Zona habitable para una vida compleja

Una Zona Habitable para la Vida Compleja (HZCL, por sus siglas en inglés) es un rango de distancias a una estrella adecuado para la vida aeróbica compleja . Las zonas habitables convencionales se basan en la compatibilidad con el agua necesaria para la vida bacteriana . Los organismos aeróbicos tienen requisitos adicionales. Diferentes tipos de limitaciones que impiden la vida compleja dan lugar a diferentes zonas. Un planeta tendría que orbitar dentro de los límites de esta zona. Con múltiples restricciones zonales, las zonas tendrían que superponerse para que el planeta pudiera albergar vida compleja. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

Los primeros exoplanetas confirmados se descubrieron en 1992, orbitando el púlsar PSR B1257+12 . ^{[ 4 ]} Se han identificado varios cientos de exoplanetas candidatos dentro de las zonas habitables convencionales. ^{[ 5 ]} La mayoría de los exoplanetas son planetas Júpiter calientes , que orbitan muy cerca de la estrella. Muchos exoplanetas son supertierras , que podrían ser un planeta enano gaseoso o un gran planeta rocoso , como Kepler-442b con una masa 2,36 veces mayor que la de la Tierra.

Las estrellas inestables son estrellas jóvenes o viejas, o estrellas muy grandes o pequeñas. Debido a su inestabilidad, tienen una luminosidad solar variable , lo que cambia el tamaño de las zonas habitables para la vida. Estas estrellas también producen erupciones solares extremas y eyecciones de masa coronal . Por lo tanto, las zonas habitables para la vida requieren una estrella muy estable como el Sol , con un cambio de luminosidad solar de ±0,1%. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Encontrar una estrella estable, como el Sol, es la búsqueda de un gemelo solar , con análogos solares que se han encontrado. ^{[ 8 ]} La metalicidad , la masa , la edad , el color y la temperatura de la estrella afectan las variaciones de luminosidad. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} El Sol, una estrella G2V , tiene una metalicidad de rango medio óptima para la formación de planetas rocosos. ^{[ 12 ]} Las estrellas enanas ( enana roja / enana naranja / enana marrón / subenana ) no solo son inestables, sino que también emiten poca energía, por lo que la zona habitable está muy cerca de la estrella y los planetas quedan bloqueados por mareas en las escalas de tiempo necesarias para el desarrollo de la vida. ^{[ 13 ]} Las estrellas gigantes ( subgigante / estrella gigante / gigante roja / supergigante roja ) son inestables y emiten mucha energía, por lo que la zona habitable está muy lejos de la estrella. ^{[ 14 ]} Los sistemas de estrellas múltiples también son muy comunes y no son adecuados para la vida compleja, ya que la órbita del planeta sería inestable debido a las múltiples fuerzas gravitacionales y la radiación solar. El agua líquida es posible en sistemas de estrellas múltiples. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

Una zona habitable convencional se define por la presencia de agua líquida.

• Zona habitable (ZH) (también llamada zona habitable circunestelar), la órbita alrededor de una estrella que permitiría que el agua líquida permaneciera durante un corto período de tiempo ( un período de tiempo determinado ) en al menos una pequeña parte de la superficie del planeta. Así, dentro de la ZH, el agua (H₂O ₎ tiene una temperatura entre 0 °C (32 °F; 273 K) y 100 °C (212 °F; 373 K) . ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} Esta zona es una zona de temperatura , determinada por la radiación de la estrella y la distancia a la misma. En el Sistema Solar, el planeta Marte se encuentra justo en el límite exterior de la zona habitable. El planeta Venus está en el borde interior de la zona habitable, pero debido a su densa atmósfera no tiene agua. La ZH incluye planetas con órbitas elípticas ; dichos planetas pueden orbitar dentro y fuera de la ZH. Cuando un planeta sale de la zona habitable (ZH), toda su agua se congela en hielo en la parte exterior de la ZH, o bien se convierte en vapor en la parte interior. La ZH se define como la región donde las bacterias , una forma de vida, podrían sobrevivir durante un breve periodo de tiempo. A la ZH también se la conoce como la zona de Ricitos de Oro .      
• Zona continuamente habitable (ZCH): una zona donde puede existir agua líquida durante toda la vida de una estrella. ^{[ 22 ]} Otra variación, ZCH ₂ , es una zona donde el agua líquida estaría disponible para2  Gyr . ^{[ 23 ]}
• Zona habitable conservativa : una zona donde el agua líquida superficial permanece en un planeta durante un largo período de tiempo, como en la Tierra. ^{[ 7 ]} Esto también podría requerir un efecto invernadero proporcionado por gases como el CO₂ _y el vapor de agua para mantener la temperatura adecuada. También se requeriría la dispersión de Rayleigh . ^{[ 23 ]}
• Zona habitable optimista (ZH): una zona donde podría haber existido agua líquida en la superficie de un planeta en algún momento de su historia pasada. Esta zona sería más grande que la zona habitable conservadora. Marte es un ejemplo de un planeta en la ZH: actualmente se encuentra justo más allá de la ZH, pero tuvo agua líquida durante un breve período antes de la catástrofe del carbonato de Marte , hace unos 4000 millones de años. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

Con el tiempo y con más investigación , astrónomos , cosmólogos y astrobiólogos han descubierto más parámetros necesarios para la vida. Cada parámetro podría tener una zona correspondiente. Algunas de las zonas nombradas incluyen: ^{[ 25 ] [ 26 ]}

• Zona habitable ultravioleta : una zona donde la radiación ultravioleta (UV) de una estrella no es ni demasiado débil ni demasiado fuerte para que exista la vida. ^{[ 27 ]} La vida necesita la cantidad correcta de ultravioleta para la síntesis de bioquímicos . La extensión de la zona depende de la cantidad de radiación ultravioleta de la estrella, el rango de longitudes de onda UV , la edad de la estrella y la atmósfera del planeta. En los humanos, la radiación UV se utiliza para producir vitamina D. [ ^{28 ] [ 29 ] La} radiación ultravioleta extrema (EUV) puede causar pérdida atmosférica. ^{[ 6 ]}
• Zona fotosintéticamente habitable : una zona donde puede ocurrir tanto agua líquida a largo plazo como fotosíntesis oxigénica . ^{[ 30 ]}
• Zona habitable troposférica , o zona habitable de ozono : una zona donde el planeta tendría la cantidad correcta de ozono necesaria para la vida. Inhalar demasiado ozono causa inflamación e irritación, ^{[ 31 ]} mientras que muy poco ozono troposférico produciría smog bioquímico. En la Tierra, el ozono troposférico forma parte de la protección contra el ozono a nivel del suelo . El ozono troposférico se forma por la interacción de la luz ultravioleta con hidrocarburos y óxidos de nitrógeno . ^{[ 1 ] [ 32 ] [ 33 ]}
• Zona habitable de velocidad de rotación del planeta : la zona donde la velocidad de rotación de un planeta es óptima para la vida. Si la rotación es demasiado lenta, la diferencia de temperatura entre el día y la noche es demasiado grande. La velocidad de rotación también modifica la reflectividad del planeta y, por lo tanto, su temperatura, así como la distribución, altitud y opacidad de las nubes . ^{[ 34 ]} Una velocidad de rotación rápida aumenta la velocidad del viento en el planeta. La velocidad de rotación afecta a las nubes del planeta y su reflectividad. Disminuir la velocidad de rotación modifica la distribución, altitud y opacidad de las nubes . Estos cambios en las nubes modifican la temperatura del planeta. Una alta velocidad de rotación también puede causar vientos continuos y muy rápidos en la superficie. Las altas velocidades de rotación, junto con fuertes efectos Coriolis , generan vientos continuos de alta velocidad al permitir la formación de corrientes en chorro y cinturones atmosféricos persistentes y de rápido movimiento. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}
• Zona habitable de inclinación del eje de rotación del planeta , u oblicuidad : la región donde se mantiene una inclinación axial estable para la rotación de un planeta. ^{[ 39 ]} El eje de la Tierra está inclinado 23,5°; esto produce estaciones, proporcionando nieve y hielo que pueden derretirse para proporcionar escorrentía de agua en verano. ^{[ 40 ] [ 41 ]} La oblicuidad tiene un gran impacto en la temperatura de un planeta, por lo tanto, en su zona habitable. ^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]}
• Zona habitable de marea . Los planetas demasiado cercanos a la estrella quedan atrapados por las mareas . La masa de la estrella y la distancia a ella determinan la zona habitable de marea. Un planeta atrapado por las mareas tiene un lado orientado hacia la estrella, y este lado estaría muy caliente. El lado opuesto a la estrella estaría muy por debajo del punto de congelación. Un planeta demasiado cercano a la estrella también recibirá calentamiento por mareas . El calentamiento por mareas puede variar la excentricidad orbital del planeta. Si está demasiado lejos de la estrella, el planeta no recibirá suficiente calor solar. ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}
• Zona habitable de la astrosfera : la zona en la que la astrosfera de un planeta será lo suficientemente fuerte como para protegerlo del viento solar y los rayos cósmicos . La astrosfera debe ser duradera para proteger al planeta. Marte perdió su agua y la mayor parte de su atmósfera después de perder su campo magnético y el evento de la catástrofe del carbonato marciano . ^{[ 49 ] [ 50 ]} El viento solar de la estrella Sol está compuesto de partículas cargadas , incluyendo plasma , electrones , protones y partículas alfa . El viento solar es diferente para cada estrella. El campo magnético de la Tierra es muy grande y la ha protegido desde su formación. ^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}
• Zona habitable del campo eléctrico atmosférico : el lugar donde el campo eléctrico ambipolar es adecuado para que el campo eléctrico del planeta ayude a los iones a superar la gravedad . ^{[ 54 ]} La ionosfera del planeta debe ser adecuada para protegerla de la pérdida de la atmósfera. Esto se suma a un campo magnético fuerte para protegerla del viento solar que arrastra la atmósfera y el agua hacia el espacio exterior . ^{[ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]}
• Zona habitable de excentricidad orbital : la zona en la que los planetas mantienen una órbita casi circular. A medida que las órbitas con excentricidad hacen que los planetas entren y salgan de las zonas habitables. ^{[ 58 ]} En el Sistema Solar, la hipótesis del gran trébol propone la teoría de la ubicación única de los gigantes gaseosos , los cinturones del Sistema Solar y los planetas cerca de órbitas circulares. ^{[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]}
• Zona habitable acoplada planeta-luna-magnetosfera : la zona donde la luna y el núcleo del planeta producen una magnetosfera intensa , un campo magnético que protege contra el viento solar que arrastra la atmósfera y el agua del planeta hacia el espacio exterior. Al igual que Marte tuvo un campo magnético durante un breve período, la Luna de la Tierra tuvo una gran magnetosfera durante varios cientos de millones de años después de su formación , como se propuso en un estudio de 2020 de Saied Mighani. La magnetosfera lunar habría brindado protección adicional a la atmósfera terrestre , ya que el Sol primitivo no era tan estable como lo es hoy. En 2020, James Green modeló la zona habitable acoplada planeta-luna-magnetosfera. El modelo mostró una magnetosfera acoplada planeta-luna que habría brindado al planeta protección contra el viento estelar en el Sistema Solar primitivo. En el caso de la Tierra, la Luna estaba más cerca de la Tierra en la formación temprana del Sistema Solar, lo que proporcionó protección adicional. Esta protección era necesaria entonces, ya que el Sol era menos estable. ^{[ 6 ] [ 62 ]}
• Zona habitable dependiente de la presión : la zona en la que los planetas pueden tener la presión atmosférica adecuada para tener agua líquida en la superficie. Con una presión atmosférica baja, la temperatura a la que hierve el agua es mucho menor, y a presiones inferiores a la del punto triple , no puede existir agua líquida. ^{[ 63 ] [ 64 ]} La presión superficial promedio en Marte hoy es cercana a la del punto triple del agua; por lo tanto, no puede existir agua líquida allí. ^{[ 65 ] [ 66 ]} Los planetas con atmósferas de alta presión pueden tener agua líquida en la superficie, pero las formas de vida pueden experimentar dificultades con los sistemas respiratorios en atmósferas de alta presión. A medida que aumenta la presión, el gas se vuelve más denso, lo que dificulta su entrada y salida de los pulmones; además, la resistencia de las vías respiratorias aumenta a medida que la viscosidad y la densidad de la mezcla de aire son mayores, por lo que la resistencia dentro de las vías respiratorias es mayor. Esto aumenta considerablemente el esfuerzo requerido para respirar. ^{[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ]}
• Zona habitable galáctica (ZHG) : La ZHG, también llamada zona Ricitos de Oro galáctica , es el lugar en una galaxia donde están presentes los elementos pesados ​​necesarios para un planeta rocoso y la vida, pero también un lugar donde los rayos cósmicos fuertes no matarán la vida ni despojarán al planeta de su atmósfera. El término zona Ricitos de Oro se utiliza porque es un equilibrio delicado entre los dos lugares (elementos pesados ​​y rayos cósmicos fuertes). No todas las galaxias pueden albergar vida. ^{[ 70 ]} En muchas galaxias, pueden ocurrir eventos letales para la vida, como los estallidos de rayos gamma . Alrededor del 90% de las galaxias tienen estallidos de rayos gamma largos y frecuentes, por lo que no hay vida. Los rayos cósmicos representan una amenaza para la vida . Las galaxias con muchas estrellas demasiado juntas o sin ninguna protección de polvo tampoco son hospitalarias para la vida. Las galaxias irregulares y otras galaxias pequeñas no tienen suficientes elementos pesados. Las galaxias elípticas están llenas de radiación letal y carecen de elementos pesados. Las grandes galaxias espirales, como la Vía Láctea , tienen el elemento pesado necesario para la vida en el centro y hasta aproximadamente la mitad de la distancia desde la barra central. ^{[ 71 ]} No todas las grandes galaxias espirales son iguales, ya que las galaxias espirales con demasiada formación estelar activa pueden ser letales para la vida. ^{[ 72 ] [ 73 ]} Demasiada poca formación estelar y los brazos espirales colapsarán. ^{[ 74 ]} No todas las galaxias espirales tienen los parámetros correctos de despojo de presión de ram galáctico ; demasiada presión de ram puede agotar la galaxia de gas y, por lo tanto, terminar con la formación estelar. La Vía Láctea es una galaxia espiral barrada , la barra es importante para la formación estelar y la metalicidad de las estrellas y planetas de la galaxia. Una galaxia espiral barrada debe tener brazos estables con la formación estelar justa. Las galaxias espirales barradas constituyen aproximadamente el 65% de las galaxias espirales, pero la mayoría tiene demasiada formación estelar. ^{[ 75 ]} Las galaxias peculiares carecen de brazos espirales estables, ^{[ 76 ]} mientras que las galaxias irregulares contienen demasiadas estrellas nuevas y carecen de elementos pesados. ^{[ 77 ] [ 78 ]} Las galaxias espirales sin barra no corrigen la formación estelar y la metalicidad para una zona Ricitos de Oro galáctica. ^{[ 75 ] [ 79 ]}Para que exista vida a largo plazo en un planeta, los brazos espirales deben ser estables durante un largo período de tiempo, como en la Vía Láctea. Los brazos espirales no deben estar demasiado cerca entre sí, o habrá demasiada radiación ultravioleta. Si el planeta se mueve hacia un brazo espiral o lo atraviesa, las órbitas de los planetas podrían cambiar debido a perturbaciones gravitacionales. El movimiento a través de un brazo espiral también causaría impactos de asteroides mortales y alta radiación. ^{[ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]} El planeta debe estar en el lugar correcto en la galaxia espiral: cerca del centro galáctico, la radiación y las fuerzas gravitacionales son demasiado grandes para la vida, mientras que las afueras de una galaxia espiral son pobres en metales. El Sol está a 28.000 años luz de la barra central, en la zona habitable galáctica. A esta distancia, el Sol gira en la galaxia a la misma velocidad que la rotación del brazo espiral, minimizando así los cruces de brazos. ^{[ 83 ] [ 12 ] [ 84 ]}
• Zona habitable supergaláctica : un lugar en un supercúmulo de galaxias que puede proporcionar habitabilidad para los planetas. La zona habitable supergaláctica tiene en cuenta eventos en galaxias que pueden acabar con la habitabilidad no solo en una galaxia, sino en todas las galaxias cercanas, como la fusión de galaxias , núcleos galácticos activos , galaxias con brotes de formación estelar , agujeros negros supermasivos y agujeros negros en fusión , todos los cuales emiten radiación intensa. La zona habitable supergaláctica también tiene en cuenta la abundancia de diversos elementos químicos en la galaxia, ya que no todas las galaxias o regiones dentro de ellas poseen todos los elementos necesarios para la vida. ^{[ 85 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]}
• Zona habitable para la vida compleja (HZCL): el lugar donde todas las zonas habitables para la vida se superponen durante un largo período de tiempo, como en el Sistema Solar. ^{[ 89 ]} La lista de zonas habitables para la vida compleja se ha ampliado con el creciente conocimiento del Universo, las galaxias y el Sistema Solar. ^{[ 90 ] [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]} La vida compleja se define normalmente como las formas de vida eucariotas , incluyendo todos los animales , plantas , hongos y la mayoría de los organismos unicelulares . Las formas de vida simples se definen normalmente como procariotas . ^{[ 94 ]}

Algunos factores que dependen de la distancia planetaria y que pueden limitar la vida aeróbica compleja no han recibido nombres de zona. Estos incluyen:

• Ciclo de Milankovitch El ciclo de Milankovitch y la edad de hielo han sido clave en la formación de la Tierra. ^{[ 95 ] [ 96 ]} La vida en la Tierra hoy en día utiliza el agua del deshielo de la última edad de hielo. Las edades de hielo no pueden ser demasiado largas ni demasiado frías para que la vida sobreviva. El ciclo de Milankovitch también tiene un impacto en la oblicuidad del planeta. ^{[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]}

La vida en la Tierra se basa en el carbono . Sin embargo, algunas teorías sugieren que la vida podría basarse en otros elementos de la tabla periódica . ^{[ 100 ]} Otros elementos propuestos han sido el silicio , el boro , el arsénico , el amoníaco , el metano y otros. A medida que se ha investigado más sobre la vida en la Tierra, se ha descubierto que solo las moléculas orgánicas del carbono tienen la complejidad y la estabilidad necesarias para formar vida. ^{[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ]} Las propiedades del carbono permiten enlaces químicos complejos que producen enlaces covalentes necesarios para la química orgánica . Las moléculas de carbono son ligeras y relativamente pequeñas. La capacidad del carbono para unirse al oxígeno , el hidrógeno , el nitrógeno , el fósforo y el azufre (llamado CHNOPS ) es clave para la vida. ^{[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]}

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  La zona fotosintéticamente habitable posee los parámetros necesarios para la fotosíntesis en las plantas. Los carbohidratos producidos se almacenan o son utilizados por la planta. La fotosíntesis es la base de la alimentación en la Tierra.
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  La troposfera es la zona habitable (o zona habitable de ozono) que requiere la circulación atmosférica adecuada y la presencia de ozono para la vida. El modelo de tres celdas describe la circulación de la atmósfera terrestre, cuya capa más baja es la troposfera .
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  La zona habitable de excentricidad orbital es aquella con una excentricidad orbital lo suficientemente baja como para sustentar la vida. Órbita elíptica con excentricidad 0,0 · 0,2 · 0,4 · 0,6 · 0,8              

• Inteligencia extraterrestre
• Parámetros orbitales y físicos de los exoplanetas
• Habitabilidad de satélites naturales : agua líquida en una luna.
• Habitabilidad de los sistemas de enanas amarillas : agua líquida en las estrellas enanas amarillas.
• Habitabilidad de los sistemas de enanas rojas : agua líquida en las estrellas enanas rojas.
• Habitabilidad planetaria en el Sistema Solar : agua líquida en el Sistema Solar
• Habitabilidad de los sistemas estelares binarios : agua líquida en estrellas binarias
• Habitabilidad de los sistemas estelares de secuencia principal de tipo F : agua líquida en planetas que orbitan estrellas de tipo F.
• Mundo superhabitable : un exoplaneta hipotético