Começa Com Um Estrondo

Pergunte a Ethan: Marte e Vênus já foram planetas vivos?

Embora hoje Marte seja conhecido como um planeta vermelho congelado, ele tem todas as evidências que poderíamos pedir de um passado aquático, durando aproximadamente os primeiros 1,5 bilhão de anos do Sistema Solar. Poderia ter sido semelhante à Terra, até o ponto de ter vida nela, durante o primeiro terço da história do nosso Sistema Solar? (KEVIN M. GILL / FLICKR)

A vida existe na Terra há mais de 4 bilhões de anos. Fomos os únicos?

Uma das questões mais evasivas em toda a ciência é a questão da vida no Universo. Sabemos que existe na Terra, que todos os organismos vivos existentes na Terra descendem do mesmo ancestral comum há bilhões de anos e que a vida está na Terra continuamente há mais de 4 bilhões de anos: pelo menos 90% da existência do nosso planeta. Mas não sabemos o quão onipresente é a vida. Não temos informações sobre a vida em outros mundos em nosso Sistema Solar, sobre a vida em outros Sistemas Solares ou sobre a vida inteligente em qualquer outro lugar do Universo. Tudo o que temos são restrições sobre o que poderia estar lá fora.

Cada planeta que poderia ter vida nele, em qualquer ponto, representa uma chance para a vida se desenvolver. Sabemos que a Terra foi uma dessas chances que deram certo, mas pelo menos dois outros mundos em nosso jovem Sistema Solar – Marte e Vênus – também representavam chances potenciais. Eles poderiam ter vida neles, se não agora, do que em nosso passado distante? É isso que Carol Lake quer saber, escrevendo para perguntar:

Seria possível que Marte e Vênus fossem mundos vivos? Como a mudança climática da Terra está matando, então a mudança climática vai matar todos os seres vivos e então a Terra se tornará apenas mais um planeta que a nova vida se pergunta sobre a possibilidade de nós?

É uma questão interessante para explorar, já que Marte e Vênus sofreram eventos climáticos catastróficos bilhões de anos atrás. Aqui está o que permanece possível com base no que sabemos.

Embora agora acreditemos que entendemos como o Sol e nosso sistema solar se formaram, essa visão inicial é apenas uma ilustração. Quando se trata do que vemos hoje, tudo o que nos resta são os sobreviventes. O que existia nos estágios iniciais era muito mais abundante do que o que sobrevive hoje. (LABORATÓRIO DE FÍSICA APLICADA DA JOHNS HOPKINS UNIVERSITY/INSTITUTO DE PESQUISA DO SUDOESTE (JHUAPL/SWRI))

Vamos recuar cerca de 4,6 bilhões de anos: de volta aos primeiros dias da formação do nosso Sistema Solar. Quando os sistemas solares gostam da nossa primeira forma, há uma série de coisas que devem ocorrer em uma ordem específica. No caso do que deu origem ao nosso Sistema Solar, acreditamos que foi isso que teve que ocorrer:

uma nuvem molecular de gás se contrai sob sua própria gravidade,
as regiões com as maiores concentrações de matéria colapsam mais rapidamente,
levando à formação de novas estrelas e sistemas estelares nas regiões de maior colapso,
onde os maiores aglomerados de massa crescem mais rápido, tornando-se as estrelas mais massivas,
mas aglomerados menores crescem mais devagar, tornando-se estrelas de menor massa,
e que um desses aglomerados menores, com apenas uma grande massa inicial (central), tornou-se a proto-estrela que se transformaria em nosso Sol.

Essa massa central continuará a crescer, emitindo grandes quantidades de radiação e aquecendo lentamente em seu núcleo. À medida que o material continua a cair suavemente na proto-estrela central, um disco circunstelar emerge ao seu redor. Instabilidades gravitacionais se formarão nesse disco, levando a planetesimais: as sementes do que eventualmente se tornarão planetas.

O que acontece a seguir não é um processo fácil de prever, pois a formação de planetas é um processo caótico. Existem basicamente três zonas em relação à estrela ou proto-estrela que está se formando no centro, o que define com quais tipos de elementos você acaba.

Na região mais interna, mais próxima da estrela, está o que é conhecido como linha de fuligem. No interior desta zona, muitas das moléculas à base de carbono que se acredita serem precursoras da vida, como os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, são destruídas. Apenas elementos pesados, como metais, podem sobreviver nesta região mais interna.
Além disso, fora da linha de fuligem, você pode ter esses compostos complexos, mas sem gelo: gelo de água, gelo de amônia, gelo seco, gelo de nitrogênio, etc. linha de gelo , esses compostos voláteis serão vaporizados. Um jovem Vênus, Terra e Marte estavam todos fora da linha de fuligem, mas dentro da linha de gelo.
E fora da linha de gelo, você pode ter todos os compostos voláteis que existem. Vários gelos são bons; grandes quantidades de hidrogênio e hélio podem sobreviver facilmente quando ligadas a um gigante gasoso; corpos semelhantes a asteróides e semelhantes a cometas são comuns.

Com o tempo, os planetesimais que se formam irão interagir gravitacionalmente, crescer, se fundir e influenciar caoticamente uns aos outros. Alguns corpos são lançados ao Sol; outros fora do Sistema Solar; outros se acumulam em massas maiores. Eventualmente, uma configuração planetária estável é alcançada.

O início do Sistema Solar estava cheio de cometas, asteróides e pequenos aglomerados de matéria que atingiram praticamente todos os mundos ao redor. Este período, conhecido como bombardeio pesado tardio, pode ser o mecanismo responsável por trazer a maior parte da água encontrada nos mundos internos do sistema solar para esses mundos, incluindo a Terra. (NASA)

Nesses últimos estágios, os compostos voláteis ligados aos objetos localizados além da linha de gelo sofrem dois destinos: eles acabam bombardeando um dos planetas sobreviventes ou acabam se espalhando em outro lugar. (Acredita-se que é provavelmente de onde vem a água encontrada na Terra e nos outros planetas internos.) Normalmente, existem apenas dois locais, a longo prazo, onde esses objetos acabam: fora da linha inicial de geada, mas dentro da linha de gelo inicial. órbita do próximo planeta, e além da órbita do planeta final no sistema solar. Esses locais, em nosso próprio Sistema Solar, correspondem ao cinturão de asteróides e ao cinturão de Kuiper/nuvem de Oort, respectivamente.

Por fim, chegamos a cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, onde em nosso Sistema Solar tínhamos três mundos que suspeitamos serem relativamente semelhantes. Vênus, Terra e Marte eram planetas rochosos, com atmosferas finas, mas substanciais, água em suas superfícies, algumas das quais provavelmente na forma líquida, e todos extremamente ricos em compostos orgânicos: as moléculas precursoras da vida.

A Terra, à esquerda, e Vênus, como visto no infravermelho à direita, têm raios quase idênticos, com Vênus sendo aproximadamente 90-95% do tamanho físico da Terra. No entanto, devido à sua proximidade com o Sol, Vênus sofreu um destino tremendamente diferente anteriormente. É possível que, daqui a cerca de um bilhão de anos, a Terra finalmente siga o exemplo. (ARIE WILSON SENHAS/UNIVERSIDADE RICE)

A grande pergunta que temos que nos fazer é: o que aconteceu?

O que aconteceu, em Vênus, para transformá-lo no inferno de um inferno que é hoje? Quando ocorreu, como aconteceu, e poderia ter existido vida prosperando e sobrevivendo naquele planeta antes desse evento catastrófico?

O que aconteceu, em Marte, para fazê-lo perder sua atmosfera, secar e congelar, tornando os processos biológicos que associamos à vida impossíveis ou tão raros que ainda precisamos detectá-los?

E o que está acontecendo agora, na Terra, e isso tem o potencial de levar a um destino semelhante a Vênus ou Marte: onde um planeta antes habitável (ou, pelo menos, potencialmente habitável) agora é totalmente inóspito para a vida como a conhecemos ?

Uma coisa é certa: apesar todas as incertezas em torno da origem da vida na Terra , sabemos que, uma vez que se estabeleceu em nosso planeta – um evento que ocorreu há mais de 4 bilhões de anos – sobreviveu e prosperou em uma cadeia ininterrupta de eventos que ocorreram desde então. Embora houvesse muitos eventos de extinção em massa, eles serviram apenas para abrir caminho para as espécies sobreviventes se reproduzirem e preencherem os nichos ecológicos então vagos. Nosso planeta continua vivo.

O instrumento Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA), parte do Mars Global Surveyor, coletou mais de 200 milhões de medições de altímetro a laser na construção deste mapa topográfico de Marte. Todos os lugares que aparecem com uma cor azul escura ou clara, bem como algumas das áreas mais verdes, provavelmente estavam cobertos de água há muito tempo. (EQUIPE MOLA DO PESQUISADOR GLOBAL MARS)

Nos estágios iniciais do nosso Sistema Solar, no entanto, a Terra não era necessariamente o único planeta vivo. Todos os três mundos – Vênus, Terra e Marte – sofreram eventos de impacto externo e tiveram que lidar com processos geológicos internos. Houve eventos magnéticos no núcleo, soerguimento continental e erosão, e a eventual presença de cadeias de montanhas e bacias. Todos esses mundos experimentaram extensa atividade vulcânica, que adicionou compostos voláteis e grandes quantidades de dióxido de carbono à atmosfera, ao mesmo tempo em que criou fundos oceânicos relativamente lisos. Todos os três mundos, muito provavelmente, tiveram um passado aguado.

Mas existem três grandes diferenças entre esses planetas que provavelmente levaram a seus destinos muito diferentes.

Uma delas são as diferentes distâncias orbitais do Sol, com Vênus orbitando a apenas ~ 72% da distância Terra-Sol e Marte orbitando muito mais longe, em cerca de ~ 150% da distância Terra-Sol.
Outra é a taxa de suas rotações planetárias, onde Marte tem um dia semelhante ao da Terra, apenas cerca de 40 minutos a mais, enquanto Vênus gira na direção oposta e leva mais de 200 dias terrestres para completar uma rotação axial.
E, finalmente, há os tamanhos físicos desses planetas: enquanto Vênus está próximo do tamanho da Terra, com ~ 95% do diâmetro do nosso planeta, Marte tem apenas cerca de metade do diâmetro da Terra.

Esta ilustração de quatro painéis mostra um caminho possível para que a eventual terraformação de Marte seja mais parecida com a Terra. O que muito provavelmente aconteceu no passado, no entanto, foi uma reversão desse processo: onde um Marte outrora aquoso, úmido e possivelmente rico em vida perdeu seu campo magnético protetor, o que levou à remoção de sua atmosfera. Hoje, a água líquida é praticamente impossível na superfície marciana. (USUÁRIO INGLÊS DA WIKIPEDIA ITTIZ)

A vida em um mundo é geralmente considerada como uma força estabilizadora, da mesma forma que uma solução tampão em química impede que a adição de um ácido ou base torne toda a solução muito ácida ou muito básica. A vida atinge uma espécie de estado de equilíbrio com seu ambiente, onde quaisquer grandes mudanças na temperatura – na direção positiva ou negativa – levarão a processos vitais trabalhando para neutralizar essa mudança. Somente se ocorrer uma grande mudança para alterar fundamentalmente o estado de equilíbrio, como o grande evento de oxigenação fez na Terra, o que as células de levedura fazem em um ambiente de nutrientes ilimitados, ou o que os humanos estão fazendo com os combustíveis fósseis hoje, pode ocorrer um evento de fuga.

Mas em Vênus e Marte, mesmo que a vida já estivesse presente nesses mundos, sua presença era insuficiente para interromper os processos descontrolados que provavelmente foram iniciados por fatores astrofísicos e geológicos. Vênus pode ter sido um mundo próspero por centenas de milhões de anos, possivelmente até 2 bilhões, segundo alguns. Suas condições podem ter sido semelhantes às da Terra, com água líquida na superfície e possivelmente muito mais. Da mesma forma, Marte já teve oceanos, rios, formou rochas sedimentares e esférulas de hematita e foi temperado e úmido por pelo menos 1,5 bilhão de anos.

Esta fotografia icônica dos mirtilos marcianos, ou esferas de hematita, foi tirada pelo Opportunity nas terras baixas de Marte. Pensa-se que um passado aquoso levou à formação destas esférulas, com provas muito fortes advindas do facto de muitas das esférulas se encontrarem unidas, o que só deveria ocorrer se tivessem origem aquosa. (JPL / NASA / UNIVERSIDADE CORNELL)

A grande questão, é claro, é o que aconteceu?

Em Vênus, o fator que o condenou é provavelmente muito simples: sua proximidade com o Sol. Dada a proximidade, recebe cerca do dobro da quantidade de energia incidente em cada metro quadrado de sua superfície em comparação com a Terra. Mesmo com uma pequena quantidade de vapor de água na atmosfera do início de Vênus, ocorreria um grande efeito estufa, elevando ainda mais a temperatura de Vênus. Em temperaturas mais altas, a concentração de vapor de água na atmosfera aumenta ainda mais, o que aumenta ainda mais a temperatura.

Infelizmente para Vênus, esse processo não pode simplesmente aumentar gradualmente para sempre. Em algum momento crítico, as temperaturas da superfície de Vênus atingirão um valor crítico: cerca de 100 ° C (212 ° F), ou talvez um pouco mais alto, dependendo da pressão atmosférica no momento. Quando isso ocorrer, a água líquida na superfície de Vênus começará a ferver, lançando uma enorme quantidade de vapor de água – basicamente, a soma de todos os oceanos venusianos – na atmosfera, e isso leva a um efeito estufa descontrolado. De repente, a atmosfera de Vênus está quente demais para admitir vida na superfície; o único lugar onde teoricamente poderia ter persistido é na atmosfera superior de Vênus, cerca de 60 km acima. Sempre que isso ocorresse, qualquer vida que existisse anteriormente em Vênus provavelmente encontraria seu fim.

A hipotética missão HAVOC da NASA: Conceito Operacional de Vênus de Alta Altitude. Esta missão de balão pode procurar vida no topo das nuvens do nosso vizinho mais próximo, já que a condição em Vênus, que está ~ 60 km acima da superfície, é surpreendentemente semelhante à Terra em termos de pressão e temperatura. Como isso estaria acima das camadas de ácido sulfúrico, a vida pode ter persistido aqui por bilhões de anos. (CENTRO DE PESQUISA DA NASA LANGLEY)

Enquanto isso, em Marte, recebe apenas ~43% da energia que a Terra recebe (do Sol) em cada metro quadrado. Para que Marte fosse aquoso e úmido – para o qual há uma quantidade esmagadora de evidências geológicas – deve ter havido uma atmosfera espessa e substancial em Marte há muito tempo. Apenas um forte efeito estufa poderia ter mantido as temperaturas e as pressões onde elas precisavam estar para que a água líquida existisse na superfície marciana.

Então, o que aconteceu em Marte?

A única coisa que poderia ter mantido a atmosfera de Marte intacta era a proteção de um campo magnético planetário, semelhante ao que a Terra tem hoje. Sem ele, a atmosfera de Marte seria arrancada pelo vento solar: algo que A missão MAVEN da NASA mediu diretamente. Devido ao tamanho muito menor de Marte em comparação com a Terra, seu núcleo esfriou muito mais rapidamente, levando à morte do dínamo magnético interno que desvia ativamente essas partículas solares. Sem um campo magnético protetor – que estimamos ter morrido após cerca de 1,5 bilhão de anos – praticamente toda a atmosfera marciana teria sido removida em apenas 0,01 bilhão de anos: um piscar de olhos cósmico.

Sem essa atmosfera, a água líquida congelou ou sublimou, qualquer vida ficou adormecida ou morreu, e Marte ficou frio e (em grande parte) sem vida pelos cerca de 3 bilhões de anos que se passaram desde então.

Marte, o planeta vermelho, não tem campo magnético para protegê-lo do vento solar, o que significa que perde sua atmosfera de uma maneira que a Terra não perde. A escala de tempo em que Marte perderá uma atmosfera semelhante à da Terra é da ordem de apenas 10 milhões de anos, mas o campo magnético da Terra deve permanecer intacto por muitos bilhões de anos; este mecanismo não resultará na habitabilidade da Terra. (NASA/GSFC)

A humanidade acabará destruindo toda a vida na Terra? É uma perspectiva improvável. Não é impossível, pois já entramos no que os cientistas classificaram como a 6ª grande extinção em massa. O clima está mudando; nossos lugares selvagens estão desaparecendo (menos de um terço da superfície da Terra é agora deserto); os oceanos estão se acidificando; a concentração de CO2 na atmosfera é maior do que em milhões de anos e continua a aumentar a um ritmo recorde devido às atividades humanas. Se não tomarmos cuidado, a possibilidade de colapso ecológico é muito real e pode muito bem resultar na erradicação da humanidade e possivelmente até na queda total dos mamíferos.

Mas a vida, de alguma forma, ainda deve persistir em nosso planeta. Assim como foi o caso de Vênus e Marte, o momento de fim de jogo para a vida na Terra provavelmente surgirá da influência do Sol. À medida que o tempo passa e o Sol continua a queimar seu combustível nuclear, ele se aquece e fica mais luminoso. Depois de aproximadamente mais ~ 1 bilhão de anos, mais ou menos, sua produção de energia também ferverá os oceanos da Terra, pondo fim à vida como a conhecemos aqui em nosso planeta. Embora as mudanças climáticas causadas pelo homem possam causar nossa própria morte, a vida na Terra é muito mais resiliente. Se conseguirmos sobreviver à nossa infância tecnológica, teremos pelo menos muitas centenas de milhões de anos até que chegue uma crise que ameaça o planeta. Que possamos continuar a enfrentar o desafio de encontrar um equilíbrio com a natureza. É a nossa única esperança de sobrevivência a longo prazo.

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Começa com um estrondo é escrito por Ethan Siegel , Ph.D., autor de Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .