¿Cuál es el tamaño más grande que puede tener un planeta habitable?

Nuestro planeta es el único planeta habitable que conocemos y el mayor mundo de tipo terrestre del Sistema Solar. Pero alrededor de otras estrellas hay planetas rocosos más grandes que la Tierra. Son las supertierras. Todavía es pronto para saber si las supertierras son mejores lugares para la vida comparadas con los planetas de tamaño terrestre, pero nos podemos preguntar si existe algún límite en el tamaño de un planeta habitable. ¿Puede una supertierra de gran tamaño albergar vida?

Visión artística de la supertierra HD 215497 b (Wikipedia).

Un planeta es habitable si es capaz de mantener agua líquida de forma estable en su superficie. No obstante, la presencia de agua es una condición necesaria, pero no suficiente. El que exista un ciclo del carbono es igualmente crucial. Gracias a este ciclo los silicatos de las rocas reaccionan con el dióxido de carbono atmosférico para generar carbonatos. Los carbonatos quedan atrapados en los fondos oceánicos y con el tiempo terminan en las zonas de subducción de las placas tectónicas. La actividad volcánica asociada a estas regiones devuelve posteriormente el dióxido de carbono a la atmósfera.

Este ciclo permite mantener la temperatura media de un mundo dentro de las condiciones de habitabilidad a pesar de cambios catastróficos o la variación de brillo de la estrella con el tiempo. Si la temperatura de un planeta desciende, la creación de carbonatos disminuye. Pero puesto que los volcanes continúan vertiendo dióxido de carbono -un potente gas invernadero-, con el tiempo la temperatura global vuelve a aumentar. Al contrario, si la temperatura aumenta las rocas de la corteza reaccionarán más fácilmente con el dióxido de carbono, reduciendo la concentración de este compuesto en la atmósfera, lo que provoca una disminución de las temperaturas.

En principio, uno podría pensar que cualquier mundo rocoso con mares será habitable, ya que podrá mantener sin problemas este ciclo del carbono. ¿Cualquiera? No tan deprisa. Hay un problema con los mundos océanos, planetas que, como su nombre indica, están cubiertos por un océano global. En el caso de los mundos océanos más grandes, la presión que se alcanza en el fondo es tan alta que el agua se transforma (a partir de 2,4 gigapascales) en un sólido exótico conocido como Hielo VII, muy distinto del hielo (Hielo I) que todos conocemos. Esta capa de hielo aislaría el agua -y el dióxido de carbono disuelto en ella- de las rocas del manto, destruyendo así el ciclo del carbono. Consecuentemente, los mundos océanos de mayor tamaño no serían habitables.

Diagrama de fases del agua en función de la temperatura y la presión. La línea de puntos representa un planeta de cinco masas terrestres con un océano de 0,5 masas terrestres de agua (Y. Alibert et al.).

Otra limitación tiene que ver con la propia presencia de agua líquida en la superficie, el criterio más importante de habitabilidad. La fuerza de la gravedad en las supertierras más grandes es tan elevada que son capaces de retener una atmósfera mucho más densa que la terrestre. El resultado es que la presión y la temperatura en la base de la atmósfera son tales que el agua líquida no puede existir sobre la superficie de estos mundos.

Si tenemos en cuenta estas dos restricciones, el radio máximo que un planeta rocoso habitable puede tener es de 1,7 a 2,2 veces el de la Tierra. Es decir, las supertierras con radios superiores a l1000-14000 kilómetros no serán habitables. Eso sí, siempre y cuando su composición sea similar a la terrestre. Si contiene una mayor cantidad de hierro y otros metales, el radio máximo disminuirá aún más.

Como siempre en estos casos, los resultados se han obtenido a partir de modelos que son mejorables (por ejemplo, el agua de los océanos se ha supuesto pura), pero en cualquier caso sirve para dejarnos claro que en esto de la habitabilidad planetaria el tamaño sí que importa. Y ser demasiado grande parece ser una clara desventaja.