Os oceanos do nosso planeta geram assinaturas de luz reveladoras quando a luz solar reflete neles. Exoplanetas com cobertura oceânica significativa podem fazer o mesmo. Podemos usar as assinaturas de refletância da Terra para identificar outros mundos semelhantes à Terra com grandes oceanos?
Devemos ser capazes de, eventualmente.

Um novo estudo examinou as assinaturas de luz refletidas nos oceanos da Terra e explorou seu fluxo e polarização. Os pesquisadores modelaram duas Terras:um planeta seco e um planeta úmido com nuvens e atmosfera semelhantes à Terra. Em seguida, eles simularam como a luz seria refletida nesses planetas em diferentes condições. Eles descobriram que apenas um oceano pode fazer com que a polarização da luz diminua de maneiras específicas.

O estudo é intitulado “Assinaturas oceânicas no fluxo total e espectros de polarização de exoplanetas semelhantes à Terra”. A revista Astronomy and Astrophysics irá publicá-lo, mas atualmente está disponível online no site de pré-impressão arxiv.org. Os autores são V. J. H. Trees e D. M. Stam. Trees é do Royal Netherlands Meteorological Institute, e Stam é da Delft University of Technology.

Os cientistas encontraram vapor de água em exoplanetas, mas é detectado espectroscopicamente quando o planeta está na frente de sua estrela e a luz da estrela passa pela atmosfera. Essas observações revelaram a assinatura molecular da água, mas atualmente não há como saber se existe um oceano. “… observações reais de oceanos de água líquida só são possíveis usando uma detecção direta da luz das estrelas que é refletida pelo planeta”, afirma o artigo.

Algumas estimativas científicas mostram que até um quarto dos exoplanetas conhecidos têm oceanos, embora grande parte dessa água possa estar em oceanos subterrâneos. Em nosso sistema solar, apenas o planeta Terra tem oceanos de superfície. Várias luas no sistema solar têm oceanos subterrâneos, e alguns dos planetas anões provavelmente também.

Não estamos perto de detectar oceanos subterrâneos em exoluas, mas à medida que a tecnologia dos telescópios avança, podemos detectar oceanos em planetas semelhantes à Terra. Como os autores deste artigo escrevem, “simulações numéricas da luz das estrelas que são refletidas por exoplanetas semelhantes à Terra preveem assinaturas de habitabilidade que podem ser pesquisadas com telescópios futuros”.

Os pesquisadores calcularam três coisas em suas simulações numéricas de exoplanetas:fluxo total (F), fluxo polarizado (Q) e grau de polarização (Ps). Eles modelaram os oceanos de uma maneira particular. “Os oceanos consistem em superfícies refletoras de Fresnel com ondas agitadas pelo vento, espuma e sombras de ondas, acima da água do mar azul natural”, explicam. Refletir Fresnel é quando a luz refletida está no mesmo plano que a luz incidente. Também é chamado de polarização paralela, em homenagem a Augustin-Jean Fresnel. Ele inventou uma lente usada em faróis que focaliza a luz em um feixe mais estreito.

Medir a polarização da luz dos oceanos é importante porque não se espera que a luz das estrelas seja polarizada. Além disso, enquanto os sinais de luz se degradam com a distância, o grau de polarização não. Infelizmente, os astrônomos ainda não podem medir a polarização refletida no oceano. “Os atuais telescópios terrestres e espaciais não são capazes de medir a luz polarizada que é refletida por exoplanetas semelhantes à Terra”, explicam os autores.

Mas isso vai mudar.

O próximo European Extremely Large Telescope (E-ELT) e o Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), um conceito de telescópio espacial que está sendo desenvolvido pela NASA, serão capazes de medir a luz polarizada. Modelos numéricos como os deste estudo serão usados ​​para projetar os instrumentos e procedimentos de observação necessários para detectar a polarização da luz refletida pelos exo-oceanos.

Uma das principais conclusões deste trabalho diz respeito ao grau de polarização ou Ps. A imagem abaixo compara o Ps para planetas secos sem nuvens versus planetas oceânicos sem nuvens.

A principal conclusão é que Ps só cai em certas circunstâncias, que podem ser medidas. Como os autores apontam, "quedas em Ps são observadas apenas para planetas oceânicos e somente quando o brilho está livre de nuvens". Esse é um resumo simplificado de seus resultados, mas mostra que eles estão no caminho certo.

Se – ou espero que quando – descobrirmos um exoplaneta com um oceano, será um evento marcante. A comunidade científica espacial está bastante confiante de que eles estão por aí e têm uma forte possibilidade de sustentar a vida. Dicas de exo-oceanos aparecem quando os cientistas medem a densidade de um exoplaneta em relação ao seu tamanho. Mas do jeito que está, não há como saber com certeza se estamos detectando um oceano na superfície.

Esses pesquisadores estão trabalhando no problema de detectar exo-oceanos há algum tempo e publicaram outros artigos abordando o problema. Se suas simulações estiverem corretas, podemos estar desenvolvendo uma maneira confiável de detectar mundos oceânicos a grandes distâncias. O E-ELT deve ver a primeira luz por volta de 2027 e será capaz de detectar a luz estelar polarizada refletida nos oceanos.

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