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    O Hubble usa a Terra como proxy para identificar o oxigênio em exoplanetas potencialmente habitáveis

    Esta ilustração mostra o Telescópio Espacial Hubble sobreposto a uma imagem da Lua, visto durante um eclipse lunar. Aproveitando um eclipse lunar total em janeiro de 2019, astrônomos usando o telescópio espacial Hubble da NASA detectaram ozônio na atmosfera da Terra. Este método serve como um substituto de como eles observarão planetas semelhantes à Terra em trânsito na frente de outras estrelas em busca de vida. O alinhamento perfeito do nosso planeta com o Sol e a Lua durante um eclipse lunar total imita a geometria de um planeta terrestre em trânsito com sua estrela. Em um novo estudo, O Hubble não olhou para a Terra diretamente. Em vez de, astrônomos usaram a Lua como um espelho que reflete a luz do sol transmitida pela atmosfera da Terra, que foi então capturado pelo Hubble. Esta é a primeira vez que um eclipse lunar total foi capturado em comprimentos de onda ultravioleta e de um telescópio espacial. Crédito:M. Kornmesser (ESA / Hubble), NASA, e ESA

    Aproveitando um eclipse lunar total, astrônomos usando o telescópio espacial Hubble da NASA detectaram a própria marca de protetor solar da Terra - o ozônio - em nossa atmosfera. Este método simula como os astrônomos e pesquisadores da astrobiologia buscarão evidências de vida além da Terra, observando "bioassinaturas" potenciais em exoplanetas (planetas ao redor de outras estrelas).

    O Hubble não olhou para a Terra diretamente. Em vez de, os astrônomos usaram a Lua como um espelho para refletir a luz solar, que passou pela atmosfera da Terra, e então refletido de volta para o Hubble. O uso de um telescópio espacial para observações de eclipses reproduz as condições sob as quais futuros telescópios mediriam as atmosferas de exoplanetas em trânsito. Essas atmosferas podem conter produtos químicos de interesse para a astrobiologia, o estudo e a busca pela vida.

    Embora inúmeras observações baseadas em solo deste tipo tenham sido feitas anteriormente, esta é a primeira vez que um eclipse lunar total foi capturado em comprimentos de onda ultravioleta e de um telescópio espacial. O Hubble detectou a forte impressão digital espectral do ozônio, que absorve parte da luz solar. O ozônio é importante para a vida porque é a fonte do escudo protetor da atmosfera terrestre.

    Na terra, a fotossíntese ao longo de bilhões de anos é responsável pelos altos níveis de oxigênio e espessa camada de ozônio do nosso planeta. Essa é uma das razões pelas quais os cientistas pensam que o ozônio ou o oxigênio podem ser um sinal de vida em outro planeta, e se referem a eles como bioassinaturas.

    "Encontrar o ozônio é significativo porque é um subproduto fotoquímico do oxigênio molecular, que é em si um subproduto da vida, "explicou Allison Youngblood do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial em Boulder, Colorado, pesquisador principal das observações de Hubble.

    Embora o ozônio na atmosfera da Terra tenha sido detectado em observações terrestres anteriores durante eclipses lunares, O estudo de Hubble representa a detecção mais forte da molécula até hoje porque o ozônio - medido do espaço sem interferência de outros produtos químicos na atmosfera da Terra - absorve a luz ultravioleta com muita força.

    O Hubble registrou ozônio absorvendo parte da radiação ultravioleta do Sol que passou pela borda da atmosfera da Terra durante um eclipse lunar que ocorreu de 20 a 21 de janeiro, 2019. Vários outros telescópios terrestres também fizeram observações espectroscópicas em outros comprimentos de onda durante o eclipse, procurando por mais ingredientes atmosféricos da Terra, como oxigênio e metano.

    "Um dos principais objetivos da NASA é identificar planetas que poderiam sustentar vida, "Youngblood disse." Mas como saberíamos um planeta habitável ou desabitado se víssemos um? Como seriam eles com as técnicas de que dispõem os astrônomos para caracterizar as atmosferas dos exoplanetas? É por isso que é importante desenvolver modelos do espectro da Terra como um modelo para categorizar atmosferas em planetas extrasolares. "

    O artigo dela está disponível online em The Astronomical Journal .

    Farejando Atmosferas Planetárias

    As atmosferas de alguns planetas extrasolares podem ser sondadas se o mundo alienígena passar pela face de sua estrela-mãe, um evento chamado trânsito. Durante um trânsito, a luz das estrelas é filtrada pela atmosfera do exoplaneta retroiluminado. (Se visto de perto, a silhueta do planeta pareceria ter uma fina, "halo" brilhante em torno dele causado pela atmosfera iluminada, assim como a Terra quando vista do espaço.)

    Os produtos químicos na atmosfera deixam sua assinatura reveladora ao filtrar certas cores da luz das estrelas. Astrônomos que usaram o Hubble foram os pioneiros nessa técnica para sondar exoplanetas. Isso é particularmente notável porque os planetas extrasolares ainda não haviam sido descobertos quando o Hubble foi lançado em 1990 e o observatório espacial não foi inicialmente projetado para tais experimentos.

    Este diagrama (fora da escala) explica a geometria do eclipse lunar. Quando a Lua está inteiramente na umbra da Terra (conhecido como eclipse lunar total ou eclipse umbral), toda a luz solar que atinge a superfície lunar foi refratada ou espalhada pela atmosfera da Terra. Quando a Lua está na penumbra da Terra (conhecido como eclipse penumbral), a iluminação vem tanto da luz solar direta quanto da luz solar refratada e espalhada pela atmosfera do planeta. Este processo é semelhante a uma observação de trânsito de exoplanetas. Crédito:M. Kornmesser (ESA / Hubble), NASA, e ESA

    Até aqui, astrônomos usaram o Hubble para observar as atmosferas de planetas gigantes gasosos e superterras (planetas com várias vezes a massa da Terra) que transitam por suas estrelas. Mas os planetas terrestres do tamanho da Terra são objetos muito menores e suas atmosferas são mais finas, como a casca de uma maçã. Portanto, extrair essas assinaturas de exoplanetas do tamanho da Terra será muito mais difícil.

    É por isso que os pesquisadores precisarão de telescópios espaciais muito maiores do que o Hubble para coletar a débil luz das estrelas que passa pela atmosfera desses pequenos planetas durante o trânsito. Esses telescópios precisarão observar planetas por um período mais longo, muitas dezenas de horas, para construir um sinal forte.

    Para se preparar para esses telescópios maiores, astrônomos decidiram conduzir experimentos em um planeta terrestre habitado muito mais próximo e apenas conhecido:a Terra. O alinhamento perfeito do nosso planeta com o Sol e a Lua durante um eclipse lunar total imita a geometria de um planeta terrestre que transita por sua estrela.

    Mas as observações também foram desafiadoras porque a Lua é muito brilhante, e sua superfície não é um refletor perfeito porque está manchada com áreas claras e escuras. A Lua também está tão perto da Terra que o Hubble teve que tentar manter um olho firme em uma região selecionada, apesar do movimento da Lua em relação ao observatório espacial. Então, A equipe de Youngblood teve que levar em consideração o desvio da Lua em sua análise.

    Onde Há Ozônio, Existe vida?

    Encontrar ozônio nos céus de um planeta extrassolar terrestre não garante que exista vida na superfície. "Você precisaria de outras assinaturas espectrais além do ozônio para concluir que havia vida no planeta, e essas assinaturas não podem ser necessariamente vistas na luz ultravioleta, "Youngblood disse.

    Esta imagem telescópica terrestre da Lua destaca a região geral onde os astrônomos usaram o telescópio espacial Hubble da NASA para medir a quantidade de ozônio na atmosfera da Terra. Este método serve como um substituto de como eles observarão planetas semelhantes à Terra ao redor de outras estrelas em busca de vida. Crédito:M. Kornmesser (ESA / Hubble), NASA, e ESA

    Na terra, O ozônio é formado naturalmente quando o oxigênio da atmosfera terrestre é exposto a fortes concentrações de luz ultravioleta. O ozônio forma um cobertor ao redor da Terra, protegendo-o dos fortes raios ultravioleta.

    "A fotossíntese pode ser o metabolismo mais produtivo que pode evoluir em qualquer planeta, porque é alimentado pela energia da luz das estrelas e usa elementos cosmicamente abundantes, como água e dióxido de carbono, "disse Giada Arney, do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, co-autor do artigo científico. "Esses ingredientes necessários devem ser comuns em planetas habitáveis."

    A variabilidade sazonal na assinatura do ozônio também pode indicar a produção biológica sazonal de oxigênio, assim como acontece com as estações de crescimento das plantas na Terra.

    Mas o ozônio também pode ser produzido sem a presença de vida quando o nitrogênio e o oxigênio são expostos à luz solar. Para aumentar a confiança de que uma determinada bioassinatura é realmente produzida pela vida, os astrônomos devem pesquisar combinações de bioassinaturas. Uma campanha de vários comprimentos de onda é necessária porque cada uma das muitas bioassinaturas são mais facilmente detectadas em comprimentos de onda específicos para essas assinaturas.

    "Os astrônomos também terão que levar em consideração o estágio de desenvolvimento do planeta ao olhar para estrelas mais jovens com planetas jovens. Se você quisesse detectar oxigênio ou ozônio de um planeta semelhante ao da Terra primitiva, quando havia menos oxigênio em nossa atmosfera, os recursos espectrais da luz óptica e infravermelha não são fortes o suficiente, "Arney explicou." Achamos que a Terra tinha baixas concentrações de ozônio antes do período geológico do Proterozóico médio (entre cerca de 2,0 bilhões a 0,7 bilhões de anos atrás), quando a fotossíntese contribuiu para o aumento de oxigênio e ozônio na atmosfera para os níveis que vemos hoje. Mas, como a assinatura de luz ultravioleta das características do ozônio é muito forte, você teria a esperança de detectar pequenas quantidades de ozônio. O ultravioleta pode, portanto, ser o melhor comprimento de onda para detectar vida fotossintética em exoplanetas de baixo oxigênio. "

    A NASA tem um observatório próximo, chamado Telescópio Espacial James Webb, que pode fazer tipos semelhantes de medições em luz infravermelha, com potencial para detectar metano e oxigênio em atmosferas de exoplanetas. O lançamento do Webb está programado para 2021.


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