Sol

Un ejemplo de un problema de calor para el pensamiento a largo plazo que afecta a la Tierra y al Sol suele conocerse como la paradoja del Sol joven y débil. Los evolucionistas creen que la primera célula viva se formó a partir de sustancias químicas en la Tierra primitiva hace unos 3.800 millones de años. 

En ese momento del ciclo de vida del Sol, habría emitido alrededor de un 30% menos de energía luminosa que hoy, y la Tierra habría estado mucho más fría. La Tierra probablemente habría parecido una bola de hielo en lugar de como se ve hoy. Por tanto, no sería probable que la vida sobreviviera o evolucionara.

Pero este problema desaparece cuando sabemos que la tierra solo tiene miles de años, así como el sol, fue creado esencialmente tal como es hoy y no habría cambiado mucho en 6.000 años.

Durante muchos años, los científicos planetarios y los científicos de la Tierra han debatido lo que se denomina la «paradoja del sol débil y joven». 

La luminosidad del Sol aumenta gradualmente con el tiempo y, si se proyecta más atrás de unos 2.000 millones de años, la Tierra recibiría mucha menos energía del Sol. 

La menor luminosidad del sol podría congelar toda la superficie de la Tierra. 

Según una fuente reciente que analiza las variaciones de la luminosidad solar, ésta era un 15% inferior hace 2 millones de años antes del presente, un 20% en 3 millones de años y alcanzaba un mínimo del 26% inferior a la luminosidad actual en torno a 4,2 millones de años.

Carl Sagan estimó que la luminosidad era aproximadamente un 40% inferior a la actual en torno a 4,5 millones de años.

Surgen las preguntas «¿Cómo pudo formarse la vida?» y «¿Cómo sobrevivió la vida?» a ese entorno tan frío.

Efecto invernadero

Sagan abordó el tema del sol sugiriendo que el amoníaco de la atmósfera de la Tierra primitiva habría potenciado el efecto invernadero y mantenido caliente la Tierra, de forma similar a como se mantiene caliente la espesa atmósfera de Venus. 

Los científicos han estudiado diversas variaciones de la idea de Sagan, como que la atmósfera tuviera mayores concentraciones de metano y dióxido de carbono.

La respuesta generalmente aceptada hoy en día en la comunidad científica a la paradoja del Sol joven sigue siendo que la atmósfera terrestre fue en su día más densa que la actual y experimentó un mayor efecto invernadero que la mantuvo caliente durante posiblemente decenas de millones de años, desde luego que esta teoría es muy falible.

Por lo tanto, esta respuesta al problema del Sol joven aplica la ciencia atmosférica. La idea original de Sagan es improbable, ya que el amoníaco es muy susceptible a la destrucción por la radiación ultravioleta.

El metano, además de estar expuesto a la radiación ultravioleta, también tiende a formar neblinas orgánicas que reducen los niveles de luz. 

En el efecto invernadero, si una sustancia como el metano tiene una mayor concentración, esto aumenta el calentamiento del invernadero; pero si la concentración es demasiado alta, las neblinas comienzan a enfriar la Tierra debido a los menores niveles de luz.

También se han considerado concentraciones de dióxido de carbono mucho mayores que las actuales.

Una dificultad importante con el dióxido de carbono y el Sol joven es que tiende a causar una mayor nubosidad, lo que enfría la Tierra.

Los científicos que han trabajado en este problema generalmente han concluido que el dióxido de carbono, el metano y el amoníaco en la atmósfera primitiva de la Tierra probablemente no sean explicaciones adecuadas de la paradoja del Sol joven. 

Dificultades basadas en el movimiento planetario
Existen otras explicaciones propuestas para el problema del Sol joven desde la ciencia planetaria. 

Una de ellas es que nuestro Sol era aproximadamente un 7 % más masivo en el pasado.

Cuando era más masivo, su radiación a la Tierra habría sido ligeramente mayor.

El reconocido astrónomo planetario de la Universidad de Purdue, Dr. David Minton, ha abordado recientemente algunas de las dificultades de este escenario.

La principal objeción podría ser que no se observa que las estrellas jóvenes similares a nuestro Sol estén perdiendo masa a las altas tasas que este modelo requeriría. 

Nuestro Sol tendría que perder masa a un ritmo acelerado durante un período muy prolongado, superior a 2 000 millones de años.

Es cierto que se observa que algunas estrellas aparentemente pasan por etapas de pérdida de masa a un ritmo mayor, como debido a un viento solar más intenso o a eyecciones de masa coronal. 

Pero parece improbable que nuestro Sol pudiera experimentar una pérdida de masa de esta magnitud y asentarse en el Sol actual del que nos beneficiamos.

Nueva respuesta a la paradoja

Minton ha propuesto recientemente una nueva respuesta a la paradoja del sol joven, sugiriendo que la Tierra estuvo alguna vez aproximadamente un 6 % más cerca del Sol y migró hacia afuera hasta su órbita actual. 

La migración planetaria es ahora una teoría ampliamente aceptada en la ciencia planetaria y se ha aplicado para explicar el origen y la historia de muchos sistemas planetarios extrasolares. 

Se han propuesto tres tipos de mecanismos para la migración planetaria. 

El primero es, esencialmente, que el disco de polvo protoplanetario provoca la migración del planeta. 

Los científicos creen que tanto la migración hacia adentro como hacia afuera es posible, dependiendo del escenario. 

El segundo mecanismo, propuesto más recientemente, es que un disco masivo de planetesimales podría provocar la migración de un planeta.

El tercero sugiere que otro planeta (o posiblemente otra estrella en algunos sistemas) podría provocar la migración de un planeta. 

Es la tercera de estas posibilidades la que Minton sugiere para provocar el cambio en la órbita de la Tierra. 

La idea aún no se ha desarrollado completamente en detalle y, al parecer, Minton aún no ha publicado un artículo al respecto.

Minton parece bastante indeciso sobre esta propuesta, a juzgar por su presentación en su vídeo disponible en internet.

El escenario más probable para la migración de la Tierra sería algo como lo siguiente: Mercurio, Venus y la Tierra se forman cerca de donde se encuentran actualmente, pero un cuarto planeta rocoso sin nombre se forma en algún lugar cerca de la Tierra o Venus. 

Este cuarto planeta rocoso colisiona con Venus. 

Venus se ve alterado en cierta medida por la colisión y se reestructura a partir de los escombros; posteriormente, también resurge debido al vulcanismo. 

Presumiblemente, la órbita de la tierra se vería obligada a migrar hacia afuera debido al paso del cuarto planeta cerca de la tierra antes de llegar con Venus. 

Otra posibilidad es que el cuarto planeta estuviera en una órbita elíptica que cruzara las órbitas de Venus y la tierra. 

Planetas relativamente próximos como este también podrían afectarse entre sí mediante resonancias orbitales. 

Por lo tanto, son concebibles varios escenarios similares. 

Minton calcula que si la tierra estuviera solo un 6 % más cerca del Sol en su semieje mayor, esto aumentaría la radiación sobre la tierra, con el Sol tal como está hoy, lo que permitiría la presencia de agua líquida en la tierra. 

En su presentación, Minton reconoce que esta idea podría ser más cercana a la ciencia ficción que a la ciencia real. 

Sin embargo, una modificación de la órbita terrestre de un pequeño porcentaje no parece demasiado improbable desde la perspectiva de la mecánica celeste, cuando se cree en un sistema solar antiguo y se permiten solo procesos naturales para explicar sus orígenes. 

El diseño intencionado del sistema solar como un refugio seguro para la vida no suele considerarse en la ciencia planetaria. 

Considerando la gran variedad de sistemas solares planetarios extrasolares descubiertos en la actualidad, este enfoque podría parecer, para algunos, una aplicación lógica de las ideas actuales a nuestro propio planeta. 

Pero ¿cuáles son algunas de las posibles dificultades con la migración de la órbita terrestre?

Primero, ¿qué sucedería con la Luna? Cuando un planeta tiene una luna como la Tierra, cualquier cambio en la órbita terrestre también afectaría significativamente el movimiento de la Luna. 

La Luna podría salirse de su órbita, especialmente si el cuarto planeta se acercara a ella. 

La Luna también podría adoptar una órbita más elíptica alrededor de la Tierra.

 Suponiendo que la Luna permaneciera en órbita, los cambios de marea en la Tierra causados por los cambios orbitales lunares podrían ser muy drásticos. 

Incluso es posible que la Luna colisione con la Tierra como resultado de este tipo de evento. 

La órbita lunar también podría experimentar diversas oscilaciones que podrían perdurar hasta la actualidad. 

De hecho, los científicos han debatido por qué la Luna tiene la órbita única que recorre alrededor de la Tierra. 

Al parecer, Minton aún no ha estudiado a fondo este aspecto de la idea de la migración terrestre. El efecto de la migración terrestre en la Luna podría tener importantes consecuencias para la vida en la Tierra.

Otra pregunta importante sobre el escenario de Minton se refiere a la cronología y la relación con la historia temprana de la Tierra. 

Los científicos generalmente creen que la Tierra se formó hace más de 4,5 millones de millones y que la vida evolucionó posiblemente hace más de 3 millones de millones.

 Minton parece situar la colisión de Venus y el evento de dispersión terrestre en, como muy tarde, alrededor de 1 millón de millones.

 Esto lo sitúa mucho después de que la nebulosa solar se disipara y la intensa craterización ocurriera en el sistema solar primitivo, según los modelos evolutivos. 

También sitúa el evento mucho después del supuesto impacto de un objeto del tamaño de Marte con la Tierra, que se cree formó la Luna. 

Se cree que este impacto que dio origen a la Luna ocurrió antes de que la Tierra tuviera 100 millones de años. 

La colisión con Venus y la dispersión terrestre propuestas también ocurrirían mucho después del origen de la vida en la Tierra. 

Aparentemente, según el enfoque de Minton, la Tierra probablemente sería lo suficientemente cálida como para que existiera agua líquida en la superficie desde hace 3 a 1 millón de años, o hasta que la órbita terrestre se asentara en su configuración actual.

 ¿Qué hay del aumento de la luminosidad del Sol antes del impacto con Venus? 

Antes de que la Tierra migrara, pudo haber tenido que soportar cambios de temperatura significativos con respecto a la luminosidad del Sol durante aproximadamente 2,5 millones de años.

La migración de la órbita terrestre debido a la influencia gravitacional de un planeta perdido puede parecer ciencia ficción. 

Sin embargo, los modelos de origen planetario actuales exploran seriamente estas ideas.

En sistemas planetarios fuera de la Tierra, los planetas pueden ser menos estables de alguna manera que en nuestro sistema solar.

 Por lo tanto, los científicos planetarios aceptan la posibilidad de que en los procesos multimillonarios de formación de un sistema solar, se pudieran formar algunos planetas que sean destruidos o expulsados del sistema. 

Ahora existe alguna posible evidencia observacional de unos pocos exoplanetas errantes a la deriva en el espacio, no ligados gravitacionalmente a ninguna estrella.

Se cree que estos objetos «flotantes» se formaron en un sistema solar, pero fueron expulsados, probablemente por interacciones con otros planetas o posiblemente estrellas en sistemas estelares binarios o trinarios. 

Entonces, a la luz de la investigación de planetas extrasolares, los astrónomos no consideran fuera del ámbito de la posibilidad proponer que un planeta podría haber existido en nuestro propio sistema que ya no está presente hoy en día.

Aun así, esto requiere creer en un planeta para el cual no hay evidencia observacional. Además, la verdadera prueba de la idea es la pregunta de si, si ocurriera un evento de dispersión planetaria, ¿cómo podrían la Tierra, la Luna y Venus estar en sus órbitas actuales?

Eventos de dispersión como este probablemente no dejarían planetas restantes en órbitas circulares tan regulares como las de la Tierra, Venus y la Luna. 

En el caso de Venus, tras la colisión, sin duda habría gas y polvo presentes alrededor de la región de su órbita, lo que podría redondear la órbita de la Venus reformada. Por otro lado, este material podría disiparse antes de que la órbita de Venus se redondeara lo suficiente. 

La órbita de Venus tiene actualmente una excentricidad de 0,007, casi un círculo perfecto. La Luna también tiene una órbita casi circular, con una excentricidad de tan solo 0,055. Una excentricidad tan baja para Venus no parece sugerir un evento catastrófico significativo en el pasado.

Sin embargo, cabe destacar que la órbita La excentricidad orbital no es constante. 

En el caso de nuestra Luna, es posible que impactos pasados hayan causado oscilaciones en la órbita, aunque no está claro si existe evidencia observacional de ello. 

El mismo efecto en la Tierra requeriría que un objeto más grande impactara o pasara cerca de ella. 

La excentricidad orbital de la Tierra varía a lo largo de miles de años, pero generalmente se cree que sus variaciones se deben a las atracciones gravitacionales de Júpiter y Saturno.

Por lo tanto, las oscilaciones orbitales no implican necesariamente un cambio importante en la órbita de un planeta en el pasado a partir de un evento de dispersión planetaria. Un cambio del 6% en la órbita terrestre implica que esta se desplazaría aproximadamente 9 millones de kilómetros. 

Esto es mucho más que una oscilación menor. Al parecer, Minton aún no ha publicado un modelo específico en una publicación científica sobre su propuesta de migración terrestre. Si se presentara un escenario específico para la migración terrestre, tal vez podría evaluarse en relación con las variaciones orbitales de Venus y la Tierra. 

Sin embargo, parece haber ninguna razón convincente para creer que las órbitas de Venus o la Tierra hayan cambiado significativamente desde su creación.

Continuan tratando de comprender cómo pudo ser posible que la abiogénesis se formara en un ambiente completamente frío y además con todas las demás condiciones prebióticas desfavorables.