Imaginad por un momento que la Tierra fuera mucho más grande y masiva. Aunque viviríamos en un mundo con una superficie más extensa, nuestro movimiento se vería dificultado por su campo gravitatorio más intenso. Pero este incremento de gravedad también tendría otras consecuencias menos obvias. Por ejemplo, incrementaría la presión del aire y limitaría la altura de las montañas, como expliqué en este otro artículo.
Pues, vaya, sí que cambiarían las cosas sólo por vivir en un planeta más grande.
Y eso que sólo he mencionado un par de detalles superficiales, voz cursiva. Un planeta rocoso enorme (una supertierra) seguramente presentaría muchas diferencias más.
¿Y hasta dónde se pueden llevar esas diferencias? Quiero decir, ¿cuál es planeta rocoso más grande que podría existir?
Buena pregunta, voz cursiva. Veamos si existe un límite de tamaño máximo para las supertierras.
Hace unos años escribí un artículo sobre los planetas más grandes conocidos y hablé de la distinción entre los planetas rocosos y los gigantes gaseosos. Los planetas rocosos poseen un núcleo de hierro y níquel rodeado de un manto rocoso que les proporciona una superficie sólida. En cambio, aunque los gigantes gaseosos poseen un gran núcleo de roca, su masa está hecha principalmente de gas.
Espera, ¿cómo que estos planetas son casi todo gas? ¿Qué significa eso?
Significa que nunca llegaríamos a chocar con una superficie sólida si nos precipitásemos a través de la atmósfera de un gigante gaseoso. En su lugar, la densidad y la temperatura del aire que nos rodea iría aumentando con la profundidad hasta llegar a un punto en el que estaríamos envueltos en gas licuado. Sólo alcanzaríamos el núcleo sólido de su centro si lográsemos atravesar esa gruesa capa líquida y caliente que está sometida a presiones altísimas… Y fuésemos indestructibles, claro.
Por otro lado, como su nombre indica, los gigantes gaseosos son particularmente grandes. Los cuatro gigantes gaseosos de nuestro sistema solar (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) miden 139 800, 116 400, 50 700 y 49 200 kilómetros de diámetro, respectivamente. En cambio, el planeta rocoso más grande es la Tierra y su diámetro ronda los 12 740 kilómetros. No es de extrañar entonces que los planetas más grandes conocidos sean todos gigantes gaseosos, con mucha diferencia.
Vaya, ¿y a qué se debe esta disparidad de tamaño?
A los mecanismos que dan lugar a los dos tipos de planeta, voz cursiva.
En otras ocasiones hemos visto que los planetas del sistema solar se formaron a partir de un disco de gas y polvo que daba vueltas alrededor del Sol, hace unos 4.600 millones de años. A medida que las partículas sólidas de polvo chocaban entre ellas, se combinaban en objetos cada vez más grandes que atraían aún más trozos de material gracias a su mayor campo gravitatorio. Este bucle continuó durante varios millones de años hasta que dio lugar a los primeros planetas rocosos.
Estos cuerpos rocosos también absorbieron parte del gas que los rodeaba y lo acumularon sobre su superficie en forma de unas atmósferas primigenias que estaban compuestas en su mayoría por hidrógeno y helio, los dos elementos que más abundaban en la nebulosa. Sin embargo, el grosor que acabaría alcanzando la atmósfera de cada mundo rocoso dependía de varios factores.
En principio, los cuerpos celestes que estaban más cerca del Sol no podrían haber acumulado grandes cantidades de gas sobre su superficie por dos motivos. Por un lado, nuestra estrella emite una corriente de partículas cargadas en todas direcciones llamada viento solar. Este «viento» interactúa con el gas que rodea los planetas y tiende a arrastrarlo al espacio hasta dejarlos sin atmósfera.
Por otro lado, las atmósferas de los planetas más cercanos al Sol van a estar más calientes. Este detalle es importante porque lo que interpretamos como temperatura no es más que un reflejo de la velocidad a la que se mueven las moléculas, de modo que, cuanto más caliente está un gas, más deprisa se desplazan (hablo sobre este tema con mucho más detalle en uno de los capítulos de mi último libro). Eso significa que, si un planeta está muy cerca de su estrella, las moléculas de gas calientes de las capas altas de su atmósfera pueden alcanzar una velocidad lo bastante alta como para escapar de sus garras gravitatorias y salir al espacio.
¿Y con eso quieres decir que…?
Que los cuerpos celestes que se formen cerca de una estrella deben tener un campo gravitatorio bastante intenso para poder retener su atmósfera. De ahí que Mercurio y Marte no tengan atmósfera. En cambio, Venus y la Tierra lograron retener sus atmósferas porque tienen una masa varias veces mayor (y un campo magnético que la protege del viento solar, en el caso de nuestro planeta).
Ahora bien, las moléculas de gas no escapan con tanta facilidad al espacio en los mundos rocosos que están más alejados de sus estrellas porque, a esas distancias, la intensidad del viento solar es menor y las temperaturas son mucho más bajas. Como resultado, estos cuerpos rocosos lejanos pueden acumular y comprimir grandes cantidades del gas sobre su superficie. Y, si son lo bastante masivos, sus atmósferas crecerán de manera descontrolada hasta que se conviertan en gigantes gaseosos… Que es precisamente lo que les ocurrió a Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno: son «supertierras» que acabaron sepultadas bajo atmósferas gigantescas por su propia gravedad.
Creo que sé por dónde vas. Me estás diciendo que, cuando se habla de «cuál es el tamaño máximo posible de un planeta rocoso», lo que se está debatiendo en realidad es «cuánto puede crecer un planeta rocoso sin convertirse en un gigante gaseoso».
Efectivamente, voz cursiva. Y ahí es donde entramos en el terreno de la incertidumbre porque la cantidad de gas que un planeta rocoso puede absorber de su entorno mientras se forma depende de muchos factores, como su masa, su distancia a la estrella o la cantidad de gas disponible en la nebulosa y su composición.
Aun así, existen estudios que han intentado calcular cuál es la masa mínima que necesita un objeto rocoso para producir un gigante gaseoso. Por ejemplo, un estudio de 2013 estimó que un planeta rocoso que se encuentre a 5 UA de su estrella debe tener una masa al menos 8,5 veces superior a la de la Tierra para acumular suficiente gas. En cambio, como la temperatura y la intensidad del viento solar disminuyen con la distancia, esa cifra baja hasta las 3,5 masas terrestres a 100 UA (recordemos que 1 UA equivale a 150 millones de kilómetros, que es la distancia que separa la Tierra del Sol).
Vale, pero, ¿y no podría existir un planeta rocoso de ese tamaño que nunca llegara a convertirse en un gigante gaseoso porque está demasiado cerca de su estrella?
Buena pregunta, voz cursiva.
Existen un tipo de planetas llamados jupíteres calientes que, como su nombre sugiere, son gigantes gaseosos que orbitan muy cerca de sus estrellas. Aunque se cree que este tipo de cuerpos celestes se forman lejos de sus estrellas y que en algún momento migran hasta una órbita más cercana, un estudio de 2018 propuso que estos gigantes de gas caliente también se podrían formar en sus posiciones actuales si un planeta rocoso muy masivo lograse absorber suficiente gas de su entorno rápidamente. Aunque no se sabe con certeza qué masa mínima debería tener una supertierra para convertirse en un gigante gaseoso tan cerca de su estrella, en el estudio se mencionan cifras de entre 2 y 15 masas terrestres a 0,1 UA.
Aunque no he encontrado mucha literatura científica al respecto, estos números encajan con la a estimación de un estudiante de doctorado de astronomía de Stack Exchange con nombre de usuario HDE. En este hilo, HDE cita varios artículos científicos relacionados con esta cuestión y estima que el tamaño máximo posible para un planeta rocoso debería rondar los 2 diámetros terrestres. En términos de masa y considerando la compresión gravitatoria, una supertierra de este tamaño rondaría las 10 masas terrestres.
Teniendo todo esto en cuenta, no me parece descabellado afirmar que los planetas rocosos más grandes que se pueden formar durante la infancia de un solar deberían rondar entre las 10 y las 15 masas terrestres y tener un diámetro unas 2 veces superior al de la Tierra. Pero, de nuevo, vaya por delante que esto es sólo una cifra orientativa basada en la literatura que he encontrado al respecto.
No está mal. Pero esperaba cifras más impactantes, la verdad.
Bueno, voz cursiva, es posible que existan planetas rocosos mucho más masivos… Pero se formarían a través de un mecanismo distinto.
Soy todo oídos incorpóreos.
Volvamos a los jupíteres calientes. Resulta que estos gigantes gaseosos van perdiendo el gas que os envuelve con el tiempo debido al viento solar y el calor tan intensos que experimentan tan cerca de su estrella. De hecho, existe la posibilidad de que un gigante gaseoso como estos pierda toda su atmósfera y que lo único que quede de él sea el núcleo rocoso, con una masa que puede haber aumentado hasta alcanzar cifras muy superiores a las de una supertierra formada de manera «convencional».
Espera, esto me suena de algo...
Claro, voz cursiva, porque ya escribí sobre estos cuerpos celestes en otra ocasión: son los llamados planetas ctónicos.
Hasta ahora se han detectado algunos planetas alrededor de otras estrellas que tienen densidades altas propias de un planeta rocoso, pero una masa decenas de veces superior a la de la Tierra. Esta combinación de propiedades indican que podríamos encontrarnos ante los núcleos «desnudos» de lo que en su día fueron planetas gigantes gaseosos. Un ejemplo es TOI-849b: esta potencial megatierra tiene una masa 39 veces superior a la del nuestro y una densidad de 5,2 gramos por centímetro cúbico, lo que se traduciría en un radio de unos 44 000 kilómetros, casi cuatro veces superior al terrestre.
Por tanto, si tenemos en cuenta los planetas ctónicos, entonces tal vez los planetas rocosos más grandes posibles tengan masas decenas de masas terrestre y diámetros varias veces mayores que el de nuestro planeta. Si se confirme o no la existencia de estos planetas, una cosa está clara: por muy grandes que sean, seguro que su intensa gravedad y sus temperaturas achicharrantes no los convertirán en el destino ideal para hacer turismo espacial.
