Antes de nada, creo que es mejor que aclare a qué viene el título del artículo. Resulta que existe un fenómeno llamado «acoplamiento de marea» que tiene lugar cuando un cuerpo celeste tarda el mismo tiempo en dar una vuelta alrededor de otro que en completar una rotación sobre sí mismo. Eso es precisamente lo que le ocurre a la Luna, que tarda 27,3 días tanto en dar una vuelta alrededor de la Tierra como en completar una rotación y, como resultado, siempre vemos la misma cara nuestro satélite (expliqué por qué la Luna sigue esta órbita en esta otra entada).
Por tanto, el tema que quiero abordar hoy es qué pasaría si la Tierra llegara a una situación de acoplamiento gravitatorio con el sol y, por tanto, tardara lo mismo en completar una órbita que en girar una vez sobre su propio eje… O, lo que es lo mismo, si un día durara tanto como un año. Y, a su vez, este planteamiento equivale a la pregunta que me envió Pol Amunategi: ¿cómo sería la Tierra si la misma cara de nuestro planeta apuntara siempre hacia el sol?
O sea, esto:
Así que al turrón.
El acoplamiento de marea es un fenómeno bastante común que afecta a varios satélites de nuestro sistema solar (como Europa, Ganímedes o Tritón) e incluso existe un caso de acoplamiento doble entre Plutón y Caronte en el que el planeta enano y su principal satélite siempre se muestran la misma cara mutuamente, como podéis ver en esta animación:
Pero el acoplamiento de marea es un fenómeno que no está limitado a los satélites, ya que es posible que una gran cantidad de exoplanetas estén acoplados a sus estrellas, en especial los que tienen órbitas más cerradas. En estos mundos acoplados, la mitad de la superficie está expuesta a la luz de su estrella de manera permanente y la otra mitad está sumida en una noche eterna.
Pues, nada, voy a llamar a Elon Musk, porque justo acabo de empezar una start-up de venta interestelar de persianas y creo que he encontrado el tipo de planeta idóneo al que vender el concepto.
No tan rápido, voz cursiva, porque es posible que la atmósfera de muchos de estos planetas no sea demasiado compatible con la vida entrepreneur-friendly.
En primer lugar, la diferencia entre la temperatura de las dos caras de un planeta acoplado a su estrella puede ser tremenda. Para hacernos una idea del efecto que tiene la exposición prolongada a la luz o a la oscuridad en el espacio, basta con levantar la vista hacia la Luna: aunque nuestro satélite no está acoplado al sol, su superficie alcanza temperaturas de hasta 120ºC cuando está iluminada y se desploma hasta los -263ºC en el fondo de los cráteres polares, donde no llega la luz solar.
En un planeta sometido a los efectos del acoplamiento de marea que, como la Luna, no tuviera atmósfera, el escenario sería así de sencillo y hostil para la vida… Pero el panorama se complica un poco cuando el planeta en cuestión está rodeado de aire.
La atmósfera juega un papel clave en la regulación de la temperatura de un mundo acoplado a su estrella porque el aire caliente de la cara iluminada puede a moverse hacia la cara fría y viceversa, reduciendo la diferencia de temperatura entre las dos mitades del planeta. Un ejemplo extremo de este fenómeno se ha observado en HD 189733b, un gigante gaseoso acoplado a su estrella en el que la temperatura de la cara iluminada supera los 1.000ºC, lo que produce vientos que circulan a velocidades de hasta 8.700 km/h hacia la cara oscura.
Ufff, qué palo… ¿Y ahora cómo le digo a Elon que olvide lo del negocio de las persianas? Es una pena, porque parecía muy entusiasmado.
Bueno, no todos los planetas acoplados a sus estrellas son así, voz cursiva. HD 189733b es un caso muy extremo y los efectos del acoplamiento de marea sobre la atmósfera de un planeta rocoso son más complejos que en un gigante gaseoso, porque, además de su tamaño, su distancia a la estrella y su velocidad de rotación, hay otros factores que intervienen en su clima, como su topografía, la presencia de océanos o la composición de su superficie y su atmósfera.
Pero hay un fenómeno en concreto que puede evitar que un mundo rocoso que esté acoplado a su estrella termine asolado por vientos huracanados: el efecto Coriolis.
Hablé con más detalle sobre este efecto en esta entrada extremadamente antigua, pero, en resumidas cuentas, es un fenómeno provocado por la propia rotación del planeta: los puntos cercanos al ecuador se mueven más deprisa alrededor del eje de rotación que las regiones polares y este movimiento diferencial arrastra la atmósfera a velocidades distintas según la latitud, haciendo que el viento sople en una dirección predominante en cada una de ellas. En el caso de la Tierra, las corrientes dominantes tienen esta pinta en cada latitud:
El efecto Coriolis tiene una gran influencia sobre nuestro clima y, de hecho, si la Tierra rotara lo bastante despacio como para que este fenómeno desapareciera, entonces los patrones climáticos serían mucho más simples porque el aire caliente de la franja ecuatorial se limitaría a fluir hacia las regiones polares frías y el aire frío se desplazaría hasta las regiones calientes, dando lugar a un planeta donde los vientos siempre soplarían de norte a sur (o al revés).
Por tanto, en el caso de un planeta acoplado a su estrella que rote muy despacio, el efecto Coriolis será casi inexistente y su clima estará dominado por un flujo de aire que se esparcirá de manera radial desde la cara iluminada y caliente hacia la cara oscura y fría. Algo así, vaya:
Pero, si el planeta acoplado en cuestión gira muy deprisa o es muy grande (dos factores que intensifican el efecto Coriolis), el arrastre lateral de la atmósfera que genera su rotación produce un patrón climático mucho más difícil de predecir, como el de la Tierra.
Por ejemplo, los autores de este artículo llevaron a cabo varias simulaciones con las que analizaron cómo se comportaba la atmósfera de planetas con diferentes tamaños (de 1 a 2 radios terrestres) y distintos periodos de rotación (de 1 a 100 días) que estaban acoplados a estrellas enanas rojas. Sus resultados sugieren que, en los planetas con un periodo de rotación de entre 12 y 100 días, en los que el efecto Coriolis es más débil, el calor fluye con facilidad de una cara a otra y la temperatura de la cara iluminada incluso puede llegar a bajar lo suficiente como para permitir la existencia de agua líquida.
Ahora bien, los planetas simulados que tenían un periodo de rotación inferior a 12 días podían adoptar una de las siguientes tres configuraciones climáticas:
- La parte alta de la atmósfera entra en estado de súper-rotación (o sea, que da vueltas alrededor del planeta más rápido de lo que este rota sobre sí mismo, como le ocurre a Venus) e impide que el aire de la parte baja ascienda y circule. En este caso, la superficie de la cara iluminada se calienta por encima del punto de evaporación del agua y el planeta deja de ser habitable.
- La parte alta de la atmósfera desarrolla corrientes lentas en latitudes más altas que posibilitan la circulación del aire entre las dos caras del planeta e igualan un poco sus temperaturas, llegando a permitir la existencia de agua líquida en la cara iluminada y volviéndola habitable.
- Los planetas con un diámetro 2 veces superior al de la Tierra y un periodo de rotación inferior a 5 días pueden llegar a desarrollar unas oscilaciones atmosféricas que terminan formando un estado climático intermedio, pero aún habitable.
Por otro lado, los planetas más grandes de estas simulaciones tienden a tener unas diferencias mayores de temperatura entre sus dos caras, pero su temperatura media es más baja que la de los pequeños, debido a que su cara oscura irradia calor al espacio más deprisa y enfría la atmósfera de manera más eficiente. El efecto de la velocidad de rotación y el tamaño de los planetas sobre su temperatura aparece representado en estos tres gráficos:
Pero aquí no acaba la cosa, porque la presencia de océanos en un mundo acoplado a su estrella puede ayudar aún a igualar más la temperatura de sus dos caras. Como se comenta en este otro estudio, el estado de estos océanos dependería de varios factores, como la intensidad de la radiación de la estrella, los patrones de circulación del calor en la atmósfera y la concentración de gases de efecto invernadero, pero un factor crítico sería la distribución de los continentes: si los océanos de dicho planeta estuvieran conectados entre ellos, como ocurre en la Tierra, entonces el agua caliente podría circular hacia la cara oscura del planeta con más facilidad y mantenerla libre de hielo, mejorando aún más las condiciones de habitabilidad del planeta. En cambio, en un planeta acoplado con una circulación atmosférica y oceánica deficiente, el agua de la cara oscura permanecería permanentemente congelada.
Vale, vale, ya me ha quedado más o menos claro el rollo que se gastan los planetas acoplados.. Entonces, ¿cómo sería la Tierra si entrara en una configuración de acoplamiento gravitatorio con el sol?
Es una pregunta muy difícil de responder, voz cursiva, pero podemos especular un poco en base a lo que hemos visto hasta ahora sobre planetas acoplados a estrellas enanas rojas. Pero, insisto, esto es pura especulación.
En este escenario, la Tierra tardaría el mismo tiempo en completar una rotación sobre su eje que en dar una vuelta alrededor del sol: el equivalente a 365 días. El efecto Coriolis producido por una rotación tan lenta sería casi inexistente y la atmósfera del planeta seguramente entraría en el régimen climático en el que el aire caliente fluiría de la cara iluminada a la oscura (y el aire frío seguiría el camino opuesto) de manera radial, sin desarrollar patrones muy complejos.
La velocidad de los vientos que producirían estas corrientes de aire es difícil de cuantificar, porque, al menos en parte, dependería de lo dispares que fueran las temperaturas de cada cara del planeta: cuanto más fría estuviera la cara oscura, más se comprimiría su atmósfera y menor sería su presión, así que «succionaría» el aire caliente de la cara iluminada con más fuerza y produciría vientos más intensos. Si nos remitimos al último gráfico, la circulación atmosférica de un mundo con un diámetro similar al de la Tierra y un periodo de rotación superior a 100 días rebajaría la diferencia de temperatura entre las dos caras del planeta a unos razonables 30ºC, aunque la temperatura media del planeta podría superar los 50ºC, lo que indica que la temperatura de la cara iluminada podría ser demasiado alta como para que fuera habitable… O al menos para que fuera cómodamente habitable.
Ahora bien, si tenemos en cuenta el efecto regulador de los océanos (algo que no se considera en el gráfico), el agua podría ayudar a transportar parte de ese calor excesivo de la cara iluminada a la oscura, reduciendo la diferencia entre la temperatura de las dos y refrescando un poco la mitad eternamente diurna del planeta. De hecho, si la temperatura de las dos caras se igualara lo suficiente y, por tanto, también su presión, incluso sería posible que la superficie de la Tierra no estuviera constantemente azotada por vientos huracanados.
Aun así, también es cierto que no se necesitan diferencias de presión muy altas para provocar vientos de cientos de kilómetros por hora. Para hacernos una idea del efecto de la presión sobre el viento, durante el huracán Wilma de 2005, la presión atmosférica de la zona bajó hasta los 882 milibares, lo que representa sólo un 10% menos que la presión normal, de 1.013 milibares. Pues bien, resulta que esta pequeña diferencia de presión produjo vientos que alcanzaron velocidades de casi 300 km/h.
O sea, que, pese a todo, es posible que una Tierra acoplada al sol fuera un lugar mucho más ventoso que el planeta al que estamos acostumbrados, particularmente en la frontera entre la cara oscura y la cara iluminada… Y eso es una pena, porque esa región posiblemente tendría una temperatura intermedia y, además, estaría atrapada en una puesta/salida de sol eterna.
Bueno, mira, no pinta tan mal el panorama. Entonces, ¿hay alguna posibilidad de que la Tierra se acople al sol en un futuro y no tenga que descartar la genial idea del negocio de las persianas?
Pues no, voz cursiva, puedes tirar esa idea a la basura, porque a lo máximo que puede aspirar nuestro planeta es a llegar a una situación de doble acoplamiento con la Luna (como el caso de Plutón y Caronte), pero nunca a acoplarse con el sol. Aún así, nuestra estrella agotará su combustible mucho antes de que eso ocurra y se hinchará cada vez más hasta que engulla nuestro planeta. Y entonces no habrá persianas que nos puedan proteger del sol, por mucho que las diseñe Elon Musk.
8 comentarios
Interesante y bien exlicado, como siempre.
El escenario que plantea el título no es el que se desarrolla en el artículo, ya que si el planeta esta acoplado, el día no dura un año, como reza el título, sino que dura para siempre, tal y como dice el texto.
Saludos
Espero que encuentres tu meteorito
Si está acoplado, es precisamente porque su día dura lo mismo que su año, en este caso 365 días. Los cuerpos acoplados rotan, si no lo hicieran, el sol se movería en el cielo y tendrían ciclos de día y noche al trasladarse alrededor de la estrella. Un día no significa que el Sol este siempre en el cielo, sino el tiempo que el planeta tarda en rotar sobre su eje, y los planetas con acoplamiento de marea lo hacen.
No por incordiar, pero en general salvo que se especifique, se suele considerar al día como día solar. En el caso explicado sería día eterno. Para los que lo tuviesen.
El día sideral, sería el que corresponde al título, y aceptable para un título, como licencia literaria.
Muy entretenido como siempre. Estoy enganchado a esta web desde que la encontré.
Un saludo
«Lo único que se me ocurre que estés cagando en la lavadora.»
Qué cachondo eras en los post de 2013 XDD
Enhorabuena por tu blog Jordi. Lo descubrí hace un tiempo y cada vez me gusta más.
Podrías explicar por qué la Tierra no podrá acoplarse con el Sol? Suponiendo que ambos existiesen infinitamente, nunca llegarían a acoplarse?
Gracias, un saludo
Como puede ser que un planeta acoplado a su estrella tenga variaciones significativas del efecto coriolis si su rotación coincide con su traslación?
Según la referencia al efecto Coriolis que hay en el texto, este depende del tamaño del cuerpo celeste que a su vez determina la velocidad de traslación de cualquier punto de su superficie. Es decir, a mayor tamaño (diámetro), mayor diferencia en velocidad entre dos puntos, mayor diferencia de velocidad en el fluido que compone la atmósfera y mayor inestabilidad se genera
Desde luego da vértigo pensar en como pueden cambiar las cosas con pequeños cambios en cosas tan cotidianas como la duracion del dia.
Saludos desde https://bescienced.com