La Antigua Historia del Sol Moldeó la Tierra, Según Investigaciones de la NASA

En el centro de nuestro sistema solar, el Sol influye en cada planeta que lo orbita. En dos estudios recientes financiados por la NASA, los científicos descubrieron cómo eventos antiguos en la historia del Sol pueden haber contribuido a crear el clima único de la Tierra y a impulsar cambios climáticos previamente inexplicables.

En una nueva investigación, científicos del centro SHIELD (Solar Wind with Hydrogen Ion charge Exchange and Large-Scale Dynamics) de la NASA, uno de los Centros de Ciencia DRIVE (Diversify, Realize, Integrate, Venture, Educate) de la NASA, trazaron la trayectoria de la heliosfera, la burbuja masiva creada por nuestro Sol que envuelve nuestro sistema solar, mientras se movía a través de nuestra galaxia e influyó en el clima de la Tierra en su camino. En otro artículo, un científico de la NASA y sus coautores investigan cómo el Sol, más joven y menos brillante, logró calentar la Tierra al sembrar la producción de potentes gases de efecto invernadero.

Un Sol en Movimiento

Durante las últimas decenas de millones de años, el clima de la Tierra ha experimentado cambios significativos, incluyendo notables edades de hielo en las que la temperatura promedio global descendió temporalmente varios grados. Durante estos períodos, oscilaciones climáticas más frecuentes llevaron a la Tierra a calentarse y enfriarse. Para explicar estos períodos de calentamiento y enfriamiento, los científicos recurrieron a factores internos de la Tierra, como cambios orbitales, gases de efecto invernadero y hielo. Pero nuevas investigaciones sugieren que los cambios en el entorno del Sol pueden ser clave para comprender las fluctuaciones de temperatura de la Tierra.

Así como nuestro planeta está envuelto por una atmósfera, todo nuestro sistema solar está envuelto dentro de una especie de "atmósfera" creada por el Sol. Esta burbuja protectora, conocida como la heliosfera, se forma por un viento solar continuo de partículas cargadas que emanan del Sol en todas direcciones.

Nuestra heliosfera orbita alrededor del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. A lo largo de los 4.600 millones de años de existencia del Sol, nuestra heliosfera ha atravesado diversas regiones dentro de nuestra galaxia. En un artículo publicado el 21 de agosto en Annual Review of Astronomy and Astrophysics, investigadores del SHIELD de la NASA utilizaron modelado por computadora para reconstruir la trayectoria de la heliosfera a través de nuestra galaxia, revelando que los entornos por los que pasó pueden haber desencadenado cambios en la Tierra.

Merav Opher, investigadora principal del SHIELD en la Universidad de Boston, y su equipo ejecutaron simulaciones que mostraron que el Sol se ha encontrado con extensas y frías regiones de gas y polvo al menos tres veces en los últimos millones de años. En estas instancias, masivas "nubes frías" interestelares empujaron contra la heliosfera hasta tal punto que se encogió a un tamaño menor que la órbita de la Tierra, dejando a nuestro planeta varado fuera del escudo protector del Sol.

Estas exposiciones — hace aproximadamente 2 a 3 millones de años, 6 a 7 millones de años y 13 a 14 millones de años — habrían expuesto la atmósfera de la Tierra a entornos completamente diferentes. Los resultados de la simulación coinciden con la evidencia geológica: elementos prevalentes en el polvo interestelar aparecen en muestras de núcleos de sedimentos del fondo marino, nieve antártica y muestras lunares durante estas líneas de tiempo.

Estos eventos de colapso de la heliosfera también pueden explicar patrones climáticos antiguos en la Tierra. En las simulaciones, cuando la atmósfera de la Tierra fue expuesta a una nube de hidrógeno galáctico fría y densa, aumentó el contenido de vapor de agua y alteró la dinámica de la atmósfera superior, cambiando finalmente las condiciones en la superficie. En resumen, los viajes de nuestra heliosfera a través de regiones más frías de nuestra galaxia pueden ser un factor clave para impulsar algunos de los cambios climáticos antiguos de la Tierra, incluidas posibles edades de hielo.

Próxima Frontera en el Estudio de la Heliofísica

El centro SHIELD es uno de varios que la NASA financia para desbloquear la próxima generación de investigación heliosférica. Como Centro de Ciencia DRIVE, SHIELD reúne un equipo de investigadores con diferentes experiencias, enfoques y opiniones para desarrollar un modelo, o "gemelo digital", de la heliosfera que ayuda a revelar cómo la heliosfera interactúa con su entorno, incluidas 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 a descubrir potencialmente otros sistemas estelares habitables.

Sol Joven

En otro artículo, Vladimir Airapetian, un científico del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, se centra en un antiguo misterio sobre cómo el Sol joven calentó la Tierra primitiva lo suficiente como para mantener la vida. Hace tres mil millones de años, el Sol joven era un 70% tan brillante como hoy. Bajo estas condiciones más tenues, la Tierra debería haberse congelado. Sin embargo, la evidencia geológica muestra que el agua líquida estable ya existía mucho antes. Este enigma — una Tierra templada bajo un Sol más frío y tenue — se conoce como la paradoja del Sol joven y débil.

Una pista para resolver la paradoja proviene de estrellas jóvenes similares al Sol en otras partes de la galaxia. Estas estrellas "infantiles" son propensas a tener arrebatos. Específicamente, los datos del telescopio espacial Kepler, retirado de la NASA, muestran que las estrellas jóvenes similares al Sol emiten regularmente masivas superllamaradas, arrojando partículas de alta energía en todas direcciones a diario. Si nuestro joven Sol se pareciera a estas otras estrellas, propone Airapetian, la andanada 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 sellada, mezclando nitrógeno molecular, amoníaco, dióxido de carbono y monóxido de carbono. Luego dispararon protones a la mezcla, simulando la andanada de partículas de las superllamaradas. Este bombardeo de protones desencadenó varios cambios, incluida la producción de óxido nitroso, un gas de efecto invernadero 300 veces más potente que el dióxido de carbono. La investigación fue publicada en Astrophysical Journal Letters.

Este óxido nitroso podría ayudar a la Tierra a retener calor. Pero no todo el óxido nitroso duraría. La intensa radiación ultravioleta del joven Sol descompondría parte de él, separando la molécula de nuevo en nitrógeno y oxígeno. Pero incluso si solo el 10% del óxido nitroso observado en el experimento sobreviviera, confirmaron las simulaciones por computadora del equipo de Airapetian, aún calentaría las regiones ecuatoriales de la Tierra a unos 5 grados Celsius (41 grados Fahrenheit), por encima del punto de congelación del agua. Esta menor cantidad de óxido nitroso podría incluso acelerar la síntesis prebiótica: se ha descubierto que las temperaturas justo por encima del punto de congelación son más eficientes para construir cadenas complejas de aminoácidos que las temperaturas más cálidas.

Desenterrando Secretos de Nuestro Sistema Estrella-Planeta

En conjunto, estos dos estudios demuestran que el Sol puede tener implicaciones sorprendentes para la Tierra. Si bien nuestro planeta está solo en muchos aspectos, se formó y siempre ha existido como parte de un sistema estrella-planeta. Comprender esa relación única promete nuevas ideas tanto sobre la Tierra como sobre la estrella que la sustenta.

Por Desiree Apodaca y Miles Hatfield
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.