremos el único número afortunado? ¿O habrán otros que en otro lugar y en otro momento podrán escribir estas mismas frases?

* Texto basado en conferencia presentada en el programa Noches del Observatorio, el 3 de Junio de 2011. Joaquín Bohigas Bosch, Investigador. Instituto de Astronomía, UNAM. Ensenada, B.C.

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Responses

  1. Cuando leo cosas como estas, me pregunto por qué, como humanidad, no valoramos el regalo que nos hace el Universo, y maltratamos de forma tan sistemática el planeta. Aun más allá de la discusión sobre si el Calentamiento Global es provocado o no por el hombre, hay lugares donde apenas respirar es una angustia para nuestros pulmones, por el smog. Duele ver lo que sucede en el Amazonas, o lo que cada un par de meses es noticia sobre algún derrame petrolero en el mar. Y de eso si somos responsables.

  2. Sugiero que se deje de usar el eufemismo de cambio climático, van mis razones: cambio climático, puede referirse a cualquier cambio en el clima a lo largo del tiempo, cambios como aumento o disminución en la temperatura (calentamiento o enfriamiento) o en la humedad (clima húmedo o seco) (IPCC, 2007). Con su uso, se evita la referencia a alguna escala espacial particular, de manera que se puede estar hablando de eventos que sean globales, regionales o locales en su extensión. En drástico contraste, el término calentamiento global se refiere explícitamente tanto a la escala –global– como a un aumento en la temperatura; con ello, se le distingue de los otros cambios climáticos posibles, aún cuando todavía no se haga explícita la identificación de una causa particular. El término calentamiento global podría correctamente usarse para referirse a cambios naturales en la temperatura, cambios tales como el que ocurrió al final del último período glaciar (si bien, la rapidez de dicho cambio fue radicalmente inferior a la del cambio actual). El nombre correcto del fenómeno es por lo tanto, calentamiento global antropogénico, pues se refiere explícitamente a un aumento en la temperatura a escala global y cuyo origen es humano.
    Los cambios climáticos a gran escala o globales, sean naturales o antropogénicos, involucran cambios en el comportamiento promedio del clima a escala global; es posible sin embargo, que en las escalas regional o local, se puedan encontrar variaciones importantes respecto de este promedio global. De esta manera, tenemos que el término calentamiento global antropogénico se refiere a un aumento causado por la actividad humana en la temperatura de todo el sistema terrestre (incluyendo la atmósfera) aunque el mismo cambio global promedio pueda no experimentarse en algunos sitios de la Tierra (de hecho, algunas localidades pueden enfriarse durante lapsos breves).
    Saludos, Antonio Sarmiento Galán

    • Formalmente deberia llamarse Calentamiento global antropogenico, pero creo que la mayor párte de las personas entiende perfectamente a que nos referimos con Cambio climatico y Calentamiento global, nombre de una seccion del blog, aunque no sean cientificamente exactos. Saludos, Joaquin

  3. En este blog hay mucha ciencia, pero en particular para este artículo dicha ciencia NO explica,vamos ni siquiera describe muy bien el ¿por qué de la vida? Las interrogantes superan a las respuestas ampliamente, y seguirá siendo así: el número de incógnitas siempre será mayor a número de ecuaciones, resultado –> sub júdice.

    La razón pues se convierte en SIN razón, y todo conocimiento se vuelve minúsculo e incapaz, parece que las cosas van tomando perspectiva…

    ¿Será que la suerte y la casualidad de que usted y yo existamos para escribir y leer esto no es realmente suerte y casualidad… sino algo, mejor dicho ALGUIEN más?

    Saludos, muy buen Blog.

    • Hola J.C.,
      Gracias por la buena opinión. El artículo no pretende describir lo que se sabe sobre cómo se originó la vida sino las condiciones que hicieron posible que prosperara en la Tierra. A falta de una mejor hipótesis, suponemos lo mismo para el resto del universo. En cuanto a cómo se originó la vida, creo que es mejor recurrir a un biólogo o a un químico para tener una idea de cuáles pudieron haber sido las condiciones y los mecanismos que la hicieron posible. En cuanto al por qué, si es que hubo un por qué (una intención), en mi opinión no es algo que la ciencia pueda responder.

      saludos, Joaquín


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