DISCIPLINAS ABRANGENTES NA BUSCA POR VIDA PARA LÁ DA TERRA
2 de janeiro de 2018
À esquerda está uma imagem da Terra obtida pela câmara EPIC do satélite DSCOVR. À direita, a mesma imagem degradada até uma resolução de 3 por 3 pixéis, parecida à que os investigadores vão obter em observações exoplanetárias futuras.
Crédito: NOAA/NASA/DSCOVR
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A procura por vida para lá da Terra está a "surfar" numa onda de criatividade e de inovação. Após uma corrida de ouro de descobertas exoplanetárias ao longo das duas últimas décadas, é hora de abordar o próximo passo: determinar quais dos exoplanetas conhecidos são candidatos adequados para a vida.
Cientistas da NASA e de duas universidades apresentaram novos resultados dedicados a esta tarefa em campos que abrangem a astrofísica, ciências da Terra, heliofísica e ciências planetárias - demonstrando que é essencial uma abordagem interdisciplinar para encontrar vida noutros mundos - na reunião de outono da União Geofísica Americana no dia 13 de dezembro de 2017, em Nova Orleães, no estado norte-americano do Louisiana.
"As regiões conhecidas e potencialmente habitáveis no Universo cresceram a passos largos," afirma Giada Arney, astrobióloga do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, EUA. "Conhecemos milhares de exoplanetas, mas o que sabemos sobre eles é limitado porque ainda não os podemos observar diretamente."
Atualmente, os cientistas contam principalmente com métodos indiretos para identificar e estudar exoplanetas; estes métodos podem dizer se um planeta é do tipo rochoso ou quão perto está da estrela. Mas isso ainda não é suficiente para dizer se o planeta é verdadeiramente habitável, ou adequado para a vida - para isso, os cientistas têm que ser capazes de observar os exoplanetas diretamente.
Estão em andamento projetos e missões de instrumentos de captura de imagem direta, explicou Arney, mas, entretanto, os cientistas estão a fazer progressos com ferramentas já à sua disposição. Estão a construir modelos computacionais para simular o aspeto dos planetas habitáveis e como podem interagir com as suas estrelas-mãe. Para validar os seus modelos, debruçam-se sobre planetas dentro do nosso próprio Sistema Solar, como análogos de exoplanetas que possamos um dia descobrir. Isto, claro, inclui a Terra - o planeta que conhecemos melhor e o único que sabemos ser habitado.
"Na nossa busca por vida noutros mundos, é importante que os cientistas considerem os exoplanetas a partir de uma perspetiva holística - isto é, na perspetiva de múltiplas disciplinas," comenta Arney. "Nós precisamos destes estudos multidisciplinares para examinar exoplanetas como os mundos complexos moldados por processos múltiplos e processos estelares, em vez de apenas pontos distantes no céu."
Estudando a Terra como um Exoplaneta
Quando os seres humanos começarem a captar as primeiras imagens diretas de exoplanetas, até a imagem mais detalhada aparecerá como um punhado de pixéis. O que podemos aprender sobre a vida planetária a partir de apenas alguns pixéis?
Stephen Kane, especialista em exoplanetas da Universidade da Califórnia, em Riverside, EUA, encontrou uma maneira de responder a essa questão usando a câmara EPIC (Earth Polychromatic Imaging Camera) a bordo do DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) do NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Kane explicou que ele e colegas pegam em imagens de alta-resolução do DSCOVR - normalmente usadas para documentar os padrões climáticos globais da Terra e outros eventos relacionados com o clima - e degradam-nas para imagens com apenas alguns pixéis de tamanho. Kane passa as imagens DSCOVR através de um filtro de ruído que tenta simular a interferência esperada para uma missão exoplanetária.
"De apenas um punhado de pixéis, tentamos extrair o máximo de informação possível sobre a Terra," realça Kane. "Se pudermos fazê-lo com precisão para a Terra, podemos fazê-lo para planetas em torno de outras estrelas."
O DSCOVR tira uma foto a cada meia-hora e está em órbita há dois anos. As suas mais de 30.000 imagens são, de longe, o registo contínuo mais longo de observações de disco completo a partir do espaço em existência. Ao observar como o brilho da Terra muda quando está visível na maior parte, terra, em comparação com maioritariamente água, Kane foi, através de engenharia reversa, capaz de determinar o albedo da Terra, obliquidade, taxa de rotação e até variações sazonais - algo que ainda não foi medido diretamente para os exoplanetas - todos estes fatores que podem influenciar, potencialmente, a capacidade de um planeta suportar vida.
À Procura de Outros Vénus
Tal como os cientistas usam a Terra como estudo de caso para planetas habitáveis, também usam outros planetas do Sistema Solar - e, portanto, os planetas com os quais estão mais familiarizados - como estudos para o que torna os planetas inabitáveis.
Kane também estuda o planeta irmão da Terra, Vénus, onde a superfície atinge os 450º C e a atmosfera - repleta de ácido sulfúrico - tem uma pressão 90 vezes a da Terra. Uma vez que a Terra e Vénus são tão parecidos em tamanho, e ainda assim tão diferentes em termos de perspetivas de habitabilidade, ele está interessado em desenvolver métodos para distinguir entre análogos da Terra e análogos de Vénus noutros sistemas planetários, como uma forma de identificar planetas terrestres potencialmente habitáveis.
Kane explicou que ele trabalha para identificar análogos de Vénus em dados do Kepler da NASA ao definir a "Zona de Vénus", onde a insolação planetária - a quantidade de luz que um determinado planeta recebe da sua estrela hospedeira - desempenha um papel fundamental na erosão atmosférica e nos ciclos de gases de efeito de estufa.
"O destino da Terra, o destino de Vénus e das suas atmosferas está ligado um ao outro," comenta Kane. "Ao procurarmos planetas semelhantes, estamos a tentar entender a sua evolução e, em última análise, a frequência com que se tornam parecidos com Vénus."
Modelando Interações Estrela-Planeta
Enquanto Kane falou sobre planetas, a cientista Katherine Garcia-Sage, também de Goddard, focou-se no modo como os planetas interagem com a sua estrela-mãe. Os cientistas também devem considerar como as qualidades da estrela e do ambiente eletromagnético de um planeta - que o pode proteger de uma rígida radiação estelar - impedem ou ajudam a habitabilidade. O campo magnético da Terra, por exemplo, protege a atmosfera do forte vento solar, o fluxo constante de partículas carregadas que pode retirar gases atmosféricos num processo chamado escape ionosférico.
Garcia-Sage descreveu investigações sobre Proxima b, um exoplaneta a quatro anos-luz de distância e que se sabe estar dentro da zona habitável da sua estrela anã vermelha, Proxima Centauri. Mas lá por estar dentro da zona habitável - a gama de distâncias onde a água pode permanecer líquida à superfície de um planeta - isso não significa necessariamente que é habitável.
Apesar dos cientistas ainda não saberem se Proxima b é magnetizado, podem usar modelos computacionais para simular a eficácia de um campo magnético parecido com o da Terra para proteger a atmosfera de um exoplaneta em órbita íntima de Proxima Centauri, que frequentemente produz tempestades estelares violentas. Os efeitos de tais tempestades no ambiente espacial de um determinado planeta são coletivamente conhecidos como meteorologia do espaço.
"Nós precisamos de entender o ambiente meteorológico espacial de um planeta para determinar se é habitável," explica Garcia-Sage. "Se a estrela for muito ativa, pode pôr em perigo a atmosfera, necessária para fornecer água líquida. Mas há uma linha fina: há alguns indícios de que a radiação de uma estrela pode produzir blocos de construção para a vida."
Uma estrela anã vermelha - um dos tipos estelares mais comuns na nossa Galáxia - como Proxima Centauri retira atmosfera quando a radiação ultravioleta extrema ioniza os gases atmosféricos, produzindo uma faixa de partículas carregadas eletricamente que podem fluir para o espaço ao longo das linhas do campo magnético.
Os cientistas calcularam a quantidade de radiação que Proxima Centauri produz em média, com base em observações do Observatório de raios-X Chandra da NASA. Na órbita de Proxima b, os cientistas descobriram que o seu planeta terrestre recebe radiação ultravioleta extrema centenas de vezes mais poderosa do que a Terra em relação ao Sol.
Garcia-Sage e colegas projetaram um modelo de computador para estudar se um planeta parecido com a Terra - com a atmosfera, campo magnético e gravidade da Terra - na órbita de Proxima b podia manter a sua atmosfera. Examinaram três fatores que impulsionam o escape ionosférico: a radiação estelar, a temperatura da atmosfera neutra e o tamanho da calote polar, a região onde o escape ocorre.
Os cientistas mostraram que, com as condições extremas que provavelmente existem em Proxima b, o planeta pode perder o equivalente à totalidade da atmosfera terrestre em 100 milhões de anos - apenas uma fração dos atuais 4 mil milhões de anos de Proxima b. Mesmo no melhor dos cenários, essa massa escapa ao longo de mais de 2 mil milhões de anos, bem dentro do tempo de vida do planeta.
Enquanto Garcia-Sage lidou com planetas magnetizados, David Brain, cientista planetário da Universidade do Colorado em Boulder, falou sobre Marte - um planeta sem campo magnético.
"Marte é um ótimo laboratório para pensar sobre exoplanetas," afirma Brain. "Podemos usar Marte para ajudar a restringir o nosso pensamento sobre uma variedade de exoplanetas rochosos onde ainda não temos observações."
Cada um destes estudos contribui com apenas uma peça para o enigma muito maior - para determinar quais as características que devemos procurar, e reconhecer, na busca por um planeta que possa suportar vida. Em conjunto, esta investigação interdisciplinar estabelece as bases para garantir que, à medida que novas missões para observar exoplanetas mais claramente são desenvolvidas, estaremos prontos para determinar se podem hospedar vida.
Dado que a Terra, à direita, e Vénus, à esquerda, são tão parecidos em tamanho mas tão diferentes em termos de perspetivas de habitabilidade, Stephen Kane, especialista em exoplanetas da Universidade da Califórnia em Riverside, está interessado em desenvolver métodos para distinguir entre análogos da Terra e análogos de Vénus noutros sistemas planetários, como maneira de identificar planetas terrestres potencialmente habitáveis.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Ames
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Nesta ilustração, a radiação ultravioleta extrema de uma estrela anã vermelha ativa faz com que os iões escapem da atmosfera de um exoplaneta.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
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