Habitabilidad planetaria

La clase espectral de una estrella indica su temperatura fotosférica , que (para las estrellas de la secuencia principal ) se correlaciona con la masa total. El rango espectral apropiado para las estrellas habitables se considera de "F tardía" o "G" a "K media". Esto corresponde a temperaturas de poco más de 7000 K hasta poco menos de 4000 K (6700 °C a 3700 °C); el Sol, una estrella G2 a 5777 K, se encuentra dentro de estos límites. Este rango espectral probablemente representa entre el 5 % y el 10 % de las estrellas en la Vía Láctea local . Las estrellas de "clase media" de este tipo tienen una serie de características consideradas importantes para la habitabilidad planetaria:     

• Viven al menos unos cientos de millones de años, lo que permite que la vida tenga la oportunidad de evolucionar. Las estrellas más luminosas de la secuencia principal de las clases "O" y muchos miembros de las clases "B" suelen vivir menos de 500 millones de años y, en casos excepcionales, menos de 10 millones. ^{[ 23 ] [ b ]}
• Emiten suficiente radiación ultravioleta de alta frecuencia para desencadenar dinámicas atmosféricas importantes como la formación de ozono , pero no tanta como para que la ionización destruya la vida incipiente. ^{[ 24 ]}
• Emiten suficiente radiación en longitudes de onda propicias para la fotosíntesis. ^{[ 25 ]}
• Es posible que exista agua líquida en la superficie de planetas que orbitan a su alrededor a una distancia que no provoque el acoplamiento de mareas .

Las estrellas de tipo K podrían albergar vida durante mucho más tiempo que el Sol . ^{[ 26 ]}

Si las estrellas enanas rojas más débiles de clase K tardía y M también son anfitrionas adecuadas para planetas habitables es quizás la pregunta abierta más importante en todo el campo de la habitabilidad planetaria dada su prevalencia ( habitabilidad de sistemas de enanas rojas ). Gliese 581 c , una " supertierra ", se ha encontrado orbitando en la " zona habitable " (HZ) de una enana roja y puede poseer agua líquida. Sin embargo, también es posible que un efecto invernadero la haga demasiado caliente para sustentar vida, mientras que su vecina, Gliese 581 d , puede ser una candidata más probable para la habitabilidad. ^{[ 27 ]} En septiembre de 2010, se anunció el descubrimiento de otro planeta, Gliese 581 g , en una órbita entre estos dos planetas. Sin embargo, las revisiones del descubrimiento han puesto en duda la existencia de este planeta, y se encuentra catalogado como "no confirmado". En septiembre de 2012, se anunció el descubrimiento de dos planetas orbitando Gliese 163 ^{[ 28 ] . [ 29 ] [ 30 ]} Uno de los planetas, Gliese 163 c , con una masa aproximadamente 6,9 ​​veces mayor que la de la Tierra y algo más caliente, se consideraba dentro de la zona habitable. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

Un estudio reciente sugiere que las estrellas más frías que emiten más luz en el infrarrojo y el infrarrojo cercano podrían albergar planetas más cálidos con menos hielo y una mayor incidencia de estados de bola de nieve. Estas longitudes de onda son absorbidas por el hielo y los gases de efecto invernadero de sus planetas, lo que provoca que permanezcan más cálidos. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

Un estudio de 2020 reveló que aproximadamente la mitad de las estrellas similares al Sol podrían albergar planetas rocosos potencialmente habitables. Específicamente, estimaron que, en promedio, el planeta más cercano en la zona habitable alrededor de estrellas de tipo G y K se encuentra a unos 6 pársecs de distancia, y que existen alrededor de 4 planetas rocosos alrededor de estrellas de tipo G y K a menos de 10 pársecs (32,6 años luz) del Sol. ^{[ 33 ]}

La zona habitable (ZH) es una región del espacio con forma de caparazón que rodea a una estrella, en la que un planeta podría mantener agua líquida en su superficie. ^{[ 19 ]} El concepto fue propuesto por primera vez por el astrofísico Su-Shu Huang en 1959, basándose en las limitaciones climáticas impuestas por la estrella anfitriona. ^{[ 19 ]} Después de una fuente de energía, el agua líquida se considera ampliamente el ingrediente más importante para la vida, dada su importancia fundamental para todos los sistemas de vida en la Tierra. Sin embargo, si se descubre vida en ausencia de agua, la definición de una ZH podría tener que ampliarse considerablemente.

El límite interior de la HZ es la distancia donde el efecto invernadero descontrolado vaporiza toda la reserva de agua y, como segundo efecto, induce la fotodisociación del vapor de agua y la pérdida de hidrógeno al espacio. El límite exterior de la HZ es la distancia desde la estrella donde un efecto invernadero máximo no logra mantener la superficie del planeta por encima del punto de congelación, y por CO₂ (dióxido de carbono) condensación. ^{[ 19 ] [ 3 ]}

Una HZ "estable" implica dos factores. Primero, el rango de una HZ no debería variar mucho con el tiempo. Todas las estrellas aumentan su luminosidad a medida que envejecen, y una HZ dada, por lo tanto, migra hacia afuera, pero si esto sucede demasiado rápido (por ejemplo, con una estrella supermasiva), los planetas pueden tener solo una breve ventana dentro de la HZ y, en consecuencia, una probabilidad menor de desarrollar vida. Calcular el rango de una HZ y su movimiento a largo plazo nunca es sencillo, ya que los bucles de retroalimentación negativa , como el ciclo CNO, tenderán a compensar los aumentos de luminosidad. Por lo tanto, las suposiciones hechas sobre las condiciones atmosféricas y la geología tienen un impacto tan grande en un rango hipotético de HZ como la evolución estelar: los parámetros propuestos para la HZ del Sol, por ejemplo, han fluctuado mucho. ^{[ 34 ]}

En segundo lugar, ningún cuerpo de gran masa, como un gigante gaseoso, debería estar presente en la zona habitable o relativamente cerca de ella, ya que esto interrumpiría la formación de cuerpos del tamaño de la Tierra. La materia del cinturón de asteroides, por ejemplo, parece no haber podido acumularse para formar un planeta debido a las resonancias orbitales con Júpiter; si el gigante hubiera aparecido en la región que ahora se encuentra entre las órbitas de Venus y Marte , la Tierra casi con seguridad no se habría desarrollado en su forma actual. Sin embargo, un gigante gaseoso dentro de la zona habitable podría tener lunas habitables bajo las condiciones adecuadas. ^{[ 35 ]}

Las variaciones en la luminosidad son comunes a todas las estrellas, pero la intensidad de dichas fluctuaciones varía considerablemente. La mayoría de las estrellas son relativamente estables, pero una minoría significativa de estrellas variables experimenta con frecuencia aumentos repentinos e intensos de luminosidad y, en consecuencia, de la cantidad de energía que irradian hacia los cuerpos en órbita. Estas estrellas se consideran candidatas poco adecuadas para albergar planetas con vida, ya que su imprevisibilidad y las variaciones en su emisión de energía afectarían negativamente a los organismos : los seres vivos adaptados a un rango de temperatura específico no podrían sobrevivir a una variación de temperatura demasiado grande. Además, los aumentos repentinos de luminosidad suelen ir acompañados de dosis masivas de radiación gamma y rayos X que podrían resultar letales. Las atmósferas mitigan estos efectos, pero es posible que los planetas que orbitan estrellas variables no retengan su atmósfera, ya que la energía de alta frecuencia que los sacude los despojaría continuamente de su capa protectora.

El Sol, en este sentido como en muchos otros, es relativamente benigno: la variación entre su producción de energía máxima y mínima es aproximadamente del 0,1 % durante su ciclo solar de 11 años . Existe evidencia sólida (aunque no indiscutible) de que incluso cambios menores en la luminosidad del Sol han tenido efectos significativos en el clima de la Tierra dentro de la era histórica: la Pequeña Edad de Hielo de mediados del segundo milenio, por ejemplo, pudo haber sido causada por una disminución relativamente prolongada en la luminosidad del Sol. ^{[ 36 ]} Por lo tanto, una estrella no tiene que ser una verdadera variable para que las diferencias en la luminosidad afecten la habitabilidad. De los análogos solares conocidos , se considera que 18 Scorpii es uno que se asemeja mucho al Sol ; desafortunadamente para las perspectivas de vida en su proximidad, la única diferencia significativa entre los dos cuerpos es la amplitud del ciclo solar, que parece ser mucho mayor para 18 Scorpii . ^{[ 37 ]}

Aunque la mayor parte del material de cualquier estrella es hidrógeno y helio , existe una variación significativa en la cantidad de elementos más pesados ​​( metales ). Una alta proporción de metales en una estrella se correlaciona con la cantidad de material pesado inicialmente disponible en el disco protoplanetario . Una menor cantidad de metal hace que la formación de planetas sea mucho menos probable, según la teoría de la nebulosa solar de la formación de sistemas planetarios . Cualquier planeta que se formara alrededor de una estrella pobre en metales probablemente tendría una masa baja y, por lo tanto, sería desfavorable para la vida. Los estudios espectroscópicos de sistemas donde se han encontrado exoplanetas hasta la fecha confirman la relación entre el alto contenido de metales y la formación de planetas: "Las estrellas con planetas, o al menos con planetas similares a los que estamos encontrando hoy, son más ricas en metales que las estrellas sin compañeros planetarios". ^{[ 38 ]} Esta relación entre la alta metalicidad y la formación de planetas también significa que es más probable encontrar sistemas habitables alrededor de estrellas de generaciones más jóvenes, ya que las estrellas que se formaron al principio de la historia del universo tienen un bajo contenido de metales.

Los planetas de baja masa son malos candidatos para la vida por dos razones. Primero, su menor gravedad dificulta la retención de la atmósfera . Las moléculas constituyentes tienen más probabilidades de alcanzar la velocidad de escape y perderse en el espacio al ser golpeadas por el viento solar o agitadas por colisiones. Los planetas sin una atmósfera densa carecen de la materia necesaria para la bioquímica primitiva , tienen poco aislamiento y una transferencia de calor deficiente a través de sus superficies (por ejemplo, Marte , con su delgada atmósfera, es más frío que la Tierra si estuviera a una distancia similar del Sol), y ofrecen menos protección contra meteoroides y radiación de alta frecuencia . Además, donde una atmósfera es menos densa que 0,006 atmósferas terrestres, el agua no puede existir en estado líquido, ya que no se da la presión atmosférica requerida , 4,56 mm Hg (608 Pa) (0,18 pulgadas Hg ). Adicionalmente, una presión menor reduce el rango de temperaturas en las que el agua es líquida.

En segundo lugar, los planetas más pequeños tienen diámetros menores y, por lo tanto, mayores relaciones superficie-volumen que sus primos más grandes. Estos cuerpos tienden a perder rápidamente la energía restante de su formación y terminan geológicamente muertos, careciendo de los volcanes , terremotos y actividad tectónica que proporcionan a la superficie material que sustenta la vida y a la atmósfera moderadores de temperatura como el dióxido de carbono . La tectónica de placas parece particularmente crucial, al menos en la Tierra: el proceso no solo recicla importantes sustancias químicas y minerales, sino que también fomenta la biodiversidad a través de la creación de continentes y una mayor complejidad ambiental, y ayuda a crear las celdas convectivas necesarias para generar el campo magnético terrestre . ^{[ 49 ]} Aunque los planetas geológicamente activos con vulcanismo pero sin tectónica de placas, llamados Tierras de Ignan, también podrían ser habitables. ^{[ 50 ]}

"Baja masa" es en parte una etiqueta relativa: la Tierra tiene baja masa en comparación con los gigantes gaseosos del Sistema Solar , pero es el más grande, por diámetro y masa, y el más denso de todos los cuerpos terrestres. ^{[ e ]} Es lo suficientemente grande como para retener una atmósfera solo por gravedad y lo suficientemente grande como para que su núcleo fundido siga siendo un motor térmico, impulsando la diversa geología de la superficie (la desintegración de elementos radiactivos dentro del núcleo de un planeta es el otro componente significativo del calentamiento planetario). Marte, por el contrario, está casi (o quizás totalmente) muerto geológicamente y ha perdido gran parte de su atmósfera. ^{[ 51 ]} Por lo tanto, sería razonable inferir que el límite inferior de masa para la habitabilidad se encuentra en algún punto entre el de Marte y el de la Tierra o Venus: 0,3 masas terrestres se ha propuesto como una línea divisoria aproximada para los planetas habitables. ^{[ 52 ]} Sin embargo, un estudio de 2008 del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica sugiere que la línea divisoria puede ser más alta. La Tierra podría, de hecho, estar en el límite inferior de habitabilidad: si fuera más pequeña, la tectónica de placas sería imposible. Venus, que tiene el 85 % de la masa de la Tierra, no muestra signos de actividad tectónica. Por el contrario, las " supertierras ", planetas terrestres con masas mayores que la de la Tierra, tendrían mayores niveles de tectónica de placas y, por lo tanto, estarían firmemente ubicadas en el rango de habitabilidad. ^{[ 53 ]}

Las circunstancias excepcionales sí que dan lugar a casos excepcionales: la luna Io de Júpiter (que es más pequeña que cualquiera de los planetas terrestres) es volcánicamente dinámica debido a las tensiones gravitacionales inducidas por su órbita, y su vecina Europa puede tener un océano líquido o aguanieve helada debajo de una capa congelada también debido a la energía generada al orbitar un gigante gaseoso.

Mientras tanto, Titán , el satélite de Saturno , tiene una remota posibilidad de albergar vida, ya que ha conservado una atmósfera densa y posee mares de metano líquido en su superficie. En estos mares son posibles reacciones orgánico-químicas que requieren una energía mínima, pero no está claro si algún sistema vivo puede basarse en tales reacciones mínimas, y parece improbable. ^{[ 54 ] [ 55 ]} Estos satélites son excepciones, pero demuestran que la masa, como criterio de habitabilidad, no puede considerarse necesariamente definitiva en esta etapa de nuestro conocimiento. ^{[ 56 ]}

Es probable que un planeta más grande tenga una atmósfera más densa. La combinación de una mayor velocidad de escape para retener átomos más ligeros y una desgasificación extensa debido a una tectónica de placas intensificada puede aumentar considerablemente la presión atmosférica y la temperatura en la superficie en comparación con la Tierra. El efecto invernadero intensificado de una atmósfera tan densa sugeriría que la zona habitable debería estar más alejada de la estrella central en planetas tan masivos.

Finalmente, es probable que un planeta más grande tenga un núcleo de hierro de gran tamaño. Esto permite que un campo magnético proteja al planeta del viento estelar y la radiación cósmica , que de otro modo tenderían a despojarlo de su atmósfera y bombardear a los seres vivos con partículas ionizadas. La masa no es el único criterio para producir un campo magnético —ya que el planeta también debe rotar lo suficientemente rápido como para producir un efecto dinamo dentro de su núcleo ^{[ 57 ]} —, pero es un componente significativo del proceso.

La masa de un exoplaneta potencialmente habitable se encuentra entre 0,1 y 3,0 masas terrestres. ^{[ 18 ]} Sin embargo, es posible que un mundo habitable tenga una masa tan baja como 0,0268 masas terrestres. ^{[ 58 ]} El radio de un exoplaneta potencialmente habitable oscilaría entre 0,5 y 1,6 radios terrestres. ^{[ 18 ]}

Al igual que con otros criterios, la estabilidad es la consideración crítica al evaluar el efecto de las características orbitales y rotacionales en la habitabilidad planetaria. La excentricidad orbital es la diferencia entre la aproximación más lejana y la más cercana de un planeta a su estrella madre dividida por la suma de dichas distancias. Es una relación que describe la forma de la órbita elíptica. Cuanto mayor sea la excentricidad, mayor será la fluctuación de temperatura en la superficie de un planeta. Aunque son adaptativos, los organismos vivos solo pueden soportar cierta variación, particularmente si las fluctuaciones se superponen con el punto de congelación y el punto de ebullición del principal disolvente biótico del planeta (por ejemplo, el agua en la Tierra). Si, por ejemplo, los océanos de la Tierra estuvieran alternativamente hirviendo y congelándose por completo, es difícil imaginar que la vida tal como la conocemos hubiera evolucionado. Cuanto más complejo sea el organismo, mayor será su sensibilidad a la temperatura. ^{[ 59 ]} La órbita de la Tierra es casi perfectamente circular, con una excentricidad de menos de 0,02; otros planetas del Sistema Solar (con la excepción de Mercurio y Marte ) tienen excentricidades igualmente benignas.

La habitabilidad también está influenciada por la arquitectura del sistema planetario alrededor de una estrella. La evolución y estabilidad de estos sistemas están determinadas por la dinámica gravitacional, que impulsa la evolución orbital de los planetas terrestres. Los datos recopilados sobre las excentricidades orbitales de los planetas extrasolares han sorprendido a la mayoría de los investigadores: el 90% tiene una excentricidad orbital mayor que la encontrada dentro del Sistema Solar, y el promedio es de 0,25. ^{[ 60 ]} Esto significa que la gran mayoría de los planetas tienen órbitas altamente excéntricas y, de estos, incluso si su distancia promedio de su estrella se considera dentro de la HZ, no obstante pasarían solo una pequeña porción de su tiempo dentro de la zona.

El movimiento de un planeta alrededor de su eje de rotación también debe cumplir ciertos criterios para que la vida tenga la oportunidad de evolucionar. Una primera suposición es que el planeta debería tener estaciones moderadas. Si la inclinación axial (u oblicuidad) con respecto a la perpendicular de la eclíptica es mínima o nula , no habrá estaciones y desaparecerá un importante estímulo para el dinamismo de la biosfera. El planeta también sería más frío que con una inclinación significativa: cuando la mayor intensidad de radiación se concentra siempre a pocos grados del ecuador, el clima cálido no puede desplazarse hacia los polos y el clima del planeta queda dominado por sistemas meteorológicos polares más fríos.

Si un planeta está radicalmente inclinado, las estaciones serán extremas y dificultarán que la biosfera alcance la homeostasis . La inclinación axial de la Tierra es mayor ahora (en el Cuaternario ) que en el pasado, lo que coincide con una reducción del hielo polar , temperaturas más cálidas y menor variación estacional. Los científicos desconocen si esta tendencia continuará indefinidamente con nuevos aumentos en la inclinación axial (véase Tierra Bola de Nieve ).

Los efectos exactos de estos cambios solo pueden modelarse por computadora en la actualidad, y los estudios han demostrado que incluso inclinaciones extremas de hasta 85 grados no excluyen por completo la vida "siempre que no ocupe superficies continentales afectadas estacionalmente por las temperaturas más altas". ^{[ 61 ]} No solo debe considerarse la inclinación axial media, sino también su variación a lo largo del tiempo. La inclinación de la Tierra varía entre 21,5 y 24,5 grados en 41 000 años. Una variación más drástica, o una periodicidad mucho más corta, induciría efectos climáticos como variaciones en la severidad estacional.

Otras consideraciones orbitales incluyen:

• El planeta debe rotar con relativa rapidez para que el ciclo día-noche no sea excesivamente largo. Si un día dura años, la diferencia de temperatura entre el lado diurno y el nocturno será pronunciada, y surgirán problemas similares a los observados con una excentricidad orbital extrema.
• El planeta también debería girar lo suficientemente rápido como para que se pueda poner en marcha una dinamo magnética en su núcleo de hierro y producir un campo magnético.
• El cambio en la dirección de rotación del eje ( precesión ) no debería ser pronunciado. En sí misma, la precesión no tiene por qué afectar la habitabilidad, ya que modifica la dirección de la inclinación, no su grado. Sin embargo, la precesión tiende a acentuar las variaciones causadas por otras desviaciones orbitales; véanse los ciclos de Milankovitch . La precesión en la Tierra se produce en un ciclo de 26 000 años.

La Luna parece desempeñar un papel crucial en la moderación del clima terrestre al estabilizar la inclinación axial. Se ha sugerido que una inclinación caótica podría ser un factor determinante para la habitabilidad; es decir, un satélite del tamaño de la Luna no solo es útil, sino necesario para producir estabilidad. ^{[ 62 ]} Esta postura sigue siendo controvertida. ^{[ f ]}

En el caso de la Tierra, la Luna, al ser la única luna, tiene la masa suficiente y orbita de tal manera que contribuye significativamente a las mareas oceánicas , lo que a su vez favorece la dinámica agitación de los vastos océanos de agua líquida de la Tierra. Estas fuerzas lunares no solo ayudan a evitar el estancamiento de los océanos, sino que también desempeñan un papel fundamental en el clima dinámico de la Tierra. ^{[ 63 ] [ 64 ]}

Las concentraciones de radionúclidos en los mantos de los planetas rocosos podrían ser cruciales para la habitabilidad de planetas similares a la Tierra. Es probable que los planetas con mayores concentraciones carezcan de una dinamo persistente durante una fracción significativa de su vida, y aquellos con concentraciones más bajas podrían ser geológicamente inertes . Las dinamos planetarias crean campos magnéticos intensos que a menudo son necesarios para que la vida se desarrolle o persista, ya que protegen a los planetas de los vientos solares y la radiación cósmica . Los espectros de emisión electromagnética de las estrellas podrían utilizarse para identificar aquellas con mayor probabilidad de albergar planetas habitables similares a la Tierra. En 2020, se creía que los radionúclidos se producían mediante procesos estelares poco frecuentes, como la fusión de estrellas de neutrones . ^{[ 65 ] [ 66 ]}

Las características geológicas adicionales pueden ser factores esenciales o importantes en la habitabilidad de los cuerpos celestes naturales, incluyendo algunas que pueden influir en el calor y el campo magnético del cuerpo. Algunas de estas características son desconocidas o no se comprenden bien y están siendo investigadas por científicos planetarios , geoquímicos y otros. ^{[ 67 ]}

Una cualificación importante para los criterios de habitabilidad es que solo se requiere una pequeña porción de un planeta para sustentar la vida, un llamado Borde Ricitos de Oro o Gran Punto Prebiótico. Los astrobiólogos a menudo se preocupan por los "microambientes", señalando que "carecemos de una comprensión fundamental de cómo las fuerzas evolutivas, como la mutación , la selección y la deriva genética , operan en los microorganismos que actúan sobre y responden a los microambientes cambiantes". ^{[ 72 ]} Los extremófilos son organismos terrestres que viven en ambientes de nicho bajo condiciones severas generalmente consideradas hostiles a la vida. Por lo general (aunque no siempre) unicelulares, los extremófilos incluyen organismos alcalinófilos y acidófilos agudos y otros que pueden sobrevivir a temperaturas del agua superiores a 100  °C en chimeneas hidrotermales .

Se han identificado varias formas de vida multicelulares complejas (o eucariotas ) con potencial para sobrevivir en condiciones que podrían existir fuera de la zona habitable conservada. La energía geotérmica sustenta antiguos ecosistemas circunvalados, sustentando grandes formas de vida complejas como Riftia pachyptila . ^{[ 73 ]} Numerosos microorganismos han sido probados en condiciones simuladas y en órbita terrestre baja, incluidos eucariotas. Un ejemplo animal es Milnesium tardigradum , que puede soportar temperaturas extremas muy por encima del punto de ebullición del agua y el frío vacío del espacio exterior. ^{[ 74 ]} Un musgo del desierto, Syntrichia caninervis, es una de las pocas plantas que se cree que pueden sobrevivir en Marte. ^{[ 75 ] [ 76 ]} Además, se ha descubierto que los líquenes Rhizocarpon geographicum y Rusavskia elegans sobreviven en un entorno donde la presión atmosférica es demasiado baja para el agua líquida superficial y donde la energía radiante también es mucho menor que la que la mayoría de las plantas requieren para la fotosíntesis. ^{[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ]} Los hongos Cryomyces antarcticus y Cryomyces minteri también son capaces de sobrevivir y reproducirse en condiciones similares a las de Marte. ^{[ 79 ]}

El descubrimiento de vida en condiciones extremas ha complicado las definiciones de habitabilidad, pero también ha generado gran entusiasmo entre los investigadores al ampliar considerablemente el rango conocido de condiciones bajo las cuales la vida puede persistir. Por ejemplo, un planeta que de otro modo no podría sustentar una atmósfera dadas las condiciones solares en su entorno, podría hacerlo dentro de una profunda grieta sombreada o una cueva volcánica. ^{[ 80 ]} De manera similar, el terreno craterizado podría ofrecer un refugio para la vida primitiva. El cráter Lawn Hill se ha estudiado como un análogo astrobiológico, y los investigadores sugieren que el rápido relleno de sedimentos creó un microambiente protegido para organismos microbianos; condiciones similares podrían haber ocurrido a lo largo de la historia geológica de Marte . ^{[ 81 ]}

Los entornos terrestres que no pueden sustentar la vida siguen siendo instructivos para los astrobiólogos a la hora de definir los límites de lo que los organismos pueden soportar. El corazón del desierto de Atacama , generalmente considerado el lugar más seco de la Tierra, parece incapaz de sustentar la vida, y por ello ha sido objeto de estudio por parte de la NASA y la ESA : proporciona un análogo de Marte y los gradientes de humedad a lo largo de sus bordes son ideales para estudiar el límite entre la esterilidad y la habitabilidad. ^{[ 82 ]} El Atacama fue objeto de un estudio en 2003 que replicó parcialmente experimentos de los alunizajes Viking en Marte en la década de 1970; no se pudo recuperar ADN de dos muestras de suelo, y los experimentos de incubación también resultaron negativos para biofirmas . ^{[ 83 ]}

Los dos enfoques ecológicos actuales para predecir la habitabilidad potencial utilizan 19 o 20 factores ambientales, con énfasis en la disponibilidad de agua, la temperatura, la presencia de nutrientes, una fuente de energía y la protección contra la radiación ultravioleta solar y la radiación cósmica galáctica . ^{[ 84 ] [ 85 ]}

Las estimaciones típicas suelen sugerir que el 50 % o más de todos los sistemas estelares son sistemas binarios . Esto puede deberse en parte a un sesgo de muestreo, ya que las estrellas masivas y brillantes tienden a estar en sistemas binarios, y estos son los más fáciles de observar y catalogar; un análisis más preciso ha sugerido que las estrellas más débiles y comunes suelen ser singulares, y que, por lo tanto, hasta dos tercios de todos los sistemas estelares son solitarios. ^{[ 91 ]}

La separación entre las estrellas de un sistema binario puede variar desde menos de una unidad astronómica (UA, la distancia media Tierra-Sol) hasta varios cientos. En estos últimos casos, los efectos gravitacionales serán insignificantes en un planeta que orbita una estrella que, de otro modo, sería adecuada, y el potencial de habitabilidad no se verá afectado a menos que la órbita sea muy excéntrica. Sin embargo, cuando la separación es significativamente menor, una órbita estable puede ser imposible. Si la distancia de un planeta a su estrella primaria supera aproximadamente una quinta parte de la aproximación más cercana de la otra estrella, la estabilidad orbital no está garantizada. ^{[ 92 ]} Durante mucho tiempo, no estuvo claro si los planetas podrían formarse en sistemas binarios, dado que las fuerzas gravitacionales podrían interferir con la formación planetaria. El trabajo teórico de Alan Boss en la Institución Carnegie ha demostrado que los gigantes gaseosos pueden formarse alrededor de estrellas en sistemas binarios de forma similar a como lo hacen alrededor de estrellas solitarias. ^{[ 93 ]}

Un estudio de Alfa Centauri , el sistema estelar más cercano al Sol, sugirió que no es necesario descartar los sistemas binarios en la búsqueda de planetas habitables. Centauri A y B tienen una  distancia de 11 UA en su punto más cercano (23  UA de media), y ambos deberían tener zonas habitables estables. Un estudio de la estabilidad orbital a largo plazo para planetas simulados dentro del sistema muestra que los planetas dentro de aproximadamente tres  UA de cualquiera de las estrellas pueden permanecer bastante estables (es decir, el semieje mayor se desvía menos del 5 % durante 32  000 períodos binarios). La zona habitable continua (ZHC durante 4500 millones de años) para Centauri A se estima de forma conservadora entre 1,2 y 1,3  UA y para Centauri B entre 0,73 y 0,74, bien dentro de la región estable en ambos casos. ^{[ 94 ]}

Las estrellas de tipo M también se consideran posibles anfitrionas de exoplanetas habitables, incluso aquellas con llamaradas como Proxima b. Determinar la habitabilidad de las estrellas enanas rojas podría ayudar a determinar cuán común es la vida en el universo, ya que las enanas rojas constituyen entre el 70 y el 90 % de todas las estrellas de la galaxia. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las estrellas con llamaradas podrían reducir considerablemente la habitabilidad de los exoplanetas al erosionar su atmósfera. ^{[ 95 ]}

Durante muchos años, los astrónomos descartaron las enanas rojas como posibles moradas para la vida. Su pequeño tamaño (de 0,08 a 0,45 masas solares) implica que sus reacciones nucleares se producen de forma excepcionalmente lenta y emiten muy poca luz (desde el 3 % de la producida por el Sol hasta tan solo el 0,01 %). Cualquier planeta en órbita alrededor de una enana roja tendría que agruparse muy cerca de su estrella madre para alcanzar temperaturas superficiales similares a las de la Tierra; desde 0,3 UA (justo dentro de la órbita de Mercurio ) para una estrella como Lacaille 8760 , hasta tan solo 0,032 UA para una estrella como Proxima Centauri ^{[ 96 ]} (un mundo así tendría un año de apenas 6,3 días). A esas distancias, la gravedad de la estrella provocaría un acoplamiento de marea. Un lado del planeta miraría eternamente hacia la estrella, mientras que el otro siempre miraría en dirección opuesta. Las únicas maneras en que la vida potencial podría evitar un infierno o una congelación profunda serían si el planeta tuviera una atmósfera lo suficientemente densa como para transferir el calor de la estrella del lado diurno al nocturno, o si hubiera un gigante gaseoso en la zona habitable, con una luna habitable , que estaría ligada al planeta en lugar de a la estrella, permitiendo una distribución más uniforme de la radiación sobre la luna. Durante mucho tiempo se asumió que una atmósfera tan densa impediría que la luz solar llegara a la superficie, impidiendo así la fotosíntesis .

Este pesimismo se ha visto atenuado por la investigación. Estudios realizados por Robert Haberle y Manoj Joshi del Centro _de Investigación Ames de la NASA en California han demostrado que la atmósfera de un planeta (suponiendo que incluyera los gases de efecto invernadero CO₂ y _H₂O ) solo necesita tener 100 milibares (0,10 atm ) para que el calor de la estrella se transporte eficazmente al lado nocturno. ^{[ 97 ]} Esto se encuentra dentro de los niveles requeridos para la fotosíntesis, aunque el agua permanecería congelada en el lado oscuro en algunos de sus modelos. Martin Heath, del Greenwich Community College , ha demostrado que el agua de mar también podría circular eficazmente sin congelarse por completo si las cuencas oceánicas fueran lo suficientemente profundas como para permitir el libre flujo bajo el casquete polar del lado nocturno. Investigaciones posteriores, que incluyen la consideración de la cantidad de radiación fotosintéticamente activa, sugieren que los planetas con rotación sincrónica en sistemas de enanas rojas podrían ser, al menos, habitables para plantas superiores. ^{[ 98 ]} 

Algunas estrellas de tipo A y B con discos protoplanetarios (especialmente las estrellas Herbig Ae/Be ) pueden formar planetas habitables. La vida útil de la estrella es corta, pero la zona habitable es amplia, por lo que es posible que los planetas se vuelvan habitables durante un breve período (de unos miles o un millón de años). Para ver la lista de estrellas de tipo A y B con discos protoplanetarios, consulte Estrella de secuencia principal de tipo A y Estrella de secuencia principal de tipo B.

Investigaciones recientes sugieren que las estrellas muy grandes, de más de ~100 masas solares, podrían tener sistemas planetarios compuestos por cientos de planetas del tamaño de Mercurio dentro de la zona habitable. Dichos sistemas también podrían contener enanas marrones y estrellas de baja masa (~0,1–0,3 masas solares). ^{[ 106 ]} Sin embargo, la corta vida útil de las estrellas de más de unas pocas masas solares apenas permitiría que un planeta se enfriara, y mucho menos el tiempo necesario para que se desarrollara una biosfera estable. Por lo tanto, las estrellas masivas quedan descartadas como posibles moradas para la vida. ^{[ 107 ]}

Sin embargo, un sistema estelar masivo podría ser progenitor de vida de otra manera: mediante la explosión de supernova de la estrella masiva en la parte central del sistema. Esta supernova dispersará elementos más pesados ​​en su entorno, generados durante la fase en que la estrella masiva se ha alejado de la secuencia principal. Los sistemas de las posibles estrellas de baja masa (que aún se encuentran en la secuencia principal) dentro del antiguo sistema estelar masivo podrían enriquecerse con la cantidad relativamente grande de elementos pesados ​​tan cerca de una explosión de supernova. No obstante, esto no aclara qué tipos de planetas se formarían como resultado del material de la supernova, ni cuál sería su potencial de habitabilidad.

Si bien la mayoría de las investigaciones sobre vida extraterrestre parten de la premisa de que las formas de vida avanzadas deben tener requisitos para la vida similares a los de la Tierra, la hipótesis de otros tipos de bioquímica sugiere la posibilidad de que las formas de vida evolucionen en torno a un mecanismo metabólico diferente. En Evolving the Alien , el biólogo Jack Cohen y el matemático Ian Stewart argumentan que la astrobiología , basada en la hipótesis de la Tierra Rara , es restrictiva y carece de imaginación. Sugieren que los planetas similares a la Tierra pueden ser muy raros, pero que la vida compleja no basada en el carbono podría surgir en otros entornos. La alternativa al carbono más mencionada es la vida basada en el silicio , mientras que el amoníaco y los hidrocarburos se sugieren a veces como disolventes alternativos al agua. El astrobiólogo Dirk Schulze-Makuch y otros científicos han propuesto un Índice de Habitabilidad Planetaria cuyos criterios incluyen el "potencial para contener un disolvente líquido" que no necesariamente se limita al agua. ^{[ 112 ] [ 113 ]}

Ideas más especulativas se han centrado en cuerpos completamente diferentes de planetas similares a la Tierra. El astrónomo Frank Drake , un conocido defensor de la búsqueda de vida extraterrestre , imaginó vida en una estrella de neutrones : "moléculas nucleares" submicroscópicas que se combinan para formar criaturas con un ciclo de vida millones de veces más rápido que la vida en la Tierra. ^{[ 114 ]} Calificada de "imaginativa e irónica", la idea dio lugar a representaciones de ciencia ficción. ^{[ 115 ]} Carl Sagan , otro optimista con respecto a la vida extraterrestre, consideró la posibilidad de organismos que siempre están en el aire dentro de la alta atmósfera de Júpiter en un artículo de 1976. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Cohen y Stewart también imaginaron vida tanto en un entorno solar como en la atmósfera de un gigante gaseoso.

Los "buenos Júpiter" son gigantes gaseosos, como el Júpiter del Sistema Solar , que orbitan sus estrellas en órbitas circulares lo suficientemente lejos de la zona habitable como para no perturbarla, pero lo suficientemente cerca como para "proteger" a los planetas terrestres en órbitas más cercanas de dos maneras cruciales. Primero, ayudan a estabilizar las órbitas y, por lo tanto, los climas de los planetas interiores. Segundo, mantienen el sistema estelar interior relativamente libre de cometas y asteroides que podrían causar impactos devastadores. ^{[ 116 ]} Júpiter orbita el Sol a unas cinco veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Esta es la distancia aproximada a la que deberíamos esperar encontrar buenos Júpiter en otros lugares. El papel de "cuidador" de Júpiter quedó dramáticamente ilustrado en 1994 cuando el cometa Shoemaker-Levy 9 impactó al gigante.

Sin embargo, la evidencia no es tan clara. Las investigaciones han demostrado que el papel de Júpiter en la determinación de la frecuencia con la que los objetos impactan la Tierra es significativamente más complejo de lo que se pensaba. ^{[ 117 ] [ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]}

El papel de Júpiter en la historia temprana del Sistema Solar está algo mejor establecido y es fuente de mucho menos debate. ^{[ 121 ] [ 122 ]} En los inicios de la historia del Sistema Solar, se acepta que Júpiter desempeñó un papel importante en la hidratación de nuestro planeta: aumentó la excentricidad de las órbitas del cinturón de asteroides y permitió que muchos cruzaran la órbita de la Tierra y suministraran al planeta volátiles importantes como agua y dióxido de carbono. Antes de que la Tierra alcanzara la mitad de su masa actual, los cuerpos helados de la región de Júpiter-Saturno y los cuerpos pequeños del cinturón de asteroides primordial suministraron agua a la Tierra debido a la dispersión gravitacional de Júpiter y, en menor medida, de Saturno . ^{[ 123 ]} Así, mientras que los gigantes gaseosos son ahora protectores útiles, alguna vez fueron proveedores de material crítico para la habitabilidad.

Por el contrario, los cuerpos del tamaño de Júpiter que orbitan demasiado cerca de la zona habitable pero no dentro de ella (como en 47 Ursae Majoris ), o que tienen una órbita altamente elíptica que cruza la zona habitable (como 16 Cygni B ), hacen muy difícil que exista un planeta independiente similar a la Tierra en el sistema. Véase la discusión sobre una zona habitable estable más arriba. Sin embargo, durante el proceso de migración a una zona habitable, un planeta del tamaño de Júpiter puede capturar un planeta terrestre como una luna. Incluso si dicho planeta está inicialmente débilmente ligado y sigue una órbita fuertemente inclinada, las interacciones gravitacionales con la estrella pueden estabilizar la nueva luna en una órbita circular cercana que es coplanar con la órbita del planeta alrededor de la estrella. ^{[ 124 ]}

Un complemento a los factores que apoyan el surgimiento de la vida es la noción de que la vida misma, una vez formada, se convierte en un factor de habitabilidad por derecho propio. Un ejemplo importante en la Tierra fue la producción de oxígeno molecular ( O₂) .₂ ) porcianobacteriasy, finalmente, plantas fotosintéticas, lo que provocó un cambio radical en la composición de la atmósfera terrestre. Este cambio ambiental se denominaGran Evento de Oxidación. Este oxígeno resultó fundamental para larespiraciónde especies animales posteriores. Lahipótesis de Gaia, un modelo científico de la geobiosfera desarrollado porJames Lovelocken 1975, sostiene que la vida en su conjunto fomenta y mantiene condiciones adecuadas para sí misma al contribuir a la creación de un entorno planetario propicio para su continuidad. De manera similar,David Grinspoonha sugerido una «hipótesis de mundos vivos» en la que nuestra comprensión de lo que constituye la habitabilidad no puede separarse de la vida ya existente en un planeta. Los planetas que están vivos geológica y meteorológicamente tienen muchas más probabilidades de estar también biológicamente vivos y «un planeta y su vida coevolucionarán». ^{[ 125 ]} Esta es la base de laciencia del sistema terrestre.

En 2020, una simulación por computadora de la evolución de los climas planetarios durante 3 mil millones de años sugirió que la retroalimentación es una condición necesaria pero insuficiente para evitar que los planetas se vuelvan demasiado calientes o fríos para la vida. El azar también juega un papel crucial. ^{[ 126 ] [ 127 ]} Consideraciones relacionadas incluyen factores aún desconocidos que influyen en la habitabilidad térmica de los planetas, como el "mecanismo (o mecanismos) de retroalimentación que impide que el clima se desvíe hacia temperaturas fatales". ^{[ 128 ]}