• Começa com um estrondo

Existem planetas super-habitáveis ​​em comparação com a Terra?

A NASA está criando um índice de habitabilidade do planeta, e a Terra pode não estar no topo. Com nossos dados atuais, classificar a habitabilidade é uma adivinhação.

Principais conclusões

• Quando se trata de vida no Universo, temos apenas um exemplo de sucesso cósmico: a história da vida aqui mesmo no planeta Terra.
• Embora a Terra tivesse as condições e os ingredientes certos para que a vida surgisse, sobrevivesse e prosperasse, não sabemos quais eram as chances de sucesso, nem quais eram os outros 'prêmios' na loteria biológica cósmica.
• Classificar exoplanetas com base em uma escala de 'habitabilidade' é uma grande e digna ambição, mas nossa profunda ignorância torna isso um esforço prematuro e, em última análise, equivocado para hoje.

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Aqui na Terra, a vida se instalou muito cedo na história do nosso planeta – no máximo nas primeiras centenas de milhões de anos – e persistiu desde então, sobrevivendo e prosperando em uma cadeia biológica ininterrupta por mais de quatro bilhões de anos. Apesar de numerosos mundos rochosos e gelados conhecidos em nosso próprio Sistema Solar, bem como mais de 5000 exoplanetas conhecidos orbitando outras estrelas além do Sol, a Terra continua sendo a única instância em que confirmamos que existe vida.

Isso não significa, no entanto, que se quisermos encontrar vida fora da Terra, devemos nos restringir a procurar planetas muito parecidos com o nosso. Claro, eles estão lá fora: mundos do tamanho da Terra orbitando em torno de estrelas semelhantes ao Sol a distâncias semelhantes à distância Terra-Sol. Mas é uma suposição excessivamente restritiva concluir que planetas como o nosso são os únicos lugares onde a vida surge.

Na verdade, planetas parecidos com a Terra podem até não ser os melhores lugares para procurar vida extraterrestre. Na grande loteria cósmica da vida, não sabemos:

• quais são os outros prêmios,
• quais são as chances de ganhar qualquer tipo de prêmio,
• e se a vida na Terra é “a grande vencedora” ou se ainda existem prêmios maiores por aí.

Em 2014, um par de astrobiólogos propôs a ideia de um planeta superhabitável : aquele com condições mais adequadas para o surgimento, evolução e maior biodiversidade da vida. Embora muitos exoplanetas foram apontados como super habitáveis , as evidências ainda são obscuras. Aqui está a ciência por trás da ideia de super-habitabilidade.

Se a luz de uma estrela-mãe puder ser obscurecida, como com um coronógrafo ou uma sombra estelar, os planetas terrestres dentro de sua zona habitável poderiam ser fotografados diretamente, permitindo buscas por inúmeras bioassinaturas potenciais. Nossa capacidade de fazer imagens diretas de exoplanetas está atualmente limitada a exoplanetas gigantes a grandes distâncias de estrelas brilhantes, mas isso melhorará com uma melhor tecnologia de telescópio.

Sejamos francos sobre as limitações do que sabemos. Sabemos que os blocos de construção da vida – de átomos brutos a moléculas orgânicas, aminoácidos e planetas rochosos ricos em água – são literalmente encontrados em todo o Universo. Até sabemos como e onde ocorrem.

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• Uma variedade de processos, desde a fusão nuclear em estrelas até cataclismos estelares, como supernovas de colapso de núcleo, anãs brancas explosivas e estrelas de nêutrons fundidas, combinam-se para criar o conjunto completo de elementos que compõem a tabela periódica.
• Em nuvens de gás intergaláctico, em regiões de formação de estrelas, em fluxos de estrelas jovens e em discos de formação de planetas ao redor dessas estrelas, uma grande variedade de moléculas orgânicas continua a ser descoberta.
• Nas regiões internas de sistemas estelares jovens, bem como em asteróides e cometas encontrados em nossos próprios sistemas solares, existe uma enorme variedade de moléculas complexas, incluindo hidrocarbonetos aromáticos e dezenas de tipos de aminoácidos, existe em grande número e grande variedade.
• E em todo o Universo, onde quer que existam estrelas, existem também um número enorme de planetas.

Mas nem toda estrela tem planetas, e nem todo planeta é adequado para o desenvolvimento da vida.

Embora pesquisas do início dos anos 2000 professassem que a habitabilidade só deveria ser possível em um anel anular ao redor da maioria das galáxias semelhantes à Via Láctea, com baixa metalicidade e cataclismos estelares frequentes e/ou interações gravitacionais densas desfavorecendo a vida nas regiões externas ou internas, essa pesquisa tem sido posta em causa, particularmente no que diz respeito às regiões galácticas interiores.

Houve uma série de erros – ou seja, afirmações feitas no início que agora são consideradas errôneas – que exigiram que os astrônomos repensassem quais suposições devemos fazer ao considerar a possibilidade de habitabilidade de um exoplaneta.

Presumimos, inicialmente, que haveria uma zona habitável: uma região onde um planeta rochoso com atmosfera suficiente poderia manter água líquida em sua superfície. Agora sabemos que muitos mundos fora desta chamada zona habitável poderia possuir oceanos subsuperficiais sob uma camada de gelo, que as exoluas poderiam ser habitáveis ​​através do aquecimento das marés por um planeta próximo, e que a atmosfera certa poderia tornar um mundo frio e estéril hospitaleiro à vida.

Presumimos que ter um planeta semelhante a Júpiter em nosso Sistema Solar nos protegia de muitos impactos importantes; agora sabemos que Júpiter realmente aumenta a taxa de colisão na Terra de asteróides e cometas em algo como 350%.

Presumimos que todas as estrelas possuíam uma mistura de planetas terrestres e gigantes; agora sabemos que, a menos que uma estrela seja rica o suficiente em elementos pesados, a formação de planetas rochosos não pode ocorrer .

Em ambientes densos com muitas estrelas, como aglomerados de estrelas jovens, o centro galáctico ou os centros de aglomerados globulares, as interações gravitacionais podem perturbar as órbitas dos exoplanetas, tornando-os instáveis. No entanto, esta pode não ser a explicação de por que nenhum planeta foi encontrado em aglomerados globulares; talvez a natureza pobre em metal dos aglomerados examinados seja o motivo pelo qual nenhum planeta está presente.

E, talvez o mais condenável, assumimos que as super-Terras, ou planetas entre 2 e 10 massas terrestres, eram o tipo mais comum de planeta no Universo e, por algum motivo misterioso, não eram encontrados em nenhum lugar do nosso Sistema Solar. Embora seja verdade que até agora, entre todos os exoplanetas descobertos, existem mais planetas nessa faixa de massa do que em qualquer outra faixa de massa, categorizá-los como “super-Terras” é extremamente enganoso.

Acontece que quando você mede as massas e os raios de exoplanetas juntos, você descobre que existem apenas três grandes categorias de exoplanetas que existem.

1. Planetas terrestres/rochosos, que normalmente não têm mais de 120-130% do raio da Terra e não mais de ~2 vezes a massa da Terra.
2. Planetas semelhantes a Netuno, que têm um envelope de gás espesso e volátil envolvendo sua superfície com pelo menos milhares de atmosferas terrestres, que representam praticamente todas as chamadas super-Terras até planetas com a massa de Saturno.
3. E planetas jovianos, ou mundos gigantes gasosos que exibem autocompressão, variando de cerca de 40% da massa de Júpiter até cerca de 13 vezes a massa de Júpiter, ponto em que o planeta se torna uma estrela anã marrom e acima de ~ 80 massas de Júpiter , uma estrela de queima de hidrogênio de pleno direito.

Quando classificamos os exoplanetas conhecidos por massa e raio juntos, os dados indicam que existem apenas três classes de planetas: terrestre/rochoso, com um envelope de gás volátil, mas sem autocompressão, e com um envelope volátil e com autocompressão . Qualquer coisa acima disso é uma estrela. O tamanho planetário atinge um pico de massa entre a de Saturno e Júpiter, com mundos cada vez mais pesados ​​ficando menores até que a verdadeira fusão nuclear se inicie e uma estrela nasça. Saturno é praticamente o planeta de densidade mais baixa que existe.

Sim, há exceções a essas regras gerais, mas a lição não é depositar nossas esperanças nessas exceções. Em vez disso, a lição é procurar a presença real da vida, pois somente quando tivermos a confirmação da presença da vida em outro mundo podemos começar a fazer declarações inteligentes sobre a probabilidade de um mundo abrigá-la.

Enquanto isso, declarar um mundo super-habitável é terrivelmente prematuro, pois nossas noções de habitabilidade são definidas em grande parte por nossos preconceitos, não por dados.

No entanto, há uma série de considerações que devemos fazer ao avaliar as condições presentes em um planeta em termos de habitabilidade. Não podemos ter certeza de qual conjunto de condições é mais ou menos provável que leve a um planeta habitado, mas podemos ter certeza de que essas propriedades afetarão a adequação de um planeta para hospedar vida nele. Os detalhes – que obviamente ainda precisam ser trabalhados – exigirão dados muito mais robustos do que temos atualmente. Enquanto pensamos sobre a adequação dos planetas e sistemas planetários para a vida no Universo, aqui estão as principais considerações que precisamos ter em mente.

Este mapa codificado por cores mostra a abundância de elementos pesados ​​de mais de 6 milhões de estrelas na Via Láctea. Estrelas em vermelho, laranja e amarelo são tão ricas em elementos pesados ​​que deveriam ter planetas; estrelas codificadas em verde e ciano raramente deveriam ter planetas, e estrelas codificadas em azul ou violeta não deveriam ter absolutamente nenhum planeta ao seu redor. Observe que o plano central do disco galáctico, estendendo-se até o núcleo galáctico, tem potencial para planetas rochosos habitáveis.

Metalicidade . Esta é a linguagem dos astrônomos para a fração de elementos pesados ​​– outros elementos além de hidrogênio e hélio – presentes em um sistema estelar. Uma das descobertas mais fascinantes da uma análise dos primeiros 5000 (ok, 5069) exoplanetas descobertos é o fato de que existem muito poucos planetas em torno de estrelas que não têm uma abundância de elementos pesados ​​como a solar. Especificamente, de todos os exoplanetas conhecidos com períodos orbitais inferiores a 2000 dias (cerca de 6 anos terrestres):

• Apenas 10 exoplanetas orbitam estrelas com 10% ou menos dos elementos pesados ​​encontrados no Sol.
• Apenas 32 exoplanetas orbitam estrelas com entre 10% e 16% dos elementos pesados ​​do Sol.
• E apenas 50 exoplanetas orbitam estrelas com entre 16% e 25% dos elementos pesados ​​do Sol.

Isso significa, ao todo, que apenas 92 dos 5.069 exoplanetas conhecidos (apenas 1,8%) existem em torno de estrelas com um quarto ou menos dos elementos pesados ​​encontrados no Sol. Se você quiser fazer um planeta através do cenário de acreção do núcleo, que é a única maneira de fazer um planeta rochoso perto de sua estrela-mãe, você precisa absolutamente de elementos pesados ​​​​suficientes. Pode haver um “pico” na metalicidade onde a vida é mais provável; além de uma certa abundância, a vida pode tornar-se menos provável novamente. A única maneira de conhecer a dependência metalicidade-vida é descobrir e catalogar sistemas com vida neles.

O (moderno) sistema de classificação espectral Morgan-Keenan, com a faixa de temperatura de cada classe de estrelas mostrada acima, em kelvin. A esmagadora maioria (80%) das estrelas hoje são estrelas da classe M, com apenas 1 em 800 sendo massiva o suficiente para uma supernova. Apenas cerca de metade de todas as estrelas existe isoladamente; a outra metade está ligada a sistemas multi-estrelas. Anteriormente, quando não havia elementos pesados, praticamente todas as estrelas que se formavam eram estrelas O e B: o tipo mais quente, azul e massivo.

Tipo de estrela . Aqui na Terra, estamos orbitando uma estrela do tipo G: uma estrela com uma massa solar de material. Estrelas como o nosso Sol queimam de forma relativamente estável por bilhões de anos, aumentando sua produção de energia em alguns por cento a cada bilhão de anos. Uma vez que eles passam as primeiras centenas de milhões de anos iniciais, durante os quais eles explodem copiosamente, eles queimam de forma estável até evoluir para uma subgigante, uma gigante vermelha, e então terminar em uma combinação de nebulosa planetária/anã branca.

Mas nosso Sol é mais massivo do que cerca de 95% de todas as estrelas que existem. Cerca de 75-80% de todas as estrelas são de baixa massa: anãs vermelhas do tipo M. Essas estrelas são mais frias, menos luminosas e têm uma vida muito mais longa que o nosso Sol. Eles brilham com mais frequência, e todos os seus planetas rochosos rapidamente ficam presos a eles, onde um lado sempre enfrenta sua estrela e o lado oposto sempre fica de costas. No entanto, eles também vivem por até trilhões de anos e queimam em luminosidades muito estáveis, exceto sua propensão a erupções.

As estrelas do tipo K estão entre essas duas e compõem ~ 15% das estrelas: vivem mais do que o nosso Sol, mas sem as erupções de estrelas de menor massa. As estrelas do tipo O, B, A e F são todas mais massivas e de vida mais curta do que o nosso Sol, mas com maiores saídas de energia e vidas de até 2-3 bilhões de anos. Qual tipo de estrela é mais propício ao surgimento da vida? É uma pergunta inteligente a ser feita; é uma pergunta idiota para fingir que temos respostas.

A massa, período e método de descoberta/medição usado para determinar as propriedades dos primeiros 5000+ (tecnicamente, 5005) exoplanetas já descobertos. Embora existam planetas de todos os tamanhos e períodos, atualmente estamos inclinados a planetas maiores e mais pesados ​​que orbitam estrelas menores em distâncias orbitais mais curtas. Os planetas externos na maioria dos sistemas estelares permanecem em grande parte desconhecidos, mas aqueles que foram descobertos, em grande parte por meio de imagens diretas, são difíceis de explicar com o cenário de acreção do núcleo.

Massa planetária preferida . Aqui está uma pergunta para você: quão grande a gravidade da superfície é mais preferível para a vida: semelhante à da Terra, menor que a da Terra ou maior que a da Terra? Quanta área de superfície é a quantidade ideal, ou mais preferida, para a vida: mais que a da Terra, menos que a da Terra ou igual à da Terra? Qual é a melhor relação terra-água para um planeta ter para sustentar a vida: principalmente terra, principalmente (ou exclusivamente) água, ou alguma mistura de terra e água?

E quanto a propriedades como a taxa de rotação de um planeta: é mais lento ou mais rápido melhor?

E quanto a propriedades como inclinação axial? Grande, pequeno ou intermediário é o melhor? Importa se a inclinação axial muda significativamente ao longo do tempo - ou seja, é bom ter uma lua grande e estabilizadora - ou é inconsequente?

É fácil fazer grandes declarações neste momento, porque temos uma total falta de evidências sobre quais condições são mais propícias à vida. Essas são questões que valem a pena pensar, especialmente quando começamos a entender a abundância de planetas de massas específicas em torno de estrelas de classes específicas e suas distribuições em termos dessas e de outras métricas. Mas até que tenhamos dados sobre qual fração de planetas com qualquer conjunto específico de propriedades são realmente habitadas, tudo isso permanece especulação.

Nossa noção de zona habitável é definida pela propensão de um planeta do tamanho da Terra com uma atmosfera semelhante à da Terra a essa distância específica de sua estrela-mãe para ter a capacidade de água líquida, sem cobertura de gelo, em sua superfície. Embora isso descreva as condições que a Terra possui, não se sabe se isso é um requisito, ou mesmo uma preferência, da vida.

Desde 2014, a hipótese predominante é que os planetas terrestres mais massivos, mas ainda rochosos, seriam os mais propensos a serem habitados; planetas com duas vezes a massa da Terra e cerca de 120% do raio da Terra são os preferidos. Supõe-se que planetas com cobertura oceânica significativa, mas com oceanos mais rasos, principalmente ao longo das plataformas continentais, sejam mais propícios à vida. Planetas mais próximos do centro do que foi inicialmente chamado a zona habitável deveria ser mais provável que abrigasse vida do que um planeta próximo à borda interna, como a Terra. E planetas em torno de estrelas de massa ligeiramente menor do que o nosso Sol com atmosferas um pouco mais densas do que a Terra são considerados os lugares mais prováveis ​​para o surgimento da vida.

Essas suposições são todas altamente questionáveis, no entanto. Talvez seja mais provável que a vida surja em lagos de água doce com atividade vulcânica abaixo deles – a hipótese dos campos hidrotermais – tornando irrelevante a questão da cobertura oceânica. Talvez áreas de superfície maiores criem condições mais instáveis ​​e variáveis ​​em todo o planeta, desfavorecendo o surgimento precoce da vida. Talvez nossas noções do que constitui uma “zona habitável” sejam risíveis. E talvez estrelas de maior massa, mais luminosas, possuindo mais radiação ultravioleta, sejam mais propensas a dar origem à vida; talvez os sistemas estelares do tipo K e do tipo M sejam em sua maioria estéreis.

Os oito mundos mais parecidos com a Terra, descobertos pela missão Kepler da NASA: a missão de descoberta de planetas mais prolífica até hoje. Todos esses planetas orbitam estrelas menores e menos brilhantes que o Sol, e todos esses planetas são maiores que a Terra, com muitos deles provavelmente possuindo envelopes de gás volátil. Embora alguns deles sejam chamados de super-habitáveis ​​na literatura, ainda não sabemos se algum deles tem, ou já teve, vida neles.

Existem muitos planetas atualmente conhecidos que poderiam abrigar vida. Pelos critérios acima, alguns seriam classificados como super-habitáveis, mas se algum desses mundos tem vida é muito incerto. Kepler-442b , por exemplo, é frequentemente tido como o mundo “mais superhabitável” conhecido, mas afirmar que é mais habitável que a Terra é um absurdo com o nosso conhecimento atual.

• Possui 134% do raio da Terra e 230% da massa da Terra, colocando-o bem na fronteira de ter um envelope de gás volátil ao seu redor.
• Ele orbita uma estrela do tipo K com menos de 3 bilhões de anos e tem uma temperatura média de superfície de -40° C.
• A estrela que orbita tem ~43% da quantidade de elementos pesados ​​presentes no Sol, indicando que é menos enriquecida que o nosso sistema estelar.
• E suas propriedades atmosféricas e oceânicas/terrestres são completamente desconhecidas, não tendo sido medidas com a tecnologia atual.

Pode ser que Kepler-442b seja um planeta repleto de vida. Pode ser que a vida tenha uma diversidade maior lá e tenha evoluído para um estágio mais avançado mais rapidamente do que a vida na Terra. Mas também é possível que não haja – e nunca houve – vida naquele mundo, e que nossas atuais noções de habitabilidade sejam completamente equivocadas e mal informadas. Nesta fase do jogo, faz sentido entreter possibilidades e buscar respostas. Afirmar que os temos, no entanto, é simplesmente um exercício de arrogância injustificada.

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