El futuro incierto de la Tierra - Cienciorama

 El futuro incierto de la Tierra
J. Rubén G. Cárdenas*
Uno de los hechos que más me asombraban de niño, era saber que un
día (aún muy lejano), el Sol se apagará en un estallido estelar, superior
a todas las escalas que nos es posible imaginar. Y todo lo que vemos a
nuestro alrededor, el cielo, el océano, y la Tierra misma, dejarán de
existir.
Pues bien, como sucede en la ciencia, esta afirmación podría cambiar en
el futuro. Por ejemplo, si la distancia entre el Sol y la Tierra (1) que se
debe a la fuerza gravitacional entre la masa de ambos cuerpos, se
modificara dependiendo del aumento o disminución de la masa del Sol,
esto afectaría la vida en la Tierra. Sucede que el Sol está cambiando
continuamente al llevar a cabo procesos de fusión en su interior y
quemando su propio combustible. De este modo, si pierde masa, llegará
un momento en que la fuerza gravitacional será más débil y la distancia
que separa a la Tierra del Sol, será mayor. Las órbitas de los planetas se
extenderán y el Sol, al expandirse como una estrella roja en su vejez,
devorará seguramente a Mercurio y a Venus; pero no necesariamente lo
hará con la Tierra, debido a que la distancia que separa al Sol de la
Tierra, se extenderá aún mas; aunque de todas maneras tendría
consecuencias nefastas para la vida.
Contrario a lo que se pudiera pensar, investigaciones recientes parecen
indicar que el Sol, al perder masa, se expandiría mucho más de lo
calculado anteriormente, pero aún con la distancia ganada (por el
debilitamiento de la gravedad del Sol), el destino de la Tierra parece
estar sellado.
Figura 1. Imagen artística del Sol y la Tierra, hacia el final de la vida del
Sol. Imagen tomada de: http://www.bbc.co.uk/worldservice/assets/
¿Tenemos alguna opción? En todo caso, ésta dependerá del
conocimiento científico que tengamos y de un cambio en la visión
innovadora de nuestra civilización. Esto es posible, aunque ahora mismo
se escuche como ciencia ficción. Veamos.
El Sol se formó a partir de la aglomeración de gas estelar, mayormente
hidrógeno y helio, en algún rincón muy denso de alguna nebulosa. Al ir
aumentando la masa, la presión aumentó también, hasta que fue tan
alta que el hidrógeno empezó a fusionarse y a transformarse en helio.
En este proceso de fusión, se produce energía (luz y calor). El Sol
transforma en su núcleo 700 millones de toneladas de hidrógeno en
helio cada segundo que pasa, a una temperatura de 15 millones de
grados centígrados. Esta radiación de energía es lo que permite que el
Sol no se contraiga sobre sí mismo debido a su enorme masa. El
equilibrio entre el ritmo de producción de energía y la de fuerza de
presión (debida a la enorme masa del Sol y a la temperatura) permite
que nuestra estrella se mantenga en el estado en que lo conocemos.
Llegará un momento en que el equilibrio se romperá. La tasa a la cual el
Sol genera energía, será menor que la gigantesca presión ejercida por
su masa; esto, para nosotros, no es una buena noticia. Desde su
nacimiento, el Sol ha ido consumiendo su combustible acumulando helio
en su centro. Este helio no es fusionable debido a que se requieren
temperaturas más elevadas (por encima de 100 millones ºK). Ya que la
cantidad de hidrógeno presente en el Sol disminuye continuamente,
para mantener el equilibrio y evitar el colapso, se tiene que consumir
más combustible en menos tiempo, esto es, el proceso de fusión debe
llevarse a cabo con más rapidez (2). La generación de energía del Sol se
da a partir de estos procesos de fusión, es decir: con la tasa de
transformación de hidrógeno a helio. Si esta tasa es más alta, el brillo
aumentará en consecuencia.
De hecho, el Sol es ahora más 40 veces más brillante que cuando nació.
Poco a poco, dentro de cientos de millones de años, el ritmo de fusión
se incrementará aún mas. Aproximadamente en 1000 millones de años,
el Sol será 10 veces más brillante y pasará de 5000ºC en su superficie a
aproximadamente 5800ºC. En forma paralela, el aceleramiento de los
procesos de fusión y su subsecuente aumento en la producción de
radiación, también implicarán un aumento en el tamaño del Sol. Según
las teorías clásicas, dentro de 12000 millones de años, el diámetro del
Sol será de unos 150 millones de kilómetros (actualmente el radio del
Sol es de casi un millón y medio de kilómetros) y se habrá convertido en
una Gigante Roja hecha casi toda de helio. Ya sin reservas de hidrógeno
la fuerza de gravedad y la presión ejercida por la masa del Sol serán
mayores que la emisión de radiación, y el Sol se colapsará. Sin
embargo, debido al colapso, las presiones y temperatura aumentarán y
el helio se fusionará en carbón y oxígeno. El Sol generará energía a una
tasa más elevada y entrará así a la última etapa de su vida, que durará
alrededor de 100 millones de años. Para estas alturas, el Sol tendrá un
diámetro de 300 millones de kilómetros y habrá cumplido una vida de
12 300 millones de años.
Mucho antes de que esto suceda (dentro de unos 7600 millones de
años) la vida en la Tierra habrá terminado. Según las teorías clásicas de
evolución del Sistema Solar, Mercurio y Venus serán irremediablemente
engullidos, sin embargo el futuro de la Tierra podría ser incierto. Los
descubrimientos recientes de planetas gigantes orbitando estrellas ya
consumidas (3), abren una pregunta: ¿la Tierra es capaz de sortear a la
muerte del Sol?
En el proceso de transformarse en una gigante roja, el Sol expulsará
también gran parte de su masa y la atracción gravitacional sobre los
planetas del Sistema Solar será más débil, por lo que estos se moverán
hacia órbitas mas lejanas. La Tierra terminará en el lugar que ahora
ocupa Marte, exactamente en la línea imaginaria que determina si es
devorada por el Sol o no. Al tiempo que la Tierra se mueve hacia una
posición más segura, la fuerza de gravedad tenderá a moverla hacia
adentro, atrayéndola hacia el Sol. Que la Tierra sea engullida o no,
dependerá de cuál de los dos procesos gane. Un análisis de Kacper
Rybicki del Instituto Polaco de Geofísica y Carlos Denis de la Universidad
de Liege (4), concluyeron que existía, de hecho, una posibilidad de que la
Tierra escapase al aumento progresivo del tamaño del Sol.
Sin embargo, investigaciones recientes realizadas por Klaus-Peter
Schroeder de la Universidad de Guanajuato, México, y Robert Connon
Smith de la Universidad de Sussex en Inglaterra, concluyen (5) que esta
posibilidad no existirá. Ellos desarrollaron un nuevo método para
calcular cuánta de la masa del Sol se perderá durante su expansión y de
este modo saber el tamaño que tendrá y por consiguiente la distancia
que la Tierra se alejará de su órbita. Sus resultados muestran que,
paradójicamente, mientras más masa pierda, el Sol se expandirá aún
más. Los resultados también indican que se perderá aproximadamente
un tercio de la masa solar (menos que el cuarto de masa estimado
anteriormente). Como consecuencia el Sol convertido en gigante Roja
será a lo máximo 256 veces mas grande que lo que es ahora y 2730
veces más luminoso. Para la Tierra, esto no significa ningún cambio con
respecto a lo que ahora se sabe, debido a que será devorada por las
llamas del Sol envejecido y caerá eventualmente en su gravedad.
¿Existe alguna salida para los habitantes de la Tierra (sean humanos,
robots, o una combinación de ambos) en miles de millones de años?
Una opción es irse a otro planeta en otro sistema estelar. Otra, es el de
incrementar el desarrollo de una ingeniería a gran escala y de alto
riesgo.
Según un artículo de 2001 producido por Don Korycansky y Gregory
Laughlin de la Universidad de California (6), del mismo modo que las
sondas y naves espaciales ganan velocidad interaccionando con los
campos gravitatorios de otros astros en un cierto billar cósmico , si la
Tierra se moviese de su órbita por medios artificiales (tan sólo un poco),
de tal manera que se generen encuentros regulares con algún cometa o
asteroide, entonces podría aprovechar el campo gravitatorio de aquél
otro ente y acelerar su distanciamiento del Sol. Existen sin embargo,
profundas cuestiones éticas que responder con respecto a esta
posibilidad, ya que un error en los cálculos produciría una colisión entre
la Tierra y aquél astro elegido para acelerarla, costo que es a todas
luces, inaceptablemente alto.
Notas
1
Aproximadamente 150 millones de kilómetros.
2
Imaginemos lo siguiente: Una superficie formada de focos
incandescentes con una misma luminosidad; si en un principio
tuviéramos 80 focos, sería sencillo lograr cierta luminosidad. Si después
de un tiempo, el número de focos se hubiera disminuido a 40, en orden
de mantener la luminosidad de toda la superficie al mismo nivel, cada
foco restante debería ser más luminoso que antes, por lo que cada uno
consumiría más energía que antes en menos tiempo.
3
En febrero de 2008, se descubrió una versión a escala reducida de
nuestro sistema solar, con un par de planetas parecidos a Júpiter y
Saturno. Fue encontrado orbitando una estrella de cinco mil años luz de
distancia en la constelación de Escorpión, por lo que el número total de
exoplanetas conocidos son más de 250. (Gaudi, B. S.; et al, 2008,
Discovery of a Jupiter/Saturn Analog with gravitational microlensing ,
Science. Vol. 319, no. 5865: 927-30).
Bibliografía
4
*Rybicki,K. R. & C., Denis, On the final destiny of the Earth and the
solar system . International Journal of Solar System Studies, Icarus
151, 130-137 (2001).
5
*Schroeder, K.-P, C. Smith, Robert,
Distant future of the Sun and
Earth revisited . 2008, Monthly Notices of the Royal Astronomical
Society (MNRAS), 386, 155-163. Departamento de Astronomía,
Universidad de Guanajuato, AP 144, Guanajuato, CP 36000, GTO,
México. Centre, Department of Physics and Astronomy, University of
Sussex, Falmer, Brighton.
*Overbye, Dennis,
Kissing the Earth Goodbye in About 7.59 Billion
Years .. The New York Times, marzo de 2008.
6
*Korycansky, D.G.; Laughlin, Gregory; Adams, C., Fred, Astronomical
Engineering: A Strategy for Modifying Planetary Orbits , Astrophysics
and Space Science 275 (4): 349-366, 2001.
MNRAS: http://www.wiley.com/bw/journal.asp?ref=0035-8711
Icarus: http://icarus.cornell.edu/index.html
-----------------------------------------------------------------* Posgrado de Ciencias de la Atmósfera. UNAM