Deixou, uma imagem da Terra da câmera DSCOVR-EPIC. Direito, a mesma imagem degradada para uma resolução de 3 por 3 pixels, semelhante ao que os pesquisadores verão em futuras observações de exoplanetas. Crédito:NOAA / NASA / DSCOVR
A busca por vida fora da Terra está gerando uma onda de criatividade e inovação. Após a corrida do ouro pela descoberta de exoplanetas nas últimas duas décadas, é hora de dar 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, Ciência da Terra, heliofísica e ciência planetária - demonstrando como uma abordagem interdisciplinar é essencial para encontrar vida em outros mundos - na reunião de outono da União Geofísica Americana em 13 de dezembro 2017, em Nova Orleans, Louisiana.
"Os imóveis potencialmente habitáveis no universo se expandiram muito, "disse Giada Arney, astrobiólogo do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Agora sabemos de milhares de exoplanetas, mas o que sabemos sobre eles é limitado porque ainda não podemos vê-los diretamente. "
Atualmente, os cientistas confiam principalmente em métodos indiretos para identificar e estudar exoplanetas; tais métodos podem dizer a eles se um planeta é semelhante à Terra ou quão próximo está de sua estrela-mãe. Mas isso ainda não é suficiente para dizer se um planeta é realmente habitável, ou adequado para a vida - para isso, em última análise, os cientistas devem ser capazes de observar os exoplanetas diretamente.
Instrumentos de imagem direta e projetos de missão estão em andamento, mas enquanto isso, Arney explicou, os cientistas estão progredindo com as ferramentas já à sua disposição. Eles estão construindo modelos computacionais para simular a aparência dos planetas habitáveis e como eles interagiriam com suas estrelas-mãe. Para validar seus modelos, eles estão olhando para planetas dentro de nosso próprio sistema solar, como análogos dos exoplanetas, podemos descobrir um dia. Esse, claro, inclui a própria Terra - o planeta que conhecemos melhor, e o único que conhecemos que ainda é habitável.
"Em nossa busca pela vida em outros mundos, é importante para os cientistas considerar os exoplanetas de um sentido holístico, isto é, da perspectiva de várias disciplinas, "Arney disse." Precisamos desses estudos multidisciplinares para examinar os exoplanetas como os mundos complexos moldados por múltiplos astrofísicos, processos planetários e estelares, em vez de apenas pontos distantes no céu. "
Desde a Terra, direito, e Vênus, deixou, são tão próximos em tamanho e, no entanto, tão diferentes em termos de perspectivas de habitabilidade, Stephen Kane, um especialista em exoplanetas da Universidade da Califórnia, Riverside, está interessada em desenvolver métodos para distinguir análogos da Terra e de Vênus em outros sistemas planetários, como forma de identificar planetas terrestres potencialmente habitáveis. Crédito:NASA / JPL-Caltech / Ames
Estudando a Terra como um Exoplaneta
Quando os humanos começam a coletar as primeiras imagens diretas de exoplanetas, até a imagem mais próxima aparecerá como um punhado de pixels. O que podemos aprender sobre a vida planetária com apenas alguns pixels?
Stephen Kane, um especialista em exoplanetas da Universidade da Califórnia, Riverside, surgiu com uma maneira de responder a essa pergunta usando a Earth Polychromatic Imaging Camera da NASA a bordo do Observatório Climático do Espaço Profundo da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional, ou DSCOVR. Kane explicou que ele e seus colegas pegam as imagens de alta resolução do DSCOVR - normalmente usadas para documentar os padrões climáticos globais da Terra e outros eventos relacionados ao clima - e os degradam para imagens de apenas alguns pixels de tamanho. Kane executa as imagens DSCOVR por meio de um filtro de ruído que tenta simular a interferência esperada de uma missão de exoplaneta.
"Com apenas um punhado de pixels, tentamos extrair o máximo de informações que sabemos sobre a Terra, "Kane disse." Se pudermos fazer isso com precisão para a Terra, podemos fazer isso para planetas em torno de outras estrelas. "
O DSCOVR tira uma foto a cada meia hora e está em órbita há dois anos. São mais de 30, 000 imagens são, de longe, o registro contínuo mais longo de observações de disco inteiro do espaço existente. Ao observar como o brilho da Terra muda quando a maior parte da terra está à vista em comparação com a maior parte da água, Kane conseguiu fazer a engenharia reversa do albedo da Terra, obliquidade, taxa de rotação e até variação sazonal - algo que ainda não foi medido diretamente para exoplanetas - tudo o que poderia influenciar a capacidade de um planeta de sustentar vida.
Procurando por outros Vênus
Da mesma forma que os cientistas usam a Terra como um estudo de caso para planetas habitáveis, eles também usam planetas dentro do sistema solar - e, portanto, planetas com os quais estão mais familiarizados - como estudos sobre o que torna os planetas inabitáveis.
Uma ilustração de Kepler-186f, o primeiro planeta do tamanho da Terra descoberto dentro da zona habitável de uma estrela. Os cientistas agora sabem de milhares de exoplanetas, mas nosso conhecimento é limitado porque ainda não podemos vê-los diretamente. Crédito:NASA Ames / SETI Institute / JPL-Caltech
Kane também estuda o planeta irmão da Terra, Vênus, onde a superfície é de 850 graus Fahrenheit e a atmosfera - cheia de ácido sulfúrico - atola na superfície com 90 vezes a pressão da Terra. Uma vez que a Terra e Vênus são tão próximos em tamanho e, no entanto, tão diferentes em termos de suas perspectivas de habitabilidade, ele está interessado em desenvolver métodos para distinguir análogos da Terra e de Vênus em outros sistemas planetários, como forma de identificar planetas terrestres potencialmente habitáveis.
Kane explicou que trabalha para identificar análogos de Vênus em dados do Kepler da NASA, definindo a "Zona de Vênus, "onde a insolação planetária - quanta luz um determinado planeta recebe de sua estrela hospedeira - desempenha um papel fundamental na erosão atmosférica e nos ciclos de gases do efeito estufa.
"O destino da Terra e de Vênus e suas atmosferas estão ligados um ao outro, "Kane disse." Ao procurar planetas semelhantes, estamos tentando entender sua evolução, e, finalmente, com que frequência os planetas em desenvolvimento terminam em uma paisagem infernal como a de Vênus. "
Modelando Interações Planeta-Estrela
Enquanto Kane falava sobre planetas, A cientista espacial de Goddard Katherine Garcia-Sage se concentrou na maneira como os planetas interagem com sua estrela hospedeira. Os cientistas também devem considerar como as qualidades de uma estrela hospedeira e do ambiente eletromagnético de um planeta - que pode protegê-lo da forte radiação estelar - atrapalham ou ajudam a habitabilidade. Campo magnético da Terra, por exemplo, protege a atmosfera do forte vento solar, o constante derramamento de material solar carregado do Sol, que pode remover os gases atmosféricos em um processo chamado escape ionosférico.
Garcia-Sage descreveu a pesquisa em Proxima b, um exoplaneta que está a quatro anos-luz de distância e que existe dentro da zona habitável de sua estrela anã vermelha, Proxima Centauri. Mas só porque está na zona habitável - a distância certa de uma estrela onde a água pode acumular na superfície de um planeta - não significa necessariamente que seja habitável.
Embora os cientistas ainda não possam dizer se Proxima b é magnetizado, eles podem usar modelos computacionais para simular o quão bem um campo magnético parecido com a Terra protegeria sua atmosfera na órbita próxima do exoplaneta a Proxima Centauri, que freqüentemente produz violentas tempestades estelares. Os efeitos dessas tempestades no ambiente espacial de um determinado planeta são conhecidos coletivamente como clima espacial.
Nesta ilustração, a luz ultravioleta extrema de uma estrela anã vermelha ativa faz com que os íons escapem da atmosfera de um exoplaneta. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA
"Precisamos entender o ambiente de clima espacial de um planeta para saber se ele é habitável, "Garcia-Sage disse." Se a estrela for muito ativa, pode pôr em perigo a atmosfera, que é necessário para fornecer água líquida. Mas há uma linha tênue:há alguma indicação de que a radiação de uma estrela pode produzir blocos de construção para a vida. "
Uma estrela anã vermelha, um dos tipos mais comuns de estrelas em nossa galáxia, como a Proxima Centauri, remove a atmosfera quando a radiação ultravioleta extrema ioniza os gases atmosféricos, produzindo uma faixa de partículas eletricamente carregadas que podem fluir para o espaço ao longo das linhas de campo magnético.
Os cientistas calcularam quanta radiação 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 seu planeta semelhante à Terra encontrou ataques de radiação ultravioleta extrema centenas de vezes maior do que a Terra a partir do sol.
Garcia-Sage e seus colegas projetaram um modelo de computador para estudar se um planeta semelhante à Terra, com a atmosfera da Terra, campo magnético e gravidade - na órbita de Proxima b poderia manter sua atmosfera. Eles examinaram três fatores que impulsionam o escape ionosférico:radiação estelar, temperatura da atmosfera neutra, e o tamanho da calota polar, a região sobre a qual a fuga acontece.
Os cientistas mostram que com as condições extremas que provavelmente existem em Proxima b, o planeta poderia perder uma quantidade equivalente à totalidade da atmosfera da Terra em 100 milhões de anos - apenas uma fração dos 4 bilhões de anos de Proxima b até agora. Mesmo no melhor cenário, essa quantidade de massa escapa ao longo de 2 bilhões de anos, bem durante a vida do planeta.
Marte, um laboratório para estudar exoplanetas
Enquanto Garcia-Sage falava de planetas magnetizados, David Brain, cientista planetário da Universidade do Colorado, Pedregulho, falou de Marte - um planeta sem campo magnético.
Para receber a mesma quantidade de luz das estrelas que Marte recebe do nosso Sol, um planeta orbitando uma anã vermelha do tipo M teria que ser posicionado muito mais perto de sua estrela do que Mercúrio está do sol. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA
"Marte é um grande laboratório para pensar sobre exoplanetas, "Disse o cérebro." Podemos usar Marte para ajudar a restringir nosso pensamento sobre uma variedade de exoplanetas rochosos sobre os quais ainda não temos observações. "
A pesquisa de Brain usa observações da Mars Atmosphere and Volatile Evolution da NASA, ou MAVEN, missão de fazer a pergunta:Como Marte teria evoluído se estivesse orbitando um tipo diferente de estrela? A resposta fornece informações sobre como os planetas rochosos - semelhantes aos nossos - podem se desenvolver de maneira diferente em diferentes situações.
Pensa-se que Marte já carregou água e uma atmosfera que poderia tê-lo tornado hospitaleiro para a vida semelhante à da Terra. Mas Marte perdeu muito de sua atmosfera ao longo do tempo por meio de uma variedade de processos químicos e físicos - o MAVEN observou perdas atmosféricas semelhantes no planeta desde seu lançamento no final de 2013.
Cérebro, um co-investigador do MAVEN, e seus colegas aplicaram os insights do MAVEN a uma simulação hipotética de um planeta semelhante a Marte orbitando uma estrela de classe M - comumente conhecida como estrela anã vermelha. Nesta situação imaginária, o planeta receberia cerca de cinco a 10 vezes mais radiação ultravioleta do que o verdadeiro Marte recebe, o que, por sua vez, acelera o escape atmosférico a taxas muito mais altas. Seus cálculos indicam que a atmosfera do planeta pode perder três a cinco vezes mais partículas carregadas e cerca de cinco a 10 vezes mais partículas neutras.
Essa taxa de perda atmosférica sugere que orbitando na borda da zona habitável de uma tranquila estrela de classe M, em vez do nosso Sol, poderia encurtar o período habitável do planeta por um fator de cerca de cinco a 20.
"Mas eu não perderia a esperança de planetas rochosos orbitando anãs M, - disse o cérebro. - Escolhemos o pior cenário. Marte é um pequeno planeta, e não tem um campo magnético, de modo que o vento solar pode remover sua atmosfera de maneira mais eficaz. Também escolhemos um Marte que não é geologicamente ativo, então não há fonte interna de atmosfera. Se você mudou algum fator, tal planeta pode ser um lugar mais feliz. "
Cada um desses estudos contribui com apenas uma peça para um quebra-cabeça muito maior - para determinar quais características devemos procurar, e precisa reconhecer, na busca de um planeta que pudesse sustentar a vida. Juntos, essa pesquisa interdisciplinar estabelece as bases para garantir que, à medida que novas missões para observar exoplanetas mais claramente são desenvolvidas, estaremos prontos para determinar se eles podem apenas hospedar vida.