Desde la Azotea

Está entrada es una traducción de la original publicada en Mapping Ignorance. Si quieres leerla, pincha aquí. Esta entrada constituye también la número 100 de este blog Desde la Azotea.

¿Así que crees que puedes distinguir entre cielo e infierno? David Gilmour no te cree*, y lo cierto es que yo tampoco. Solemos pensar en los límites de Goldilock (Ricitos de Oro), según los cuales la habitabilidad de un planeta viene determinada estrictamente por la temperatura y la distancia a su estrella progenitora. Pero, aunque ciertamente puede ser útil, se trata de una aproximación simplificadora y existen otros factores que comienzan a emerger con suficiente fuerza como para ser tomados en cuenta a la vista de nuestra visión actual de los planetas confirmados en la Vía Láctea. Un artículo de Way y sus colaboradores [1] ha demostrado que Venus, lo más parecido al infierno en el Sistema Solar actual, pudo haber sido un paraíso durante bastante tiempo. Sus simulaciones numéricas muestran un paleo Venus con temperaturas templadas en superficie, compatibles  con la presencia de agua líquida.

Simulaciones de la temperatura superficial en un paleo Venus para algunos modelos atmosféricos: (a) con topografía actual y flujo solar de 2900 Gya; (b) como el anterior pero con un Sol mucho más joven de 0.715 Gya; (c) como (a) pero con la topografía de la Tierra; (d) igual que (a) pero con rotación rápida de 16 días terrestres. Crédito: de Way et al. (2016).

La idea de que Venus fuera un planeta húmeda en el pasado no es nueva [2]. Hacia comienzos de los 80, estaba claro que el cociente D/H observado en Venus excedía claramente al de nuestro planeta. Las medidas en las siguientes décadas fueron cuantitativamente más precisas pero no cualitativamente diferentes. Bajo la razonable hipótesis de que la Tierra y Venus comenzaron con la misma cantidad de volátiles, una mayor cantidad del isótopo pesado era la prueba evidente de una impresionante pérdida de hidrógeno y, por tanto, agua. Modelos sencillos señalaron la posibilidad de tener un océano superficial en Venus y los cálculos más sofisticados parecían ir confirmándola. Sin embargo, y en lo que es mi secuencia de títulos de artículo favorita de la literatura, otros autores [3] señalaron que el cociente D/H actual podría ser compatible con una historia bien distinta que no requería una cantidad sustancial de agua en el pasado.

Este es un problema de fuentes y sumideros [4]. Las fuentes podrían ser diferentes en el caso de la Tierra y Venus y son esencialmente desconocidas para este último. Los cometas son buenos candidatos, pero el vulcanismo y la tectónica podrían jugar un papel muy diferente, en particular si uno tiene en cuenta los misteriosos mecanismos que modifican la superficie de Venus. Más aún, los modelos actuales del Sistema Solar muestran que podría haber desigualdades estocásticas en la distribución de volátiles entre los diferentes cuerpos. La buena noticia es que esta historia debe haber quedado literalmente grabada en las rocas de Venus y una misión como DAVINCI (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry and Imaging), preseleccionada por el programa Discovery de NASA, podría resolver el problema en la próxima década.

Sin embargo, dado el estado actual del arte, asumamos que la Tierra y Venus comenzaron exactamente con la misma cantidad de agua [5]. Esto no hace inmediatamente un planeta húmedo. Se requieren al menos otros dos factores concurrentes. El primero es la llamada paradoja del Sol joven y débil. Un flujo solar reducido en el pasado puede resultar un problema para interpretar el registro fósil de nuestro planeta pero sin duda ayudaría a tener un paleo Venus húmedo. Los modelos estelares actuales son lo suficientemente buenos como para modelizar las emisiones solares a lo largo de toda la historia del Sistema Solar y por lo tanto permiten hacer un juicio razonablemente bueno sobre la cantidad de flujo que ha recibido Venus durante las diferentes fases de su historia geológica.

El segundo factor es la rotación planetaria. Actualmente, el planeta tiene un día solar de 116.75 días terrestres, orbitando al Sol cada 225 días y con un rotación sidérea retrógrada de 243 días. La evolución orbital de Venus es otro asunto controvertido y aún se debate cómo adquirió la oblicuidad actual cercana a 180º. En cualquier caso, no es improbable que Venus rotara sustancialmente más lento que la Tierra a lo largo de la mayoría de su historia.

Hace unos pocos años, un artículo Yang et al. [6] demostró que la rotación puede jugar un papel muy interesante en el clima planetario. La velocidad de rotación controla la fuerza de Coriolis, que determina la circulación atmosférica, que a su vez influye fuertemente en la distribución de las nubes las cuales, finalmente, establecen buena parte del albedo planetario. En los planetas rápidamente rotantes las nubes se distribuyen en una estrecha banda alrededor del Ecuador, mientras que los rotadores lentos tienen las nubes distribuidas globalmente. Las simulaciones demostraron que un planeta que girara como Venus podría soportar hasta dos veces más flujo estelar que un rotador como la Tierra para la misma temperatura superficial.

Histogramas de área constante de las temperaturas del océano y superficiales para (a-b) la Tierra actual y (c-d) la primera simulación en la figura anterior. Crédito: Way et al. (2016)

Introduzcamos ahora todos estos ingredientes en el modelo desarrollado por [1] et voilá, emerge un Venus húmedo. Pero un momento, no tan rápido porque las cosas nunca son tan sencillas cuando se modela el clima. La topografía antigua de Venus es desconocida, así como su estado de rotación exacto. Si consideras algunas de las posibles combinaciones (cuatro en el artículo discutido aquí) resulta que Venus pudo tener un clima habitable al menos durante 0.715 Gya, siempre y cuando tuviera una rotación más lenta que 16 días terrestres. Y eso sucede incluso aún teniendo en cuenta que el flujo solar podría haber sido vez y media mayor que el actual en la Tierra.

Aún permanecen muchas incertidumbres, esto es completamente cierto. Sin embargo, se desplega una duda razonable sobre los lugares comunes que atañen a la habitabilidad planetaria. La figura 3 muestra cómo todo esto podría afectar a planetas confirmados y que han sido descartados por encontrarse en el lado caliente los límites de Goldilock. Esta es una conclusión ciertamente conmovedora. Recuerdo haber leído el libro de Stanislaw Lem “Los Astronautas” y pensar con suficiencia qué equivocada era su descripción del planeta Venus. La novela se escribió en 1951 y está ciertamente basada en una perspectiva ingenua pero podría ser correcta en un sentido muy diferente e inesperado. ¿Qué pasaría si no fuera tan fácil distinguir un aire caliente de una fría brisa*?

El principio de Goldilock amplía sus límites cuando se consideran modelos radiativos-convectivos 3D (y no 1D), especialmente teniendo en cuenta los efectos de la lenta rotación sobre la distribución de nubes. La gráfica también muestra algunos exoplanetas y unas pocas simulaciones de otros autores que usaron modelos de circulación general. Crédito: de Yang et al. (2014).

Referencias

1. Was Venus the first habitable world of our solar system? Way et al. (2016). Geophys. Res. Lett. 43, 8376 – 8383, doi: 10.1002/2016GL069790
2. Venus was wet: a measurement of the ratio of deuterium to hydrogen. Donahue et al. (1982). Science 216, 4546, 630 – 633, doi: 10.1126/science.216.4546.630
3. Was Venus wet? Deuterium reconsidered. Grinspoon (1987). Science, 238, 4834, 1702 – 1704, doi: 10.1126/science.238.4834.1702
4. Implications of the high D/H ratio for the sources of water in Venus’ atmosphere. Grinspoon (1993). Nature 363, 428 – 431, doi:10.1038/363428a0
5. The surface and atmosphere of Venus: evolution and present state. Grinspoon (2013). in Towards Understanding the climate of Venus, ISSI Scientific Report Series 11, doi: 10.1007/978-1-4614-5064-1₃
6. Strong dependence of the inner edge of the Habitable Zone on planetary rotation rate. Yang et al. (2014). The Astrophysical Journal Letters, 787:L2, doi: 10.1088/2041-8205/787/1/L2

* El texto hace referencia a la canción Wish you were here de Pink Floyd. Puedes consultar la letra completa aquí.

SANTIAGO PEREZ HOYOS Divulgación Clima, Habitabilidad, Mapping Ignorance, Venus