La Tierra podría haber perdido el escudo protector del Sol hace millones de años
Investigaciones financiadas por la NASA sugieren que el clima de la Tierra fue influenciado por el viaje del Sol a través de densas regiones de la Vía Láctea y sus violentas superflares en el pasado.
FOTO: El Sol y su influencia en la Tierra
El Sol no solo proporciona luz y calor a la Tierra. Dos recientes estudios financiados por la NASA sugieren que eventos del pasado del Sol podrían haber influido en el clima de la Tierra de maneras inesperadas, ayudando a impulsar antiguos cambios de temperatura y manteniendo al joven planeta lo suficientemente cálido para permitir la existencia de agua líquida y posiblemente vida.
Un estudio del centro SHIELD (Solar Wind with Hydrogen Ion charge Exchange and Large-Scale Dynamics) de NASA, uno de los Centros de Ciencia DRIVE (Diversify, Realize, Integrate, Venture, Educate), examinó cómo se movió la heliosfera a través de la Vía Láctea a lo largo del tiempo. La heliosfera es la vasta burbuja protectora producida por el Sol que rodea al sistema solar. Los investigadores encontraron que los cambios en el entorno galáctico alrededor de esta burbuja podrían haber afectado las condiciones en la Tierra.
Un estudio separado, liderado por un científico de NASA, explora otro antiguo enigma: cómo un Sol joven, mucho más tenue, pudo haber mantenido a la Tierra cálida. Los hallazgos sugieren que poderosas erupciones solares pudieron haber ayudado a generar gases de efecto invernadero en la atmósfera primitiva de la Tierra.
El Viaje del Sol a Través de la Vía Láctea
El clima de la Tierra ha cambiado drásticamente a lo largo de decenas de millones de años. En varios momentos, las grandes eras de hielo redujeron temporalmente las temperaturas globales en varios grados, mientras que otros períodos trajeron oscilaciones repetidas entre condiciones más cálidas y más frías.
Los científicos han investigado tradicionalmente cambios en la órbita de la Tierra, niveles de gases de efecto invernadero, cobertura de hielo y otros factores planetarios para entender estos cambios. La nueva investigación sugiere que los cambios en el entorno espacial que rodea al Sol también pudieron haber jugado un papel importante.
El sistema solar está encerrado dentro de una región protectora creada por el Sol, de manera similar a cómo la Tierra está rodeada por una atmósfera. Esta región, llamada heliosfera, se forma a medida que las partículas cargadas en el viento solar fluyen continuamente hacia afuera desde el Sol en todas direcciones.
Reconstruyendo el Camino Galáctico del Sol
La heliosfera completa viaja alrededor del centro de la Vía Láctea. Durante la vida de 4.6 mil millones de años del Sol, el sistema solar ha atravesado muchos entornos galácticos diferentes.
En un estudio publicado el 21 de agosto en Annual Review of Astronomy and Astrophysics, investigadores del centro SHIELD de NASA utilizaron simulaciones por computadora para reconstruir la trayectoria pasada de la heliosfera a través de la galaxia. Sus resultados sugieren que algunas de las regiones que el sistema solar encontró pudieron haber producido cambios medibles en la Tierra.
Merav Opher, investigadora principal de SHIELD en la Universidad de Boston, y sus colegas simularon encuentros entre el sistema solar y regiones extremadamente frías llenas de gas y polvo. Su trabajo indica que el Sol atravesó tales entornos al menos tres veces durante los últimos millones de años.
Durante estos encuentros, enormes "nubes frías" interestelares pudieron haber presionado contra la heliosfera con suficiente fuerza como para comprimirla drásticamente. Según las simulaciones, la heliosfera pudo haber disminuido en ocasiones a un tamaño más pequeño que la órbita de la Tierra, dejando temporalmente a nuestro planeta fuera de la burbuja protectora del Sol.
Cuándo Podría Haber Perdido la Tierra su Escudo Solar
Los encuentros modelados ocurrieron aproximadamente hace 2 a 3 millones de años, 6 a 7 millones de años y 13 a 14 millones de años. Si la heliosfera se contrajo como sugieren las simulaciones, la atmósfera de la Tierra habría estado expuesta directamente a un entorno interestelar muy diferente durante esos períodos.
El momento también coincide con evidencia geológica. Elementos comúnmente asociados con polvo interestelar han sido encontrados en núcleos de sedimentos de aguas profundas, nieve de la Antártida y muestras de la Luna que corresponden a estos períodos de tiempo.
Estos episodios de colapso de la heliosfera podrían también ayudar a explicar algunos patrones climáticos antiguos.
En las simulaciones, exponer la atmósfera de la Tierra a una densa nube fría de hidrógeno galáctico aumentó el vapor de agua atmosférico y cambió las condiciones en la atmósfera superior. Esos efectos eventualmente influyeron en las condiciones más cercanas a la superficie de la Tierra.
Los resultados plantean la posibilidad de que los pasajes del sistema solar a través de partes más frías de la Vía Láctea contribuyeron a algunos cambios climáticos a largo plazo en la Tierra, potencialmente incluyendo las eras de hielo.
Construyendo un Gemelo Digital de la Heliosfera
NASA financia SHIELD como uno de varios centros diseñados para avanzar en el estudio de la heliofísica. Como un Centro de Ciencia DRIVE, SHIELD reúne a investigadores de diferentes áreas de especialización, métodos y perspectivas científicas.
Uno de los objetivos del centro es construir un modelo detallado, o "gemelo digital", de la heliosfera. Este modelo podría ayudar a los científicos a comprender mejor cómo responde la burbuja protectora del Sol cuando encuentra características como densas nubes interestelares.
Estudiar la historia y estructura de nuestro sistema solar habitable también podría proporcionar pistas sobre cómo la vida evolucionó en la Tierra. En el futuro, ese conocimiento podría ayudar a los investigadores a identificar otros sistemas estelares capaces de soportar mundos habitables.
El Misterio del Tenue Sol Joven
Un segundo estudio se centra en un problema diferente relacionado con la historia temprana del Sol.
Vladimir Airapetian, un científico en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y sus colaboradores investigaron cómo la Tierra primitiva logró permanecer lo suficientemente cálida para tener agua líquida cuando el joven Sol producía mucho menos energía que hoy.
Hace aproximadamente tres mil millones de años, el Sol era solo un 70% tan brillante como lo es ahora. Basado en esa reducción de salida, la Tierra debería haber estado teóricamente congelada.
Sin embargo, la evidencia geológica cuenta una historia diferente. Agua líquida estable existió en la Tierra mucho antes de eso. La contradicción entre una Tierra temprana relativamente cálida y un Sol más frío y tenue es conocida como la paradoja del Tenue Sol Joven.
Un Sol Joven Violento Podría Sostener la Respuesta
Los científicos podrían encontrar pistas examinando estrellas jóvenes en la Vía Láctea que se asemejan al Sol temprano.
Estas estrellas "niñas" son mucho más activas que las estrellas maduras. Observaciones del telescopio espacial Kepler de NASA muestran que las estrellas similares al Sol pueden producir enormes superflares a diario, enviando partículas de alta energía a través del espacio.
Si el joven Sol se comportó de manera similar, propone Airapetian, estas partículas energéticas podrían haber desencadenado reacciones químicas en la atmósfera de la Tierra que ayudaron a calentar el planeta.
Para probar esa idea, el equipo de Airapetian recreó condiciones que se pensaban semejantes a la atmósfera de la Tierra primitiva dentro de una cámara sellada. Los investigadores combinaron nitrógeno molecular, amoníaco, dióxido de carbono y monóxido de carbono.
A continuación, bombardearon la mezcla de gases con protones para imitar el flujo de partículas energéticas generadas por los superflares solares.
Los Superflares Podrían Haber Creado un Potente Gas de Efecto Invernadero
El bombardeo simulado de partículas produjo varios cambios químicos, incluida la formación de óxido nitroso. El óxido nitroso es un gas de efecto invernadero aproximadamente 300 veces más potente que el dióxido de carbono. El estudio fue publicado en The Astrophysical Journal Letters.
Ese óxido nitroso podría haber ayudado a la Tierra primitiva a retener calor.
No todo el gas habría permanecido en la atmósfera, sin embargo. La intensa radiación ultravioleta del joven Sol habría descompuesto algunas moléculas de óxido nitroso, separándolas de nuevo en nitrógeno y oxígeno.
Aun así, los investigadores encontraron que podría no haber sido necesario un gran volumen de óxido nitroso.
Las simulaciones por computadora mostraron que si solo el 10% del óxido nitroso producido en el experimento de laboratorio sobrevivía, podría haber elevado las temperaturas cerca del ecuador de la Tierra a alrededor de 41 grados Fahrenheit (5 grados Celsius). Eso habría mantenido las temperaturas por encima del punto de congelación del agua.
Condiciones que Podrían Haber Favorecido la Vida Temprana
Una Tierra más fría pero no congelada podría haber ofrecido otra ventaja.
La menor cantidad de óxido nitroso que sobrevivió podría haber apoyado reacciones químicas prebióticas. La investigación ha encontrado que temperaturas ligeramente por encima del punto de congelación pueden ser más efectivas que condiciones más cálidas para ensamblar cadenas complejas de aminoácidos.
Esto significa que la actividad violenta del joven Sol podría haber hecho más que evitar que la Tierra se congelara. También podría haber ayudado a crear condiciones ambientales favorables para la química que precedió a la vida.
Cómo el Sol Ayudó a Modelar la Tierra
Juntos, los dos estudios destacan cuán profundamente está conectada la historia de la Tierra con la del Sol.
El movimiento del sistema solar a través de la Vía Láctea pudo haber expuesto a la Tierra a entornos interestelares cambiantes capaces de influir en su clima. Miles de millones de años antes, la intensa actividad del joven Sol pudo haber ayudado a calentar el planeta cuando la luz solar por sí sola no debería haber sido suficiente.
La Tierra es inusual en muchos aspectos, pero nunca ha existido en aislamiento. Se formó dentro de un sistema estelar-planetario más grande y ha permanecido estrechamente conectada al comportamiento y entorno cambiantes del Sol a lo largo de su historia.
Comprender esa relación podría revelar nuevas pistas sobre el clima de la Tierra, la evolución de la vida y las condiciones que podrían hacer que otros sistemas planetarios sean habitables.
