p O estudo de exoplanetas - planetas que estão fora do nosso sistema solar - pode ajudar os cientistas a responder a grandes questões sobre o nosso lugar no universo, e se a vida existe fora da Terra. Mas, esses mundos distantes são extremamente tênues e difíceis de visualizar diretamente. Um novo estudo usa a Terra como substituto de um exoplaneta, e mostra que mesmo com muito pouca luz - apenas um pixel - ainda é possível medir as características principais de mundos distantes. p O novo estudo usa dados do instrumento Earth Polychromatic Imaging Camera (EPIC) da NASA, que está a bordo do Observatório Climático do Espaço Profundo da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional, ou DSCOVR, satélite. DSCOVR gira em torno do Sol no ponto 1 de Lagrange, uma órbita específica que fornece a EPIC uma visão constante da superfície iluminada pelo sol de nosso planeta natal. EPIC tem observado a Terra continuamente desde junho de 2015, produzindo mapas diferenciados da superfície do planeta em vários comprimentos de onda, e contribuindo para estudos de clima e tempo.

p O instrumento EPIC captura luz refletida da Terra em 10 comprimentos de onda diferentes, ou cores. Então, cada vez que EPIC "tira uma foto" da Terra, na verdade, ele captura 10 imagens. O novo estudo calcula a média de cada imagem em um único valor de brilho, ou o equivalente a uma imagem de "pixel único" para cada comprimento de onda. Um único, um instantâneo de um pixel do planeta forneceria muito pouca informação sobre a superfície. Mas no novo estudo, os autores analisaram um conjunto de dados contendo imagens de pixel único tiradas várias vezes por dia, em 10 comprimentos de onda, durante um longo período. Apesar de todo o planeta ter sido reduzido a um único ponto de luz, os autores foram capazes de identificar nuvens de água na atmosfera e medir a taxa de rotação do planeta (a duração do seu dia). Os autores dizem que o estudo, na edição de 27 de junho da Astrophysical Journal , demonstra que a mesma informação pode ser derivada de observações de um único pixel de exoplanetas.

p "A vantagem de usar a Terra como proxy para um exoplaneta é que podemos verificar nossas conclusões derivadas dos dados de pixel único com a riqueza de dados que realmente temos para a Terra - não podemos fazer isso se estivermos usando dados de um distante, exoplaneta real, "disse Jonathan Jiang, um cientista atmosférico e climático do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, e autor principal do novo estudo.

p Um minúsculo ponto de luz

p Quando a filha de Jiang, Teresa, estava na escola primária, ele organizou um evento de observação de estrelas para ela e seus amigos. Jiang apontou para as estrelas, e disse a sua filha que o Sol também é estrela, e que existem planetas orbitando outras estrelas assim como os planetas orbitam o sol. Ela pressionou seu pai por mais informações, perguntando como os cientistas poderiam aprender sobre esses mundos distantes a partir de tão minúsculos pontos de luz no céu.

p "As crianças fazem muitas perguntas boas, "Disse Jiang." E essa pergunta ficou na minha mente - se eu posso ver um exoplaneta apenas como um minúsculo ponto de luz, posso ver nuvens, oceanos e terra? "

p Jiang começou sua carreira em astrofísica, mas para seu Ph.D. trabalhar, ele decidiu aplicar suas habilidades de modelagem física e computacional ao clima da Terra. Agora, ele está usando dados climáticos para auxiliar no estudo de exoplanetas. Os exoplanetas são significativamente mais escuros do que as estrelas e muito mais difíceis de detectar. Terra, por exemplo, é cerca de 10 bilhões de vezes mais tênue que o sol. Apenas cerca de 45 exoplanetas foram descobertos por imagem direta, todos os quais são muito maiores do que a Terra. A maioria dos exoplanetas conhecidos (mais de 3, 700 foram confirmados) foram detectados indiretamente, usando técnicas como o método de trânsito, no qual os cientistas observam o ligeiro escurecimento de uma estrela causado pelo trânsito de um exoplaneta pela face da estrela.

p O instrumento EPIC captura a luz refletida do lado ensolarado da Terra em 10 comprimentos de onda diferentes, ou cores, porque diferentes materiais refletem diferentes comprimentos de onda de luz em diferentes graus - plantas, por exemplo, refletem principalmente a luz verde. E um planeta avermelhado como Marte, por exemplo, teria um perfil de cor muito diferente em comparação com um planeta coberto de gelo.

p O novo estudo mostra que, ao observar um planeta com características distintas ao longo do tempo - como oceanos e continentes - é possível medir a taxa de rotação do planeta observando um padrão repetitivo na luz refletida. Este padrão surgiria daquelas características planetárias movendo-se à vista com uma cadência regular. Por exemplo, a cada 24 horas, A Austrália e o Oceano Pacífico preenchem o campo de visão do EPIC, e cerca de 12 horas depois, a América do Sul e o Atlântico preenchem o quadro, com a África e o Oceano Índico passando pelo meio. Este padrão de mudança de luz se repetia dia após dia. No novo jornal, os autores mostram que podem detectar esse ciclo de repetição e, assim, determinar a taxa de rotação, ou a duração do dia do planeta. A taxa de rotação de um planeta pode revelar informações sobre como e quando o planeta se formou, e é uma propriedade particularmente difícil de medir com os métodos atuais.

p "As pessoas têm falado há algum tempo sobre o uso dessa abordagem para medir a taxa de rotação de exoplanetas, mas não houve demonstração de que poderia funcionar porque não tínhamos dados reais, "disse Renyu Hu, um cientista de exoplanetas do JPL e co-autor do novo estudo. "Mostramos que em cada comprimento de onda, o período de 24 horas aparece, o que significa que esta abordagem para medir a rotação do planeta é robusta. "

p Os autores observam, Contudo, que a eficácia desse método dependeria das características únicas do planeta. Um padrão de ciclo diário pode não ser visível em um planeta que é amplamente homogêneo em sua superfície. Vênus, por exemplo, é coberto por nuvens espessas e não tem oceanos em sua superfície, portanto, um padrão recorrente de um dia inteiro pode não aparecer, ou pode não ser distinto o suficiente para observar em uma imagem de um pixel. Planetas como Mercúrio e Marte também seriam desafiadores, mas Jiang disse que características planetárias como crateras também podem contribuir para um padrão que pode ser usado para medir o período de rotação.

p Exoplanetas de imagem

p Estudos anteriores usaram a Terra como um proxy para exoplanetas, para investigar quais tipos de propriedades planetárias podem ser derivadas de longe, mas nenhum estudo anterior analisou tantas bandas de comprimento de onda. Este também é o primeiro estudo a capturar um conjunto de dados tão grande, tomadas ao longo de um longo período de tempo:usou mais de 27 meses de observações, com imagens tiradas pela EPIC cerca de 13 vezes por dia.

p As observações diretas de exoplanetas têm muito menos dados do que o que foi usado no novo estudo, mas os pesquisadores relatam que para medir a taxa de rotação de um exoplaneta com mais de 90 por cento de confiança exigiria a captura de imagens apenas duas a três vezes por período orbital (ou seja, por "dia" naquele exoplaneta específico) por cerca de sete períodos orbitais.

p A quantidade de tempo que os astrônomos teriam para observar um exoplaneta para identificar sua taxa de rotação também depende de quanta luz indesejada é incluída nos dados do exoplaneta. Os dados EPIC fornecem uma visão excepcionalmente clara da Terra, amplamente livre de luz de outras fontes. Mas um dos principais desafios na imagem direta de exoplanetas é que eles são muito mais opacos do que suas estrelas-mãe. A luz da estrela próxima pode facilmente abafar a luz de um exoplaneta, tornando o último invisível. Com o sinal do planeta competindo com a luz da estrela, pode demorar mais para discernir um padrão que possa revelar a taxa de rotação do planeta. A NASA está investigando projetos potenciais para telescópios de próxima geração que podem ser capazes de gerar imagens de exoplanetas do tamanho da Terra diretamente.

p Com o campo da imagem direta de exoplanetas avançando, Jiang não parou de pensar na pergunta que sua filha lhe fez há mais de uma década. Se os cientistas podem aprender sobre as características da superfície de planetas distantes, então, eles poderiam responder a uma pergunta ainda maior que sua filha fez - algum desses planetas hospeda vida?