Una visión astronómica de la Tierra arcaica

23/07/2014 0 comentarios
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Los planetas, nacen, evolucionan y desaparecen en sintonía con la estrella en torno a la que orbitan. Y los últimos datos apuntan a que los planetas extrasolares de tamaño terrestre son muy abundantes. Así pues, cuando en los próximos años intentemos la caracterización de sus atmósferas y la posible detección de vida, es probable que encontremos planetas en distintas etapas evolutivas. Y la pregunta es: ¿Seremos capaces de reconocerlos e interpretar la información de nuestras medidas? Para ello es indispensable conocer un poco mejor cómo ha sido el pasado de la Tierra. Y la Tierra tiene un pasado de color de rosa.

En las últimas dos décadas, el número de exoplanetas detectados ha crecido exponencialmente. Esta búsqueda de exoplanetas se está convirtiendo en uno de los campos más activos y excitantes de la astrofísica y cuya actividad sólo aumentará en las próximas décadas. Sin lugar a duda, una de las principales preocupaciones será la búsqueda de vida en el universo. Somos capaces ya de estudiar las atmósferas de los exoplanetas transitantes de mayor tamaño mediante el análisis de la luz que nos llega de éstos. A pesar de que actualmente no disponemos de la tecnología necesaria para poder caracterizar la atmósfera de planetas extrasolares de tamaño similar al de La Tierra, esperamos que la tecnología necesaria estará disponible un futuro muy cercano.

La Tierra como modelo

Y, aunque seguramente nos llevaremos algunas sorpresas, los ejemplos de la Tierra y del resto de los planetas del sistema solar serán nuestra guía para clasificar y entender la multiplicidad de planetas extrasolares que puedan existir en nuestra galaxia. La conexión Tierra-exoplaneta será también una avenida de doble dirección. Cuando se haya conseguido una base de datos substancial de observaciones de exoplanetas, será posible plantear estudios estadísticos sobre su formación y evolución. Esta información será vital para entender algunos de los interrogantes todavía abiertos sobre la formación y evolución de la Tierra y del sistema solar. Por ejemplo: si un planeta tiene todas propiedades físicas necesarias para albergar vida, ¿aparece ésta irremediablemente? Y si lo hace, ¿cuáles son las escalas de tiempo típicas para el desarrollo de bacterias, plantas o incluso inteligencia?

La vida sobre la Tierra se originó hace un 3800 millones de años, tan pronto como las condiciones ambientales lo permitieron. Pero estas condiciones han cambiado a lo largo de su historia, al igual que el tamaño y la distribución de las masas continentales. Entonces, ¿qué aspectos distintos ha tenido nuestro planeta desde el espacio a lo largo de su historia? Con esta pregunta en mente nos planteamos la tesis doctoral, recientemente concluida y que tuve el placer de dirigir, de Esther Sanroma en el IAC, y llevamos a cabo simulaciones para determinar las propiedades fotométricas y espectroscópicas de la Tierra en el pasado. 

La Tierra arcaica y las bacterias púrpuras

Uno de los períodos geológicos de mayor duración es el período Arcaico, que abarca desde los 3800 a 2500 millones de años en el pasado. En el  Arcaico, el oxígeno fue insignificante en la atmósfera, mientras que el CO2 y CH4 eran mucho más abundantes. Así pues, a diferencia de la Tierra actual donde la presencia simultánea de abundante O+ H2O + CO2 es considerado el biomarcador por excelencia, la composición atmosférica arcaica no revela la presencia de vida. Pero este período también es interesante debido a la presencia de bacterias púrpuras como la forma dominante de la vida sobre la superficie de la Tierra. Estos microorganismos fotosintéticos fueron uno de los primeros seres en habitar nuestro planeta, y tienen la capacidad de colonizar tanto medios acuáticos como terrestres, llegando a vivir en condiciones extremas. Su capacidad de adaptación es tal que las bacterias púrpuras han sobrevivido hasta la actualidad. Y la pregunta que nos surgió es: ¿Serían los rasgos de la esta vida arcaica visibles desde el espacio? ¿O en posibles exoplanetas que se encuentren en esta misma fase evolutiva?

Para contestar esta pregunta, en colaboración con del Departamento de Microbiología de la ULL, utilizamos cultivos del Rhodobacter sphaeroides, y medimos su reflectividad espectral en nuestro laboratorio. Fue muy divertido para unos astrofísicos cacharrear por una vez con cultivos de bacterias y apuntarles espectrógrafos. Los resultados del estudio muestran que las bacterias presentan un considerable aumento en reflectividad en torno a una micra y un decrecimiento de la misma en torno a 1,3 micras, lo que les da su característico color rojizo-rosado.

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Espectro de reflexión de las bacterias púrpuras (morado), comparado con el de una hoja de árbol (verde

 

 

 

 

 

Una vez medido el espectro de reflexión de estas bacterias, lo introdujimos en nuestros códigos que combinan distintas distribuciones de continentes, composiciones atmosféricas, y coberturas de varios tipos de nubes, para producir un espectro global de la Tierra visto como un punto de luz.

La conclusión a la que llegamos es que la presencia de bacterias púrpuras sería detectable en el espectro en la mayoría de los escenarios que se plantean. Esto abre una nueva vía para la búsqueda de vida en exoplanetas “jóvenes” donde la vida haya podido colonizar ya el planeta, pero no haya tenido tiempo todavía de modificar la atmósfera primordial.

A todas luces estos serán los “planetas rosas” para los astrobiólogos :-)

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