Situado en el centro de nuestro sistema solar, el Sol ejerce su influencia sobre todos los planetas que lo orbitan. En dos estudios recientes financiados por la NASA, los científicos han revelado cómo algunos acontecimientos en el pasado remoto de la historia del Sol pudieron haber contribuido a crear el clima único de la Tierra e impulsado cambios en el clima que hasta ahora no tenían explicación.
En una nueva investigación, los científicos del centro dedicado al estudio del Viento Solar, el Intercambio de Carga de Iones de Hidrógeno y la Dinámica a Gran Escala (SHIELD, por su acrónimo en inglés) de la NASA rastrearon la trayectoria de la heliosfera, la burbuja gigante creada por nuestro Sol que envuelve el sistema solar, a medida que esta se desplazaba por la galaxia e influía en el clima de la Tierra durante su recorrido. SHIELD es uno de los centros científicos de la iniciativa DRIVE (Diversificar, Realizar, Integrar, Emprender, Educar) de la NASA. En otro estudio, un científico de la NASA y sus colaboradores investigaron cómo el Sol, cuando era más joven y menos brillante, logró calentar la Tierra al propiciar la producción de potentes gases de efecto invernadero.
Un Sol en movimiento
En el transcurso de las últimas decenas de millones de años, el clima de la Tierra ha experimentado cambios importantes, incluyendo notables períodos glaciales en los que el promedio de la temperatura mundial descendió temporalmente varios grados. Durante estos períodos, fluctuaciones climáticas más frecuentes llevaron al planeta a calentarse y enfriarse. Para explicar estos períodos de calentamiento y enfriamiento, los científicos analizaron factores internos de la Tierra, tales como los cambios orbitales, los gases de efecto invernadero y el hielo. Sin embargo, una nueva investigación sugiere que los cambios en el entorno del Sol podrían ser clave para comprender las fluctuaciones de temperatura en la Tierra.
Del mismo modo en que nuestro planeta está envuelto por una atmósfera, todo nuestro sistema solar está recubierto por una especie de “atmósfera” creada por el Sol. Esta burbuja protectora, conocida como heliosfera, está formada por un viento solar continuo de partículas con carga eléctrica que fluyen desde el Sol en todas direcciones.
Nuestra heliosfera describe una órbita alrededor del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. A lo largo de los 4.600 millones de años de existencia del Sol, la heliosfera ha atravesado diversas regiones de la galaxia. Como informa un artículo científico publicado el 21 de agosto en la revista Annual Review of Astronomy and Astrophysics, investigadores del centro SHIELD de la NASA utilizaron modelos informáticos con retroingeniería para reconstruir la trayectoria de la heliosfera por nuestra galaxia, revelando así que los entornos que atravesó la heliosfera podrían haber desencadenado cambios en la Tierra.
Merav Opher, investigadora principal del centro SHIELD en la Universidad de Boston, y su equipo llevaron a cabo simulaciones que mostraron que el Sol ha atravesado vastas extensiones de gas y polvo gélidos en al menos tres ocasiones distintas durante los últimos millones de años. En esas ocasiones, gigantescas “nubes frías” interestelares comprimieron la heliosfera hasta tal punto que la redujeron a un tamaño inferior al de la órbita de la Tierra, dejando a nuestro planeta fuera del escudo protector del Sol.
Estos encuentros —ocurridos hace un tiempo aproximado de entre dos y tres millones de años, entre seis y siete millones de años y entre 13 y 14 millones de años— habrían expuesto la atmósfera de la Tierra a un entorno totalmente diferente. Los resultados de las simulaciones coinciden con la evidencia geológica: elementos predominantes en el polvo interestelar aparecen en muestras de núcleos de sedimentos de aguas profundas, en la nieve antártica y en muestras lunares correspondientes a esos períodos.
Estos eventos de contracción de la heliosfera también podrían explicar patrones climáticos en el pasado remoto de la Tierra. En las simulaciones, cuando la atmósfera de la Tierra se vio expuesta a una nube galáctica de hidrógeno fría y densa, aumentó el contenido de vapor de agua y se modificó la dinámica de la capa superior de la atmósfera, alterando finalmente las condiciones de la superficie. En síntesis, los viajes de la heliosfera a través de las regiones más frías de nuestra galaxia podrían ser un factor clave que impulsó algunos de los cambios climáticos de la Tierra en el pasado, incluyendo posibles eras glaciales.
La próxima frontera en el estudio de la heliofísica
SHIELD es uno de varios centros financiados por la NASA para impulsar la próxima generación de investigaciones heliosféricas. SHIELD, un Centro de Ciencias de la iniciativa DRIVE, reúne a un equipo de investigadores con diferentes experiencias, enfoques y opiniones que trabajan para desarrollar un modelo, o un “gemelo digital”, de la heliosfera que ayude a conocer cómo la heliosfera interactúa con su entorno, incluyendo las densas nubes interestelares. Comprender nuestro sistema solar, único y habitable, ayudará a desentrañar los misterios de la evolución de la vida en la Tierra y, posiblemente, a descubrir otros sistemas estelares habitables.
Un joven Sol
En otro artículo científico, Vladimir Airapetian, científico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, aborda un antiguo misterio: cómo el Sol en su juventud calentó la Tierra primitiva lo suficiente como para sustentar la vida. Hace 3.000 millones de años, el joven Sol tenía un 70% del brillo que tiene hoy en día. En estas condiciones de menor luminosidad, la Tierra debió haber estado completamente congelada. Sin embargo, la evidencia geológica demuestra que ya existía agua líquida de forma estable mucho antes de esa época. Este enigma —el de una Tierra con un clima templado bajo un Sol más frío y tenue— se conoce como la paradoja del Sol joven y débil.
Una pista para resolver esta paradoja proviene de las estrellas jóvenes similares al Sol que están situadas en otras partes de la galaxia. Estas estrellas de corta edad son propensas a sufrir arrebatos violentos. En particular, los datos del telescopio espacial Kepler de la NASA, ya retirado, muestran que las estrellas jóvenes parecidas al Sol sufren erupciones frecuentes y masivas, o supererupciones, en las que lanzan partículas de alta energía en todas direcciones a diario. Si nuestro joven Sol se comportaba como estas otras estrellas, propone Airapetian, la descarga de partículas solares de alta energía podría haber desencadenado reacciones químicas que fueron clave para calentar la Tierra primitiva.
El equipo de Airapetian simuló la atmósfera de la Tierra primitiva en una cámara hermética, mezclando nitrógeno molecular, amoníaco, dióxido de carbono y monóxido de carbono. Luego, bombardearon la mezcla con protones para simular la embestida de las partículas provenientes de las supererupciones. Este bombardeo de protones desencadenó varios cambios, entre los que se incluye la producción de óxido nitroso, un gas de efecto invernadero 300 veces más potente que el dióxido de carbono. Esta investigación fue publicada en la revista Astrophysical Journal Letters.
El óxido nitroso podría ayudar a la Tierra a retener calor. Sin embargo, no todo el óxido nitroso perduraría. La intensa radiación ultravioleta del joven Sol descompondría parte de este, separando la molécula en nitrógeno y oxígeno. Pero las simulaciones informáticas del equipo de Airapetian confirmaron que, incluso si solo sobreviviera el 10% del óxido nitroso observado en el experimento, esto bastaría para calentar las regiones ecuatoriales de la Tierra hasta unos 5 grados Celsius (41 grados Fahrenheit), situándolas por encima del punto de congelación del agua. Esta menor cantidad de óxido nitroso podría incluso acelerar la síntesis prebiótica: se ha comprobado que las temperaturas apenas por encima del punto de congelación son más eficaces para la formación de cadenas complejas de aminoácidos que las temperaturas más cálidas.
Descubriendo los secretos de nuestro sistema estrella-planeta
En conjunto, estos dos estudios muestran que el Sol puede dar lugar a consecuencias sorprendentes para la Tierra. Aunque nuestro planeta es único en muchos aspectos, se formó y siempre ha existido como parte de un sistema estrella-planeta. Entender esa relación singular promete aportar nuevos conocimientos tanto sobre la Tierra como sobre la estrella que la sustenta.
Por Desiree Apodaca y Miles Hatfield
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland
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