¿Cuándo se asentó la primera agua líquida en los planetas? [cerrado]

  • PRELIMINAR

El agua es necesaria para sustentar la "vida", al menos la forma particular de vida que conocemos. El origen del agua de la Tierra aún se debate, pero hay indicios de que la mayor parte se entregó, más tarde después de la creación de Earth Wiki . Ahora se ha establecido que otros planetas de nuestro sistema solar albergan agua, en al menos uno de sus tres estados (sólido, líquido, vapor). Entonces, la Tierra puede no ser el primer planeta del sistema solar en tener agua líquida. Comparando la edad del Sol con la edad del Universo, existe una fuerte sospecha de que el agua líquida pudo existir en los exoplanetas mucho antes de que se formara el Sol.

  • PREGUNTA:

Tengo curiosidad en cuanto a: ¿en qué período de tiempo es probable que hayan existido los primeros planetas con agua líquida, y cómo se establece científicamente/hipotética/modela esto?

Subsidiaria: ¿Cuál es la probabilidad de que un exoplaneta albergue agua en las 3 formas, como en la Tierra?

¿Puede agregar más contexto a esta pregunta, como "Busqué en Internet y descubrí... así que tengo curiosidad..."
¿Quieres decir en el universo? ¿En el Sistema Solar?
Lo interesante no es "CUÁNDO", sino CÓMO establecieron ellos (los científicos) la hora en que apareció el agua líquida por primera vez, en la Tierra, Marte, etc. (en cualquier otro lugar donde hayan probado su existencia ahora o en el pasado). Si no entendemos (o no creemos en) el CÓMO, el CUÁNDO se vuelve discutible.
@NgPh Agregué un voto de reapertura para comenzar el proceso.
He votado en contra de la reapertura, porque todavía faltan dos detalles clave: dónde ( ¿solo en el vecindario estelar local? ¿Solo en la Vía Láctea? ¿En galaxias muy distantes?) observar, o en cualquier momento de la historia del universo, es decir, incluidos los planetas cuyas estrellas anfitrionas han dejado de arder hace mucho tiempo)? Además, la edición reciente ha agregado una pregunta completamente nueva, sobre la presencia de las 3 fases del agua: esto debe eliminarse y preguntarse por separado. Más edición por favor...
Soy de la opinión de que esta pregunta no debería especificar un perímetro espacial. Depende de los posibles autores de las respuestas definirlo, de acuerdo con su conocimiento. Puede ser, por ejemplo, en la Tierra, los planetas interiores del Sol, en cualquier lugar que nuestras técnicas actuales de detección remota puedan decir, ...

Respuestas (2)

¡La cuestión del suministro de agua a la Tierra y a los planetas en general es objeto de un acalorado debate!

Comencemos usando la Tierra como nuestro punto de referencia. La cantidad total de agua en la superficie de la Tierra es de alrededor de ~1,5 x 10 21 kg, y nos referimos a esta cantidad como un "océano" de agua. También hay una gran cantidad de agua dentro de la Tierra, encerrada, por ejemplo, en silicatos hidratados y en el núcleo. No sabemos cuánto es esto, pero las estimaciones oscilan entre 1 y 50 'océanos'. Entonces, cualquier modelo que intente describir el suministro de agua ya tiene un problema porque no entendemos completamente cuánta agua hay en realidad.

Una característica importante del agua de la Tierra es que tiene una relación D/H distinta (la relación de deuterio a hidrógeno), que es ~6 veces mayor que la del Sol y los planetas gaseosos del Sistema Solar. Podemos usar este hecho para restringir de dónde exactamente en el Sistema Solar podría haber venido el agua de la Tierra. Las teorías actuales sugieren que las condritas carbonáceas son una fuente probable.

Entonces, echemos un vistazo a algunos de los posibles métodos de entrega durante la formación de la Tierra dentro del disco protoplanetario:

Acreción directa de agua desde el disco protoplanetario

Es posible que el agua se haya acumulado directamente desde el disco en forma de vapor de agua adsorbido sobre los granos de silicato. Este escenario podría haber sembrado la Tierra con algunos 'océanos' de agua, pero no tiene en cuenta la alta relación D/H.

Alternativamente, un planeta puede acumular agua en forma de 'nieve' de guijarros sólidos si el planeta existe lo suficientemente lejos de la estrella más allá de la línea de nieve del agua. Este no es el caso de la Tierra, pero ciertamente es un mecanismo importante para los planetas en general. Es importante considerar el hecho de que los discos protoplanetarios son sistemas dinámicos en los que la línea de nieve no es estática. Dependiendo de las condiciones, un planeta estático podría ver pasar la línea de nieve durante el curso de su formación.

Reacciones con el océano de magma primitivo de la Tierra

La acumulación gravitacional de hidrógeno del disco protoplanetario puede haber reaccionado con la superficie de magma de la Tierra primitiva para generar agua. Este método también predice una relación D/H baja, pero puede explicarse de alguna manera mediante un proceso llamado "fraccionamiento", que aumenta la relación D/H con el tiempo.

Dispersión de material por otros cuerpos planetarios

El crecimiento y la migración de planetas gigantes pueden causar caos dentro de un sistema protoplanetario, dispersando y perturbando las órbitas de planetesimales más pequeños. En el caso del Sistema Solar, se cree que el crecimiento y la migración de Júpiter son los responsables de la dispersión hacia el interior de los planetesimales, atrapándolos en el cinturón de asteroides. Otros se dispersaron más adentro y potencialmente podrían haber entregado agua a los planetas terrestres.

Ahora, para responder a tu pregunta... ¿ Cuándo se asentó la primera agua líquida en los planetas? Bueno, la respuesta es que no sabemos, porque todavía no sabemos cómo se entregó el agua. Encontrar la respuesta a esto es una de las principales áreas de investigación en curso en la ciencia planetaria.

Para leer más, sugiero estas dos excelentes revisiones recientes:
Oberg & Bergin (2020) - "Astroquímica y composición de sistemas planetarios"
Raymond & Morbidelli (2020) - "Formación de planetas: mecanismos clave y modelos globales"

Me gusta esta respuesta: primero establezcamos claramente lo que no sabemos.

Si la pregunta es cuándo tuvieron agua líquida los primeros planetas del universo, la respuesta es miles de millones de años antes de que se formara el Sistema Solar.

La Tierra tiene unos 4.600.000.000 años, y creo que el registro geológico muestra que el agua líquida ya estaba presente hace unos 4.000.000.000 años. Así que la Tierra ganó agua líquida menos de 1.000.000.000 de años después de su formación.

La edad del universo se estima en unos 13.000.000.000 de años. Esto indica que posiblemente pudo haber planetas con agua líquida alrededor de 1.000.000.000 años después de la formación del universo o hace unos 12.000.000.000.

Pero llevaría más tiempo que eso, porque los elementos más pesados ​​de los que están hechos los planetas tendrían que formarse por fusión nuclear dentro de grandes estrellas que luego se convertirían en supernovas y esparcirían sus elementos más pesados ​​por el espacio. Eventualmente, el gas y el polvo en el espacio interestelar tendrían un porcentaje lo suficientemente alto de elementos más pesados ​​que los planetas podrían formar cuando se formaron las estrellas.

Entonces, los primeros planetas con agua podrían haber aparecido miles de millones de años después de hace 12.000.000.000 de años. Quizás los primeros planetas con agua líquida se formaron hace unos 10.000.000.000 de años, más de 5.000.000.000 de años antes de que se formaran el Sistema Solar y la Tierra.

Este es un buen razonamiento para dar una perspectiva de escala de tiempo aproximada, pero la respuesta debería ser "hay buenas razones para SOSPECHAR que sucedió mucho antes de que se formara el Sistema Solar".
Parece que hay muchas conjeturas aquí, y no se cita ninguna evidencia autorizada. Parece asumir que se requieren "elementos más pesados" para formar un planeta, lo que obviamente es cierto para los planetas rocosos, pero no ofrece ninguna referencia para respaldar el caso de los gigantes gaseosos del universo temprano. También parece descartar que las estrellas tempranas sean más masivas y más calientes, que se quemen rápidamente (digamos, 10 Myr) y sembran las galaxias con metales a un ritmo muy rápido. PS usar números con tantos ceros hace que sea muy difícil para el lector: mejor usar "mil millones de años" o "Gyr" o " 10 9 años" (etc). :-)