Calculadora de la zona habitable de una estrella: bordes interior y exterior para cualquier estrella
Calcula la zona habitable (zona Ricitos de Oro) de una estrella a partir de su luminosidad y temperatura, su radio o su masa, con los límites climáticos de Kopparapu y colaboradores: bordes conservador y optimista en UA, flujo estelar en cada borde, periodos orbitales, efecto de la masa del planeta y si un planeta a cierta distancia y excentricidad queda dentro, con su temperatura de equilibrio.
Cómo funciona
S_eff = S_eff,☉ + a·T* + b·T*² + c·T*³ + d·T*⁴, con T* = Teff − 5780 K (Kopparapu y colaboradores, 2014) · Distancia del borde d = √(L ÷ S_eff) UA · Sol: Venus reciente 1.776, invernadero desbocado 1.107, invernadero máximo 0.356, Marte primitivo 0.320 · Flujo en el planeta S = L ÷ (a² √(1 − e²)) · T_eq = 278.3 K × S^¼ × (1 − A)^¼ · L = R² × (Teff ÷ 5772)⁴
La temperatura de un planeta depende de cuánta luz recibe de su estrella, y ese flujo disminuye con el cuadrado de la distancia. La zona habitable es la franja de distancias donde un planeta parecido a la Tierra, con una atmósfera adecuada, podría mantener agua líquida en su superficie. Sus bordes los fija la física del clima, no una temperatura única. Demasiado cerca, el vapor de agua atrapa calor hasta que los océanos se evaporan (el efecto invernadero desbocado). Demasiado lejos, ni una atmósfera densa de dióxido de carbono mantiene la superficie por encima del punto de congelación (el invernadero máximo). Los límites optimistas vienen de la evidencia de que Venus pudo tener agua hasta hace unos mil millones de años y de que Marte tuvo agua corriendo en sus inicios. La calculadora usa los ajustes de modelos climáticos de Kopparapu y colaboradores (2013, 2014), los mismos de las herramientas de zona habitable de la NASA y del Virtual Planetary Laboratory. Cada borde es un flujo estelar S_eff que depende de la temperatura de la estrella. Las estrellas más frías y rojas emiten más luz infrarroja, que el agua y el CO₂ absorben bien, así que su zona habitable está a un flujo menor que la del Sol. Al dividir la luminosidad entre ese flujo y sacar la raíz cuadrada se obtiene la distancia en UA. Los ajustes valen para estrellas de 2,600 a 7,200 K. Los planetas más grandes retienen mejor su agua, por lo que el borde interior se acerca cerca de 7% para un planeta de 5 masas terrestres. La temperatura de equilibrio supone que el planeta reparte su calor de forma pareja y que no tiene efecto invernadero. Por eso el valor de la Tierra, 255 K, suena a planeta congelado: su atmósfera añade unos 33 K. Estar en la zona habitable no hace habitable a un planeta: también cuentan su tamaño, su atmósfera, su campo magnético y las fulguraciones de la estrella.
Ejemplo resuelto
Para el Sol (L = 1 L☉, Teff = 5,780 K) T* = 0, así que los bordes son los flujos solares. Zona conservadora: de √(1 ÷ 1.107) = 0.950 UA a √(1 ÷ 0.356) = 1.676 UA. Zona optimista: de √(1 ÷ 1.776) = 0.750 UA a √(1 ÷ 0.320) = 1.768 UA. La Tierra, a 1 UA, recibe 1.000 veces el flujo de la Tierra (1,361 W/m²) y queda en la zona conservadora. Con albedo 0.30 su temperatura de equilibrio es 278.3 × 0.70^¼ = 254.6 K, que se muestra como 255 K (−19 °C), y su periodo es de 365.3 días. Un planeta en el borde exterior tardaría unos 792 días en dar una vuelta.
Fuentes: Kopparapu: habitable zone calculator and coefficients (Penn State) · Virtual Planetary Laboratory: calculation of habitable zones · Kopparapu et al. (2014) code with the fit coefficients (hzcalc.py)
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la zona habitable de una estrella?
Divide la luminosidad de la estrella (en unidades solares) entre el flujo de cada borde y saca la raíz cuadrada para obtener UA. En una estrella como el Sol los bordes conservadores son flujos de 1.107 y 0.356 veces el de la Tierra, es decir, 0.95–1.68 UA. En estrellas más frías los flujos de los bordes son menores, y la calculadora los obtiene a partir de la temperatura de la estrella.
¿Por qué Marte no es habitable si 1.52 UA está dentro de la zona?
La zona solo indica que un planeta con la atmósfera adecuada podría conservar agua líquida. Marte es pequeño, perdió casi toda su atmósfera y su efecto invernadero, y promedia unos 210 K aunque orbita dentro del borde conservador.
¿Qué diferencia hay entre la zona habitable conservadora y la optimista?
La conservadora va del límite de invernadero desbocado al de invernadero máximo de los modelos climáticos. La optimista se extiende hasta donde Venus parece haber tenido agua hace unos mil millones de años y hasta donde Marte tuvo agua hace 3,800 millones de años. Los equipos que buscan planetas suelen dar ambas.
¿Las zonas habitables de las enanas rojas son un problema?
En una estrella de 0.1 L☉ la zona queda a menos de unas 0.5 UA, y en TRAPPIST-1 a menos de unas 0.05 UA. Los planetas tan cercanos probablemente tienen rotación sincrónica y reciben fuertes fulguraciones, aunque se sigue debatiendo si eso descarta la vida.
¿El tamaño del planeta cambia la zona habitable?
Sí, sobre todo el borde interior. Un planeta de 5 masas terrestres tiene más gravedad y una atmósfera más profunda, así que su borde de invernadero desbocado se acerca cerca de 7% a la estrella. Para un planeta del tamaño de Marte (0.1 masas terrestres) se aleja cerca de 10%. El borde exterior casi no cambia.
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