Al cambiar el inventario inicial de elementos volátiles en un modelo de evolución geoquímica de planetas rocosos, los investigadores obtuvieron una amplia gama de resultados, incluidos varios escenarios en los que un planeta rocoso sin vida alrededor de una estrella similar al sol podría evolucionar para tener oxígeno en su atmósfera. Fuente: J. Krissansen-Totton
En la búsqueda de vida en otros planetas, la presencia de oxígeno en la atmósfera de un planeta es uno de los posibles signos de actividad biológica que podrían ser detectados por futuros telescopios. Sin embargo, el nuevo estudio describe varios escenarios en los que un planeta rocoso sin vida alrededor de una estrella similar al sol podría evolucionar para tener oxígeno en su atmósfera.
Nuevos resultados, publicados el 13 de abril en Avances de AGU, enfatizan la necesidad de telescopios de próxima generación que puedan caracterizar entornos planetarios y buscar múltiples líneas de evidencia de vida, además de detectar oxígeno.
“Esto es útil porque muestra que hay formas de obtener oxígeno en una atmósfera sin vida, pero hay otras observaciones que ayudarán a distinguir estos falsos positivos de una transacción real”, dijo el primer autor Joshua Krissansen-Totton, miembro de Sagan. en el Departamento de Astronomía y Astrofísica de la UC Santa Cruz. “Para cada escenario, tratamos de decirle qué tendría que hacer su telescopio para distinguirlo del oxígeno biológico”.
En las próximas décadas, quizás a fines de la década de 1930, los astrónomos esperan tener un telescopio capaz de capturar imágenes y espectros de planetas potencialmente similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al Sol. El coautor Jonathan Fortney, profesor de astronomía y astrofísica y director del Laboratorio de Otros Mundos de UCSC, dijo que la idea sería apuntar a planetas tan similares a la Tierra que la vida pudiera surgir y caracterizar sus atmósferas.
“Ha habido mucho debate sobre si la detección de oxígeno es una señal de vida” suficiente “, dijo. “Este trabajo realmente habla de la necesidad de conocer el contexto de su detección. ¿Qué otras moléculas además del oxígeno se han encontrado o no se han encontrado, y qué les dice esto sobre la evolución del planeta? “
Esto significa que los astrónomos necesitarán un telescopio que sea sensible a una amplia gama de longitudes de onda para detectar diferentes tipos de partículas en la atmósfera del planeta.
Los científicos basaron sus hallazgos en un modelo computacional detallado y completo para la evolución de los planetas rocosos, comenzando con su origen fundido y terminando con miles de millones de años de ciclos de enfriamiento y geoquímicos. Al alterar el inventario inicial de elementos volátiles en los planetas modelo, los científicos lograron una gama de resultados sorprendentemente amplia.
El oxígeno puede acumularse en la atmósfera de un planeta cuando la luz ultravioleta de alta energía divide las moléculas de agua de la atmósfera superior en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno ligero se escapa preferentemente al espacio, dejando atrás oxígeno. Otros procesos pueden eliminar el oxígeno de la atmósfera. El monóxido de carbono y el hidrógeno liberados de la roca fundida, por ejemplo, durante la desgasificación, reaccionarán con el oxígeno y la meteorización de la roca también absorbe oxígeno. Estos son solo algunos de los procesos que los científicos han incorporado en su modelo de evolución geoquímica de un planeta rocoso.
“Si ejecuta un modelo para la Tierra con lo que creemos que es la compilación inicial de volátiles, obtendrá de manera confiable el mismo resultado cada vez: sin vida, no obtendrá oxígeno en la atmósfera”, dijo Krissansen-Totton. “Pero también encontramos muchos escenarios en los que se puede obtener oxígeno sin vida”.
Por ejemplo, un planeta que es similar a la Tierra pero comienza con más agua terminará con océanos muy profundos ejerciendo una enorme presión sobre la corteza. Esto detiene efectivamente la actividad geológica, incluidos todos los procesos como el derretimiento de rocas o la meteorización, que eliminarían el oxígeno de la atmósfera.
De lo contrario, cuando el planeta comienza con una cantidad relativamente pequeña de agua, la superficie del magma del planeta inicialmente fundido puede congelarse rápidamente mientras el agua permanece en la atmósfera. Esta “atmósfera de vapor” coloca suficiente agua en la atmósfera superior para permitir que el oxígeno se acumule a medida que el agua se descompone y el hidrógeno se escapa.
“Una secuencia típica es que la superficie del magma se solidifica simultáneamente con el agua que se condensa en los océanos en la superficie”, dijo Krissansen-Totton. “En la Tierra, a medida que el agua se condensaba en la superficie, las tasas de escape eran bajas. Pero si mantiene la atmósfera de vapor después de que la superficie fundida se solidifica, hay una ventana de aproximadamente un millón de años para que el oxígeno se acumule, ya que hay una alta concentración de agua en la atmósfera superior y no hay superficie fundida para absorber el oxígeno producido por el hidrógeno. volatilización. “
El tercer escenario que podría conducir a la presencia de oxígeno en la atmósfera se refiere a un planeta que es similar a la Tierra pero comienza con una proporción más alta de dióxido de carbono a agua. Esto conduce a un efecto invernadero incontrolado, lo que hace que el agua esté demasiado caliente para que el agua se condense de la atmósfera en la superficie del planeta.
“En este escenario similar a Venus, todos los volátiles se forman en la atmósfera y poco queda en el manto donde puedan desgasificarse y eliminarse”, dijo Krissansen-Totton.
Señaló que la investigación anterior se centró en los procesos atmosféricos, mientras que el modelo utilizado en este estudio explora la evolución geoquímica y térmica del manto y la corteza del planeta, así como la interacción entre la corteza y la atmósfera.
“No requiere computación intensiva, pero hay muchas partes móviles y procesos interconectados”, dijo.
Proporcionado por la Universidad de California – Santa Cruz