En una novedosa investigación de laboratorio sobre las atmósferas iniciales de los planetas rocosos similares a la Tierra, un equipo de científicos de la Universidad de California en Santa Cruz calentaron muestras prístinas de meteoritos en un horno de alta temperatura y analizaron los gases liberados.

Sus resultados, publicados en la revista Nature Astronomy, sugieren que las atmósferas iniciales de los planetas terrestres pueden diferir significativamente de muchas de las suposiciones comunes utilizadas en los modelos teóricos de las atmósferas planetarias.

"Esta información será importante cuando empecemos a poder observar las atmósferas de los exoplanetas con nuevos telescopios e instrumentación avanzada", resalta en un comunicado la autora principal, Maggie Thompson, estudiante de posgrado en astronomía y astrofísica en la UC Santa Cruz.

Se cree que las primeras atmósferas de los planetas rocosos se forman principalmente a partir de los gases liberados de la superficie del planeta como resultado del intenso calentamiento durante la acreción de los bloques de construcción planetarios y de la posterior actividad volcánica al principio del desarrollo del planeta.

"Cuando los bloques de construcción de un planeta se juntan, el material se calienta y se producen gases, y si el planeta es lo suficientemente grande los gases serán retenidos como una atmósfera", sostiene, por su parte, la coautora Myriam Telus, profesora adjunta de ciencias de la Tierra y planetarias en la UC Santa Cruz. "Estamos tratando de simular en el laboratorio este proceso tan temprano en el que se está formando la atmósfera de un planeta para poder poner algunas limitaciones experimentales a esa historia", añade Telus.

Los investigadores analizaron tres meteoritos de un tipo conocido como condritas carbonosas de tipo CM, que tienen una composición considerada representativa del material a partir del cual se formaron el sol y los planetas.

"Estos meteoritos son materiales sobrantes de los bloques de construcción que pasaron a formar los planetas de nuestro sistema solar", apunta Thompson. "Las condritas se diferencian de otros tipos de meteoritos en que no se calentaron lo suficiente como para fundirse, por lo que han conservado algunos de los componentes más primitivos que pueden informarnos sobre la composición del sistema solar en la época de la formación de los planetas", indica la investigadora.

En colaboración con los científicos de materiales del departamento de física, los investigadores montaron un horno conectado a un espectrómetro de masas y a un sistema de vacío. Mientras las muestras de meteoritos se calentaban a 1.200 grados Celsius, el sistema analizaba los gases volátiles producidos por los minerales de la muestra. El vapor de agua fue el gas dominante, con cantidades significativas de monóxido y dióxido de carbono, y cantidades menores de gases de hidrógeno y sulfuro de hidrógeno también liberados.

Según Telus, los modelos de atmósferas planetarias suelen asumir abundancias solares, es decir, una composición similar a la del sol y, por tanto, dominada por el hidrógeno y el helio.

"Sin embargo, basándose en la desgasificación de los meteoritos, se esperaría que el vapor de agua fuera el gas dominante, seguido por el monóxido de carbono y el dióxido de carbono", prosigue Telus. "Utilizar las abundancias solares está bien para los planetas grandes, del tamaño de Júpiter, que adquieren sus atmósferas de la nebulosa solar, pero se cree que los planetas más pequeños obtienen sus atmósferas más de la desgasificación", añade la profesora.

Los investigadores compararon sus resultados con las predicciones de los modelos de equilibrio químico basados en la composición de los meteoritos.

"Cualitativamente, obtenemos resultados bastante similares a lo que los modelos de equilibrio químico predicen que debería desgasificarse, pero también hay algunas diferencias", apunta Thompson. "Se necesitan experimentos para ver lo que realmente ocurre en la práctica. Queremos hacer esto con una amplia variedad de meteoritos para proporcionar mejores restricciones a los modelos teóricos de atmósferas exoplanetarias", expone.

Otros investigadores han realizado experimentos de calentamiento con meteoritos, pero esos estudios tenían otros fines y utilizaban métodos diferentes. "Mucha gente está interesada en lo que ocurre cuando los meteoritos entran en la atmósfera de la Tierra, así que ese tipo de estudios no se hicieron con este marco en mente para entender la desgasificación", dice Thompson.

Los tres meteoritos analizados para este estudio fueron la condrita Murchison, que cayó en Australia en 1969; Jbilet Winselwan, recogido en el Sahara Occidental en 2013; y Aguas Zarcas, que cayó en Costa Rica en 2019.

"Puede parecer arbitrario utilizar meteoritos de nuestro sistema solar para entender los exoplanetas alrededor de otras estrellas, pero los estudios de otras estrellas están encontrando que este tipo de material es en realidad bastante común alrededor de otras estrellas", señala Telus.