Este artigo foi publicado originalmente em A conversa. A publicação contribuiu com o artigo para Space.com’s Vozes de especialistas: artigos de opinião e insights.
Quando os astrônomos procuram planetas que possam abrigar água líquida em sua superfície, eles começam observando a superfície de uma estrela. zona habitável. A água é um ingrediente chave para a vidae num planeta demasiado próximo da sua estrela, a água na sua superfície pode “ferver”; muito longe e pode congelar. Esta zona marca a região intermediária.
A zona habitável fornece um guia útil para procurar sinais de vida em exoplanetas – planetas fora do nosso sistema solar orbitando outras estrelas. Mas o que existe nas atmosferas destes planetas contém a próxima pista sobre se existe água líquida – e possivelmente vida – fora da Terra.
Na Terra, o efeito estufacausada por gases como o dióxido de carbono e o vapor de água, mantém o planeta quente o suficiente para a água líquida e a vida como a conhecemos. Sem uma atmosfera, a temperatura da superfície da Terra seria média em torno de zero graus Fahrenheit (menos 18 graus Celsius), muito abaixo do ponto de congelamento da água.
Os limites da zona habitável são definidos pela quantidade de “efeito estufa” necessária para manter as temperaturas da superfície que permitem a persistência da água líquida. É um equilíbrio entre a luz solar e o aquecimento atmosférico.
Muitos cientistas planetários, incluindo euprocuram compreender se os processos responsáveis pela regulação do clima da Terra estão a operar noutras zonas habitáveis do mundo. Usamos o que sabemos sobre a geologia e o clima da Terra para prever como esses processos podem aparecer em outros lugares, e é aí que entra a minha experiência em geociências.
Por que a zona habitável?
A zona habitável é uma ideia simples e poderosa, e por boas razões. Fornece um ponto de partida, orientando os astrónomos para onde poderão esperar encontrar planetas com água líquida, sem necessidade de conhecer todos os detalhes sobre a atmosfera ou a história do planeta.
A sua definição é parcialmente informada pelo que os cientistas sabem sobre os vizinhos rochosos da Terra. Marteque fica fora da borda externa da zona habitável, mostra evidência clara de rios e lagos antigos onde antes corria água líquida.
De forma similar, Vênus está atualmente muito perto do sol para estar dentro da zona habitável. Ainda assim, alguns evidência geoquímica e estudos de modelagem sugerem que Vênus pode ter tido água no passado, embora a quantidade e por quanto tempo permaneça incerta.
Estes exemplos mostram que, embora a zona habitável não seja um indicador perfeito da habitabilidade, proporciona um ponto de partida útil.
Processos planetários podem informar a habitabilidade
O que a zona habitável não faz é determinar se um planeta pode sustentar condições habitáveis durante longos períodos de tempo. Na Terra, um clima estável permitiu que a vida surgisse e persistisse. A água líquida pode permanecer na superfície, dando às reações químicas lentas tempo suficiente para construir as moléculas da vida e deixe os primeiros ecossistemas desenvolverem resiliência a mudar, o que reforçou a habitabilidade.
A vida surgiu na Terra, mas continuou a remodelar os ambientes em que evoluiutornando-os mais propícios à vida.
Esta estabilidade provavelmente se desenvolveu ao longo de centenas de milhões de anos, à medida que a superfície dos planetas, os oceanos e a atmosfera trabalhavam juntos como parte da um sistema lento, mas poderoso para regular a temperatura da Terra.
Uma parte fundamental deste sistema é como Terra recicla carbono inorgânico entre a atmosfera, a superfície e os oceanos ao longo de milhões de anos. Carbono inorgânico refere-se ao carbono ligado aos gases atmosféricos, dissolvido na água do mar ou preso em minerais, em vez de material biológico. Esta parte do ciclo do carbono funciona como um termostato natural. Quando os vulcões liberam dióxido de carbono na atmosfera, as moléculas de dióxido de carbono retêm o calor e aquecem o planeta. À medida que as temperaturas aumentam, a chuva e as intempéries retiram carbono do ar e armazenam-no nas rochas e nos oceanos.
Se o planeta arrefecer, este processo abranda, permitindo que o dióxido de carbono, um agente de aquecimento gases de efeito estufapara se acumular na atmosfera novamente. Esta parte do ciclo do carbono ajudou a Terra a recuperar das eras glaciais passadas e a evitar o aquecimento descontrolado.
Mesmo com o brilho gradual do Sol, este ciclo contribuiu para manter as temperaturas na Terra dentro de uma faixa onde a água líquida e a vida podem persistir por longos períodos de tempo.
Agora, os cientistas questionam se processos geológicos semelhantes poderão operar noutros planetas e, em caso afirmativo, como poderão detectá-los. Por exemplo, se os investigadores conseguissem observar um número suficiente de planetas rochosos nas zonas habitáveis das suas estrelas, poderiam procure um padrão conectando a quantidade de luz solar que um planeta recebe e a quantidade de dióxido de carbono existente em sua atmosfera. Encontrar tal padrão pode sugerir que o mesmo tipo de processo de ciclagem de carbono poderia estar operando em outros lugares.
A mistura de gases na atmosfera de um planeta é moldada pelo que acontece na sua superfície ou abaixo dela. Um estudo mostra que a medição do dióxido de carbono atmosférico em vários planetas rochosos pode revelar se as suas superfícies estão divididas em várias placas móveis, como a da Terra, ou se as suas crostas são mais rígidas. Na Terra, estes placas móveis impulsionam o vulcanismo e o desgaste das rochas, que são fundamentais para o ciclo do carbono.
De olho em atmosferas distantes
O próximo passo será para obter uma perspectiva em nível populacional de planetas nas zonas habitáveis de suas estrelas. Ao analisar dados atmosféricos de muitos planetas rochosos, os investigadores podem procurar tendências que revelem a influência dos processos planetários subjacentes, como o ciclo do carbono.
Os cientistas poderiam então comparar estes padrões com a posição de um planeta na zona habitável. Fazer isso permitir-lhes-ia testar se a zona prevê com precisão onde as condições habitáveis são possíveis, ou se alguns planetas mantêm condições adequadas para água líquida para além dos limites da zona.
Este tipo de abordagem é especialmente importante dado a diversidade de exoplanetas. Muitos exoplanetas caem em categorias que não existem em nosso sistema solar – como Super Terras e mini Netuno. Outros orbitam estrelas menores e mais frias que o Sol.
Os conjuntos de dados necessários para explorar e compreender esta diversidade estão no horizonte. O próximo da NASA Observatório de Mundos Habitáveis será o primeiro telescópio espacial projetado especificamente para procurar sinais de habitabilidade e vida em planetas que orbitam outras estrelas. Ele irá criar imagens diretas de planetas do tamanho da Terra em torno de estrelas semelhantes ao Sol para estudar suas atmosferas em detalhes.
Os instrumentos do observatório analisarão a luz das estrelas que passa essas atmosferas para detectar gases como dióxido de carbono, metano, vapor de água e oxigênio. À medida que a luz das estrelas é filtrada pela atmosfera de um planeta, diferentes moléculas absorvem comprimentos de onda específicos de luz, deixando para trás uma impressão digital química que revela quais gases estão presentes. Esses compostos oferecem informações sobre os processos que moldam esses mundos.
O Observatório dos Mundos Habitáveis está sob ativo desenvolvimento científico e de engenharia, com potencial lançamento previsto para a década de 2040. Combinados com os telescópios atuais, que são cada vez mais capazes de observar atmosferas de mundos do tamanho da Terra, os cientistas poderão em breve ser capazes de determinar se os mesmos processos planetários que regulam o clima da Terra são comuns em toda a galáxia, ou exclusivamente os nossos.
