La Tierra arqueana inspira la búsqueda de mundos nebulosos habitables

La atmósfera de la Tierra parece que fue muy diferente entonces, probablemente con poco oxígeno disponible, pero altos niveles de metano, amoníaco y otros químicos orgánicos.

La evidencia geológica sugiere que la niebla pudo haber venido y ido esporádicamente de la atmósfera Arqueana, y los investigadores no están absolutamente seguros del porqué. El equipo razonó que una mejor comprensión de la formación de neblina durante la era Arqueana podría ayudar a informar a los estudios de los nebulosos exoplanetas terrestres.

"Nos gusta decir que la Tierra Arqueana es el planeta más extraño del que tenemos datos geoquímicos", dijo Giada Arney del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y miembro del Laboratorio Planetario Virtual del Instituto de Astrobiología de la NASA, con sede en la Universidad de Washington , Seattle. Arney es el autor principal de dos artículos relacionados al respecto.

En el mejor de los casos, la neblina en la atmósfera de un planeta podría servir a una mezcla de moléculas ricas en carbono u orgánicas que podrían ser transformadas por reacciones químicas en moléculas precursoras para la vida. La niebla también podría eliminar gran parte de la dañina radiación UV que puede descomponer el ADN.

En el peor de los casos, la niebla podría llegar a ser tan espesa que muy poca luz pasa a través. En esta situación, la superficie podría llegar a ser tan fría que se congelase por completo. Si una niebla muy espesa se produjera en la Tierra Arqueana, podría haber tenido un efecto profundo, porque cuando la era comenzó hace aproximadamente cuatro mil millones de años, el sol era más débil, emitiendo quizás el 80 por ciento de la luz que ahora.

Arney y sus colegas juntaron sofisticados modelos informáticos para ver cómo la neblina afectó la temperatura superficial de la Tierra Arqueana y, a su vez, cómo la temperatura influyó en la química de la atmósfera.

El nuevo modelado indica que a medida que la bruma se vuelve más gruesa, menos luz solar habría atravesado, inhibiendo los tipos de reacciones químicas impulsadas por la luz solar necesarias para formar más niebla. Esto conduciría a la interrupción de la química de formación de turbidez, impidiendo que el planeta sufra una glaciación desbocada debido a una neblina muy espesa.

El equipo llama a esta neblina autolimitada, y su trabajo es el primero en hacer el caso de que esto es lo que ocurrió en la Tierra Arqueana, un hallazgo publicado en el número de noviembre de 2016 de la revista Astrobiology. Los investigadores concluyeron que la neblina autolimitada podría haber enfriado la Tierra Arqueana en unos 21 grados Celsius, lo suficiente como para marcar la diferencia, pero no para congelar completamente la superficie.

"Nuestro modelo sugiere que un planeta como la nebulosa Tierra Arqueana orbitando una estrella como el sol joven sería frío", dijo Shawn Domagal-Goldman, un científico de Goddard y miembro del Laboratorio Virtual Planetario. "Pero estamos diciendo que sería frío como el Yukón en invierno, no frío como el moderno Marte".

Tal planeta podría ser considerado habitable, incluso si la temperatura media global está por debajo de la congelación, siempre y cuando haya algo de agua líquida en la superficie.

En el modelado posterior, Arney y sus colegas observaron los efectos de la neblina en planetas que son como la Tierra Arqueana pero que orbitan varios tipos de estrellas.

"La estrella madre controla si una neblina es más probable que se forme, y que la neblina puede tener múltiples impactos en la habitabilidad de un planeta", dijo la coautora Victoria Meadows, investigadora principal del Laboratorio Virtual Planetario y profesora de astronomía de la Universidad de Washington.

Parece que la Tierra Arqueana coincidió con un momento dulce donde la neblina sirvió como una capa solar para el planeta. Si el sol hubiera sido un poco más cálido, como lo es hoy en día, el modelado sugiere que las partículas de turbidez habrían sido más grandes -un resultado de las reacciones de temperatura que influyen en la química- y se habrían formado de manera más eficiente, pero todavía habrían ofrecido alguna protección solar.

Lo mismo no era cierto en todos los casos. El modelado mostró que algunas estrellas producen tanta radiación UV que la neblina no puede formarse. La neblina no enfrió los planetas que orbitaban todos los tipos de estrellas por igual, tampoco, según los resultados del equipo. Las estrellas débiles, como las enanas M, emiten la mayor parte de su energía a longitudes de onda que pasan a través de la neblina atmosférica; En las simulaciones, estos planetas experimentan poco enfriamiento de la neblina, por lo que se benefician de la neblina de protección UV sin una caída importante de la temperatura.

Para el tipo correcto de estrella, sin embargo, la presencia de neblina en la atmósfera de un planeta podría ayudar a señalar ese mundo como un buen candidato para un estudio más detallado. Las simulaciones del equipo indicaron que, para algunos instrumentos previstos para futuros telescopios espaciales, la firma espectral de la neblina parecería más fuerte que las firmas de algunos gases atmosféricos, como el metano. Estos hallazgos están disponibles en el Astrophysical Journal.