Três bilhões de anos atrás, A Terra era um lugar muito diferente. O sol que brilhou em seus oceanos e continentes não era tão brilhante como é hoje, e ao invés da atmosfera rica em oxigênio que os humanos precisam para sobreviver, o metano desempenhou um papel muito maior na camada de gás que envolvia nosso jovem planeta. Apesar de suas diferenças, esta Terra primitiva e a nossa atual têm algo importante em comum:ambas poderiam sustentar a vida.

Durante grande parte de sua existência, A Terra foi habitada. Mas se os pesquisadores analisassem remotamente a atmosfera daquela jovem Terra, eles podem ter perdido a evidência para a vida.

"A Terra tem sido muitas coisas diferentes, "diz Timothy Lyons, um professor do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias da Universidade da Califórnia, Riverside. "É uma história notável que nosso planeta tenha mantido a habitabilidade por tanto tempo."

Lyons chefia a equipe "Terras Alternativas" do Instituto de Astrobiologia da NASA, em que os pesquisadores estão caracterizando a Terra durante os diferentes estágios de sua existência de 4,5 bilhões de anos.

"Estamos olhando para o passado da Terra para refinar nossa capacidade de procurar bioassinaturas [as impressões digitais químicas da vida] além de nosso planeta e Sistema Solar, "diz ele." São os planetas extra-solares que mais nos interessam. "

Atualmente, existem mais de 4, 000 exoplanetas conhecidos e milhares mais aguardando confirmação. Os cientistas estão desenvolvendo métodos remotos para ver se esses planetas são potencialmente habitáveis ​​e talvez até habitados. As assinaturas de qualquer vida distante provavelmente serão encontradas nos gases pertencentes à atmosfera de um exoplaneta.

A mudança da Terra

Embora a Terra seja o único lugar no Universo conhecido por abrigar vida, existem muitos outros anteriores, versões alternativas de nosso planeta natal, como mudou ao longo do tempo, que também permitiu que a vida sobrevivesse e prosperasse.

"Por mais de quatro bilhões de anos, A Terra teve oceanos, e tivemos vida durante a maior parte desse tempo, no entanto, a Terra mudou tão profundamente ao longo de sua história, "diz Lyons.

Por meio do programa de pesquisa Terras Alternativas, a equipe é capaz de "levar esse conhecimento coletado dos diferentes estados de nosso planeta habitável e habitado e estender esse entendimento mais alto - literalmente - para a atmosfera de um planeta distante".

Ao combinar dados da geologia, química, e biologia dos continentes da Terra, oceanos, e atmosferas de diferentes períodos de tempo, a equipe de Terras Alternativas está modelando como as atmosferas dessas primeiras Terras teriam se baseado, em parte, nas relações com a vida nos oceanos subjacentes. Essa capacidade de modelar atmosferas antigas e estender as lições aprendidas às atmosferas ao redor de planetas distantes é vital para a busca de planetas potencialmente habitáveis ​​além do nosso Sistema Solar.

"A Terra já nos ensinou muitas lições diferentes, "Lyons diz." [Nossa pesquisa] não está procurando outra Terra per se. É mais sobre procurar as diferentes partes do que é ser um planeta que pode sustentar a vida. Depois de saber o que esses processos fazem em um planeta como a Terra, você pode montá-los em incontáveis ​​outros cenários planetários que podem ou não ser capazes de fazer a mesma coisa. "

Especificamente, a equipe está investigando três diferentes Terras antigas, coletando dados de rochas para criar uma imagem da geologia, química, e a biologia do planeta naqueles tempos. Os capítulos de interesse particular abrangem de 3,2 a 2,4 bilhões de anos atrás, quando as primeiras formas de vida começaram a liberar oxigênio na atmosfera por meio da fotossíntese; 2,4 a 2,0 bilhões de anos atrás, quando o "Grande Evento de Oxidação" ocorreu e o oxigênio inundou a atmosfera e os oceanos da Terra; e de 2,0 bilhões a 500 milhões de anos atrás, quando a vida se tornou cada vez mais complexa, preparando o cenário para os organismos que evoluiriam para se tornar as criaturas que habitam a Terra hoje.

"Compreendendo a evolução do nosso próprio planeta, incluindo estágios de estabilidade notável, bem como episódios de turbulência, é um primeiro passo essencial para a compreensão da diversidade de planetas habitáveis ​​e de vida que podemos encontrar no Universo, "diz o membro da equipe Stephanie Olson da Universidade de Chicago. Olson é especialista na interação entre o oceano e a atmosfera da Terra primitiva.

Projetos de habitabilidade

Os pesquisadores também podem ajustar seus modelos planetários para criar um número infinito de projetos de exoplanetas possivelmente habitáveis. Por exemplo, eles podem usar modelos que podem acelerar a rotação do planeta, ajustar a inclinação de seu eixo, coloque todos os continentes em um hemisfério (ou remova-os completamente), ou permitir que um lado do planeta fique de frente para sua estrela continuamente. Os continentes são um componente integral da habitabilidade dos oceanos. Através do desgaste das superfícies terrestres, nutrientes entram nos oceanos para nutrir a vida dentro deles, e as posições e elevações dessas massas de terra alteram como esses nutrientes se movem para os oceanos e através deles.

“Esses fatores também influenciam a comunicação entre o oceano e a atmosfera, e, portanto, a detectabilidade de vida no oceano, ", Diz Olson." Compreender como os parâmetros planetários influenciam a atividade biológica e a conectividade oceano-atmosfera pode ajudar a identificar os alvos mais promissores para a detecção de vida de exoplanetas que serão menos vulneráveis ​​a falsos negativos de bioassinatura. "

A possibilidade de falsos negativos - quando na verdade há vida em um exoplaneta, mas as assinaturas dessa vida escapam da detecção - fascina a equipe de Terras Alternativas.

Em um artigo de 2017 liderado por Chris Reinhard da Georgia Tech, a equipe Alternative Earths sinalizou o perigo de falsos negativos na busca por planetas habitáveis. A presença de metano e oxigênio em uma atmosfera tem sido vista como um padrão-ouro na busca por vida distante. Esses dois gases não devem coexistir em quantidades apreciáveis, como eles reagem rapidamente um com o outro, mas os organismos vivos podem constantemente reabastecê-los na atmosfera, permitindo que esse desequilíbrio persista.

Contudo, se os pesquisadores estivessem olhando para a Terra primitiva sobre a maioria, se não todos, de sua história, eles podem não ter sido capazes de detectar metano e oxigênio na atmosfera antiga, apesar da vida estar presente por muito tempo.

"[Detectar] metano atmosférico teria sido problemático durante a maior parte dos últimos ~ 2,5 bilhões de anos da história da Terra, "Reinhard e seus colegas escrevem. Para mundos rochosos com oceanos, como a Terra, esses gases podem ser reciclados nos oceanos, em vez de ser detectável na atmosfera. Esta possibilidade implica que "os planetas mais propícios ao desenvolvimento e manutenção de uma biosfera generalizada, como aqueles com continentes resistentes e vastos oceanos, muitas vezes será um desafio caracterizar usando bioassinaturas atmosféricas convencionais, " eles escrevem.

Adicionalmente, mesmo se oxigênio e metano estiverem presentes, eles não são necessariamente produtos da vida.

O oxigênio pode ser o resultado da fotossíntese, e micróbios produzem metano, mas também podem se formar por meio de processos fotoquímicos e geológicos. Na verdade, o Instituto de Astrobiologia da NASA tem uma equipe que investiga a produção de metano por meio de reações geológicas, em vez de biológicas.

"Os produtos dessas reações podem sustentar a vida em um mundo oceânico, mas os próprios gases podem não ter nada a ver com a vida, "Lyons diz." Você não pode avaliar o que os gases significam sem um contexto rigoroso. "

"Normalmente vemos a habitabilidade como binária:um planeta pode suportar vida ou não, mas provavelmente existe um espectro de habitabilidade, "acrescenta Olson.

Um proxy para oxigênio

Os pesquisadores da equipe de Terras Alternativas estão combinando o que sabem sobre os diferentes estados de nosso planeta e usando seus dados e simulações de computador associadas para gerar exemplos de quais impressões digitais químicas, ou espectros sintéticos, os cientistas deveriam procurar exoplanetas.

Lyons aponta o ozônio e a sazonalidade como particularmente importantes na busca por vida em outros planetas.

"Somos grandes fãs de ozônio [O ₃ ] porque pode ser detectado mais facilmente por técnicas espectroscópicas do que o oxigênio [molecular] [O ₂ ] ", diz ele." Queremos olhar para o ozônio e sua variabilidade temporal como um proxy para O ₂ e sua sazonalidade. "

A descoberta de possíveis falsos negativos usando métodos tradicionais de detecção de vida levou a equipe a pensar em novos e talvez até mais robustos sinais de vida. "Essa foi a parte mais divertida, "diz Lyons.

Enquanto O ₂ pode ter sido difícil de detectar remotamente na Terra jovem, ozônio, que se forma de O ₂ , pode não ter sido. Este é apenas um exemplo das muitas maneiras pelas quais a história da Terra informa nossa escolha de possíveis alvos exoplanetários para detecção de vida.

Contudo, se os astrobiólogos querem ser capazes de procurar ozônio em exoplanetas, eles precisam pressionar para que esses experimentos sejam incluídos em missões futuras.

"Estamos apenas começando a obter dados de outros planetas, "Lyons diz." Para adquirir os dados certos desses planetas no futuro, precisamos começar a planejar agora. "

Esta história foi republicada como cortesia da Revista Astrobiologia da NASA. Explore a Terra e muito mais em www.astrobio.net.