{"id":975,"date":"2020-11-25T09:55:00","date_gmt":"2020-11-25T08:55:00","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/?p=975"},"modified":"2020-11-25T09:55:00","modified_gmt":"2020-11-25T08:55:00","slug":"estabilidad-climatica-de-planetas-orbitando-sistemas-de-estrellas-dobles","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/2020\/11\/25\/estabilidad-climatica-de-planetas-orbitando-sistemas-de-estrellas-dobles\/","title":{"rendered":"Estabilidad clim\u00e1tica de planetas orbitando sistemas de estrellas dobles"},"content":{"rendered":"\n

En la ciencia ficci\u00f3n es muy frecuente el uso de planetas que orbitan estrellas dobles, tanto en el cine, todo el mundo recuerda los dobles soles sobre Tatooine, como en las novelas. Por ejemplo, un caso extremo donde largas variaciones clim\u00e1ticas juegan un papel fundamental en la trama es la trilog\u00eda de Heliconia escrita por Brian W. Aldiss(1). Pero \u00bfhasta qu\u00e9 punto es esto posible?<\/p>\n\n\n\n

En un reciente art\u00edculo en la revista \u00abJournal of Geophysical Research: Planets\u00bb, un grupo de investigadores decidieron encarar la cuesti\u00f3n. Comienzan en la introducci\u00f3n comentando que tanto por simulaciones sobre din\u00e1micas planetarias y de estrellas, como por elementos observacionales, la cantidad de sistemas dobles es grande, son sistemas comunes en el Universo.<\/p>\n\n\n\n

Sigue explicando que trabajos previos consideraron el clima y la habitabilidad de planetas orbitando este tipo de sistemas binarios, usando simulaciones 1-D y 3-D(2). De hecho, en las simulaciones de los sistemas binarios en 3-D realizadas para planetas similares a los sistemas estelares Kepler-47 y Kepler-35(3), que albergan respectivamente un planeta neptuniano y un mundo oc\u00e9ano demostraron que ambos planetas poseen climas muy estables, con variaciones menores al 1% de la media en la temperatura. La raz\u00f3n es que tanto la cubierta de nubes del primero como la gran cantidad de agua del segundo compensan las altas variaciones en radiancia(4) que produce el sistema binario. El problema con estas simulaciones es que estos dos sistemas planetarios son poco representativos de las posibles variaciones en tipo y \u00f3rbitas en los sistemas binarios. <\/p>\n\n\n\n

Por eso los autores de este art\u00edculo se decidieron a comprobar qu\u00e9 pasa al maximizar y minimizar dos cantidades fundamentales para entender la variaci\u00f3n clim\u00e1tica en un planeta en la zona habitable de un sistema binario: el periodo y la magnitud de la radiancia de las estrellas y la inercia t\u00e9rmica del sistema acoplado atm\u00f3sfera\/superficie planetaria, respectivamente. Al maximizar el periodo y magnitud de la irradiancia hasta el l\u00edmite de sistemas estables, estamos considerando todas las posibles cantidades de energ\u00eda que el planeta reciba, y al minimizar la inercia t\u00e9rmica del acople atm\u00f3sfera\/superficie, le impedimos al planeta adaptarse con facilidad a los cambios en la energ\u00eda irradiada que recibe de su sol.<\/p>\n\n\n\n

Citando estudios muy recientes, de los a\u00f1os 2016 a 2019, realizados en sistemas binarios con variaciones peque\u00f1as en la irradiancia estelar, la comparan con lo que es posible para un sistema estelar doble que sea estable. Por ello explican que en su investigaci\u00f3n emplearon un planeta tipo tierra, recibiendo una irradiaci\u00f3n solar similar a la que nosotros recibimos (1.360 W m\u207b\u00b2) con una serie de pasos que ellos resumen as\u00ed:<\/p>\n\n\n\n

  1. Mediante c\u00e1lculos anal\u00edticos examinaron todas \u00f3rbitas estables alrededor de sistemas estelares binarios, identificando las que proveen mayor cambio en la incidencia de radiaci\u00f3n sobre el planeta.<\/li>
  2. Con un modelo en 3-D del clima del planeta, identificaron el impacto en el clima del mismo tanto en todo el planeta, como en las regiones que lo formaron y tambi\u00e9n a lo largo de las estaciones.<\/li><\/ol>\n\n\n\n

    El resultado final observado es que en sistemas din\u00e1micos estables, las masas continentales del plante presentan variaciones debido a la presencia de las dos estrellas, pero el clima global es resistente a situaciones catastr\u00f3ficas y la habitabilidad del planeta no se ve comprometida debido a la alta inercia t\u00e9rmica de las masas de agua, lo que impide una variaci\u00f3n catastr\u00f3fica del clima en el planeta.<\/p>\n\n\n\n

    En las secci\u00f3n siguiente de su trabajo, donde explican los m\u00e9todos que emplearon, dicen que usaron cuatro tipos de estrellas, con masas que van de 0,15 hasta 1,0 masas solares. Pueden parecer pocas, pero el asunto es que imponer en sistemas estables de estrellas dobles la presencia de planetas orbitando alrededor limita mucho las posibilidades del tama\u00f1o de las estrellas, de tal manera que esto es una buena muestra representativa. Esos modelos de estrellas los emplearon con soluciones anal\u00edticas sobre la estabilidad de sistemas planetarios en \u00f3rbita alrededor de estrellas dobles publicados recientemente por otro grupo de trabajo, en el que parte de los autores de esta trabajo estaban presentes.<\/p>\n\n\n\n

    Ese modelo de la din\u00e1mica del planeta lo acoplaron con modelos abiertos de simulaci\u00f3n clim\u00e1tica planetaria(5), para incorporar las variaciones en radiancia debidas a las variaciones orbitales calculadas de manera anal\u00edtica con el modelo. Al comentar la f\u00edsica que incluyen en el modelo, dicen que usan un gemelo de la Tierra, y que no consideran los efectos de la radiaci\u00f3n al alterar la composici\u00f3n atmosf\u00e9rica. Comentan que si bien la composici\u00f3n qu\u00edmica de la atm\u00f3sfera puede cambiar mucho por la radiaci\u00f3n que reciba, sus efectos sobre el clima de la superficie son peque\u00f1os, luego para su estudio pueden eliminar esa variabilidad. Siguen despu\u00e9s explicando que para poder simular el clima del planeta, emplearon la misma distribuci\u00f3n de superficie emergida que la que posee nuestro planeta y un oc\u00e9ano de s\u00f3lo 50m de profundidad, que es suficiente para poder entender el clima a escalas geol\u00f3gicas, el objetivo del estudio.<\/p>\n\n\n\n

    Viendo la din\u00e1mica estelar, comprobaron que debido a que si las masas de las estrellas son muy distintas las \u00f3rbitas de los planetas que rodean al sistema estelar se hacen muy exc\u00e9ntricas(6) y por lo tanto el planeta no puede girar de manera estable si es del tama\u00f1o de la Tierra, la m\u00e1xima variaci\u00f3n de flujo en un sistema binario estable es del 35%. Uniendo todos los par\u00e1metros que simularon, en la figura siguiente muestran las variaciones en irradiancia solar para doce casos representativos.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"
    Variaci\u00f3n de irradiancia de los sistemas estelares dobles a lo largo del tiempo para doce casos representativos. El caso 1 es un control con un solo sol, como nuestro planeta.Las l\u00edneas naranjas representan el flujo recibido por hora, mientras que la l\u00ednea negra su valor medio cada 30 d\u00edas. Las variaciones verticales en las l\u00edneas naranjas son los eclipses de una estrella sobre otra. Figura 4 <\/span>del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Como es obvio desde la figura, el caso 7 presenta una variaci\u00f3n m\u00e1xima en la irradiaci\u00f3n planetaria. Las fuertes variaciones diarias en la luz del caso 8 se corresponden con un sistema binario con dos estrellas muy juntas, que por lo tanto interfieren en la luz que emiten sobre el planeta. Los casos 2, 3 y 4 presentan estrellas iguales en masa, con el caso 4 marcando la m\u00e1xima influencia de los eclipses estelares en la irradiancia sobre el planeta.<\/p>\n\n\n\n

    Como ten\u00edan tambi\u00e9n simulaciones del clima del planeta, pudieron representar la variaci\u00f3n de la temperatura en el planeta, sus oc\u00e9anos y la tierra emergida. Los resultados para los mismos 12 casos tipos anteriores forman la siguiente figura:<\/p>\n\n\n\n

    \"\"
    Temperaturas en los planetas de los 12 casos anteriores. Las l\u00edneas rojas son los m\u00e1ximos locales en cualquier punto del planeta, las l\u00edneas verdes la media en la zona emergida y la l\u00ednea en el medio la temperatura media en el oc\u00e9ano. Las l\u00edneas negras son la media en 30 d\u00edas y las de colores, como antes, marcan la variaci\u00f3n horaria. Figura 5 <\/span>del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Es notable que el oc\u00e9ano apenas cambie su temperatura media, y que incluso en los caos m\u00e1s extremos de variaci\u00f3n de irradiaci\u00f3n, caso 12, la temperatura del oc\u00e9ano se mantenga constante con variaciones del orden de 5 grados m\u00e1ximo. En las zonas emergidas no sucede esto y las variaciones de temperatura pueden ser muy grandes, hasta casi cuarenta grados de diferencia. Es notable que el caso 1, la simulaci\u00f3n de un planeta como la Tierra, presenta tambi\u00e9n variaciones en en la m\u00e1xima registrada de casi 40\u00ba, algo bastante cercano a la realidad.<\/p>\n\n\n\n

    Como ya hab\u00edan dicho al principio, todos estos resultados implican que los planetas que se encuentren en zonas habitables(7) de sistemas estelares binarios no est\u00e1n condenados, sino que perfectamente pueden albergar vida. Despu\u00e9s empiezan a especular sobre los efectos que las variaci\u00f3n que observan tendr\u00eda sobre la vida en ese planeta, incluyendo la posibilidad de desarrollar vida inteligente. Pero ya me parece que entra demasiado en el reino de la especulaci\u00f3n y no lo voy a comentar.<\/p>\n\n\n\n

    El art\u00edculo completo se puede consultar, est\u00e1 abierto, en la direcci\u00f3n: JGR Planets, Vol 129 September 2020<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

    (1) El art\u00edculo de la wikipedia en espa\u00f1ol sobre la trilog\u00eda explica muy bien el argumento central: Wiki:Heliconia<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

    (2) Las simulaciones 1-D de sistemas tan masivos como planetas se basan en la idea de que es razonable estimar todo el planeta como un conjunto medio de sus caracter\u00edsticas de estudio principales. Por ejemplo, para \u00absimular\u00bb la Tierra, bastar\u00e1 con saber la cantidad media de agua, su densidad, la radiancia total emitida por el Sol, etc. Son modelos que pueden llegar a ser \u00fatiles en estudios a largo plazo, como este art\u00edculo.<\/p>\n\n\n\n

    (3) Las entradas en la Wikipedia en Espa\u00f1ol e Ingl\u00e9s lo aclaran m\u00e1s sobre estos sistemas lo aclaran m\u00e1s, pero el segundo planeta, el de Kepler-35, es una sospecha, puesto que no se ha podido localizar: Wiki:Kepler-35<\/a>, Wiki:Kepler-47<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

    (4) La radiancia es la cantidad de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica emitida por un cuerpo. En el caso de sistemas estelares, es la cantidad de energ\u00eda que las estrellas emiten al espacio y que puede llegar a los planetas que orbiten esas estrellas para calentarlos o no.<\/p>\n\n\n\n

    (5) En concreto, con el modelo ExoCAM alojado en github: Github:Storyofthewolf<\/a>. <\/p>\n\n\n\n

    (6) La excentricidad de la \u00f3rbita es la diferencia entre un c\u00edrculo perfecto y la \u00f3rbita real. La de la Tierra es de 0,017. Fuente: Wiki:Excentricidad orbital<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

    (7) Se define la zona habitable de un sistema estelar como la regi\u00f3n alrededor de la estrella o estrellas donde debido al valor de la irradiancia estelar, los planetas pueden tener agua l\u00edquida en la superficie. El art\u00edculo de la wikipedia en Espa\u00f1ol est\u00e1 bien: Wiki:Zona de habitabilidad<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    En la ciencia ficci\u00f3n es muy frecuente el uso de planetas que orbitan estrellas dobles, tanto en el cine, todo el mundo recuerda los dobles soles sobre Tatooine, como en las novelas. Por ejemplo, un caso extremo donde largas variaciones clim\u00e1ticas juegan un papel fundamental en la trama es la trilog\u00eda de Heliconia escrita por … Continuar leyendo \u00abEstabilidad clim\u00e1tica de planetas orbitando sistemas de estrellas dobles\u00bb<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":378,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[2],"tags":[12,44],"class_list":["post-975","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-articulo-interesantes","tag-astronomia","tag-planetas-habitables"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/975","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/users\/378"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=975"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/975\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=975"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=975"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=975"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}