Exoplanetas e a busca por mundos habitáveis
Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech, via http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2007/cloudy_world.html.
Veja Sara Seager, cientista do MIT, levando você à vanguarda e ao futuro, com um blog ao vivo (mais comentários) aqui!
Daqui a centenas ou milhares de anos, quando as pessoas olharem para nossa geração, elas se lembrarão de nós por sermos as primeiras pessoas que encontraram os mundos semelhantes à Terra. – Sarah Seager
A questão se estamos sozinhos foi uma que capturou a imaginação dos humanos pelo menos enquanto o pensamento humano foi escrito, e as perguntas de acompanhamento imperativas parecem vir tão naturalmente quanto o nascer do sol.
- Se estamos sozinhos, o que há na Terra e nas condições aqui que nos tornam tão únicos?
- Se não estamos sozinhos, onde estão todos os outros e como eles são?
Foi apenas na década de 1990 que descobrimos pela primeira vez planetas orbitando estrelas fora do nosso Sistema Solar, uma descoberta incrível após milhares de anos de maravilhas e centenas de anos de busca. No espaço de cerca de 20 anos desde então, nosso conhecimento de mundos além do nosso explodiu. Gigantes gasosos muito mais massivos que Júpiter existem em grande abundância; há toda uma classe de planeta comum maior que a Terra, mas menor que Netuno; e mundos rochosos tão pequenos quanto os do nosso Sistema Solar não são apenas comuns, eles são extremamente comum dentro e perto das zonas habitáveis de estrelas anãs vermelhas, a classe de estrela mais comum e de vida mais longa no Universo.
Crédito da imagem: NASA / NSF / Lynette Cook. Através da http://www.nasa.gov/topics/universe/features/gliese_581_feature.html .
Então os planetas estão lá, o rochoso os planetas estão lá, os planetas rochosos nas distâncias certas de suas estrelas para a água líquida estão lá… e tudo parece possível. Se nossas melhores estimativas para esses planetas estiverem corretas, existem literalmente bilhões de mundos potencialmente habitáveis apenas na Via Láctea, agora mesmo .
Mas como damos esse grande salto, aquele de mundos potencialmente habitáveis para mundos atualmente habitados? Os primeiros sinais infalíveis de vida virão de uma técnica que já começamos a ser pioneiras: sondando o conteúdo molecular de atmosferas desses mundos potencialmente habitáveis.
Crédito da imagem: H. Rauer et al.: Bioassinaturas potenciais em atmosferas super-Terras. Astronomia e Astrofísica, 16 de fevereiro de 2011, via http://www.markelowitz.com/Hyperspectral.html .
Se as assinaturas da vida estiverem lá - e, em particular, se as assinaturas da vida que sabemos estarem presentes na Terra forem encontradas lá - não apenas teremos nossa primeira vitória, mas teremos um plano de como alcançar muitos, muitos outros. Mas, para isso, precisamos do equipamento certo para o trabalho. Entra Sara Seager e a brilhante ideia que poderia nos trazer nosso primeiro sim com nada mais do que a tecnologia atualmente disponível: o Starshade .
Crédito das imagens: NASA/JPL-Caltech.
Estavam preparado para a vida alienígena , tudo o que temos a fazer é sair e encontrá-lo. Em colaboração com Instituto Perimetral conferência atualmente em andamento, Convergência , tenho o prazer de lhe trazer um exclusivo: Palestra de Sara Seager , Planetas extra-solares e a busca por mundos habitáveis, ao vivo, aqui, na terça-feira, 23 de junho de 2015, às 16h10 EDT / 13h10 PDT. Você pode assistir ao vivo, abaixo, e acompanhar o blog ao vivo que será postado aqui, atualizado continuamente à medida que a palestra continua!
https://www.youtube.com/embed/dnlG4lo0N60
Agora que o evento aconteceu, assista ao vídeo acima – e a palestra dela começa aos 24 minutos – e divirta-se!
Atualização 12h58 : Meu primeiro encontro com Sara Seager aconteceu no ano passado, quando eu estava escrevendo um artigo sobre como pensei que encontraríamos sinais de vida no Universo. A ideia principal é que usaremos atmosferas de exoplanetas, das quais mediremos o conteúdo atmosférico através de espectroscopia. À medida que a luz solar da estrela-mãe filtra através da atmosfera do planeta, certas características de absorção estarão presentes e, medindo a ligeira ausência de certos tipos de luz estelar, poderemos reconstruir exatamente o que está presente e em que proporções.
Crédito da imagem: ESA com adaptações de David Sing.
Se os resultados que obtivermos forem fortuitos, veremos assinaturas como vapor de água, oxigênio abundante, algum metano, tudo em meio a uma maioria relativamente inerte e não reativa (ou seja, semelhante ao nitrogênio). Isso seria uma arma fumegante para a vida. Sara foi gentil o suficiente para não apenas ser uma entrevistada para mim – me dando bastante tempo e acesso a ela – mas ela ofereceu uma enorme quantidade de informações extras, ensinando-me uma quantidade incrível sobre ciência de exoplanetas e o cenário de potenciais missões futuras.
Quando surgiu a oportunidade de escolher uma palestra da conferência Convergence do Perimeter Institute, eu sabia que essa seria a correta. Está prestes a começar, e mal posso esperar!
Atualização 13h03 : Vale ressaltar, antes de começarmos, que medir atmosferas de exoplanetas não é a única coisa interessante a se procurar quando se trata desses mundos. Considere a Terra, e quando digo considerá-la, quero dizer imaginar observando-a à distância enquanto dança diariamente.
Você vê como a Terra gira? Você vê como ele tem fases? Você vê como ele tem nuvens (albedo diferente, variável), como tem continentes e oceanos (diferentes cores e brilhos, mas que são estáticos), e como você pode aprender tudo isso apenas medindo seu brilho em diferentes faixas de cores ao longo Tempo?
Poderíamos aprender isso também para mundos alienígenas, exatamente da mesma maneira.
Atualização 13h06 : E mais uma antes de começarmos: se você quiser medir a atmosfera de um exoplaneta, não precisa esperar até que esteja alinhado com sua estrela-mãe em trânsito. Você poderia, em princípio, bloquear a luz da estrela-mãe e medir a luminosidade incrivelmente fraca da luz refletida, realizando espectroscopia nela.
Crédito da imagem: Christian Marois (NRC Canada), Patrick Ingraham (Stanford University) e a equipe GPI.
Meça a presença e a concentração de moléculas atmosféricas diretamente - claro, é ambicioso - e você terá o melhor de todos os mundos possíveis quando se trata desses dados!
Atualização 13h09 : Essa trilha sonora de jazz manco com imagens em transição me lembra de estar esperando no consultório do dentista por algum motivo.
Captura de tela da transmissão ao vivo em espera do Perimeter.
Alguém apresente esses canadenses a Herbie Hancock ou alguma coisa!
Atualização 13h11 : Talvez eu não devesse ter zombado do Canadá assim. Obtendo o spinner infinito na minha tela agora, e isso é todo o caminho para a resolução de 144p:
Captura de tela da transmissão ao vivo em espera do Perimeter.
Atualização 13h15 : Estava aqui! Exoplanetas ao vivo!
Atualização 13h18 : Por que a exoplanetologia é tão emocionante? Não é:
- vai encontrar uma nova partícula
- vai adicionar ao modelo padrão
- vai descobrir a natureza da matéria escura
- ou capaz de descobrir a energia escura.
Captura de tela da transmissão ao vivo do Perimeter.
Mas nos dará a primeira chance de descobrir outra Terra, seja algo quase idêntico ao nosso ou tremendamente diferente. Mas é onde vamos encontrar vida semelhante à da Terra no Universo. Há tanta coisa por aí que – mesmo na região do espaço perto de nós, onde podemos caçar planetas – deve haver algo incrível. A única questão é quando.
Atualização 13h22 : O que a missão Kepler fez por nós? Sara nos mostra seu gráfico favorito, de todos os planetas lá fora, com e sem dados do Kepler.
Captura de tela da transmissão ao vivo do Perimeter.
É isso! À esquerda, em amarelo, estão os planetas Kepler. E descobrimos que o planeta de tamanho mais comum não são os objetos do tamanho de Netuno ou Júpiter, nem os mundos pequenos e rochosos como o nosso, mas até agora, é o mundo intermediário, super-Terra ou mini-Netuno, que é o mais comum.
Atualização 13h24 : Alguns bem legais: o sistema Kepler 186, com cinco planetas, incluindo um do tamanho da Terra na zona habitável daquele planeta.
Crédito da imagem: Instituto NASA/SETI.
Também legal: o sistema Kepler 16, com dois sóis, Kepler 10b, com períodos planetários de menos de um dia , e Gliese 1214b, que transita por sua estrela e é um mistério: é um mundo rochoso, um mundo aquático ou um mundo gasoso (envoltório de hidrogênio-hélio)?
Atualização 13h29 : Uma coisa legal sobre planetas que não percebemos com muita frequência: há um limite para o tamanho deles. Não como maciço eles ficam, mas para quão fisicamente grandes eles ficam em tamanho!
Captura de tela da transmissão ao vivo do Perimeter.
Para um planeta de uma determinada composição, eles ficam maiores à medida que você adiciona mais massa, mas apenas até certo ponto. Continue adicionando massa e eles se comprimem, atingindo um tamanho máximo até começarem a Psiquiatra , à medida que a pressão começa a comprimir os próprios átomos no núcleo. Júpiter é três vezes tão massivo quanto Saturno, mas apenas 15 a 20% maior em raio, por exemplo, e você não pode ficar muito maior que Júpiter para um gigante gasoso.
O gráfico acima, a propósito, termina quando você atinge massa suficiente para iniciar a fusão nuclear, formando uma estrela.
Atualização 13h33 : Você conhece a antiga foto da zona habitável?
Captura de tela da transmissão ao vivo do Perimeter.
Jogue fora. Atmosfera fina, aquecida pela estrela, água líquida na superfície e você tem uma zona habitável, certo?
Só nós sabemos quão sensíveis são apenas os mundos do nosso Sistema Solar à composição atmosférica – Marte, Terra e Vênus são ótimos exemplos – e se você substituísse Vênus e Marte um pelo outro, talvez eles Ambas seja habitável!
Captura de tela da transmissão ao vivo do Perimeter.
Esses envelopes de hidrogênio/hélio em torno das super-Terras (ou mini-Netunos) podem aquecer mundos mais distantes. O hidrogênio é um gás de efeito estufa muito potente e pode significar que você pode ter planetas distantes semelhantes a Júpiter que são potencialmente habitáveis abaixo de sua parte gigante de gás. (Lembre-se, há um núcleo rochoso lá embaixo!)
Atualização 13h37 : Até o seu, Spock!
Captura de tela da transmissão ao vivo do Perimeter.
Não precisamos viajar para planetas para medir suas atmosferas; a missão final de manutenção do Hubble realmente nos levou à espectroscopia de exoplanetas. Quando o planeta em trânsito cruza o disco do Sol, a parte da atmosfera absorve parte da luz desse Sol, levando à possível detecção dos componentes da atmosfera!
O Hubble pode chegar a atmosferas de mundos do tamanho de Netuno em torno de estrelas que talvez tenham 10% da massa do Sol. Estrelas maiores ou planetas menores, infelizmente, requerem telescópios maiores e melhores.
Crédito da imagem: Blog de viagens saudáveis, via http://www.healthytravelblog.com/2013/05/14/mountains-you-can-climb-without-risking-your-life/ .
Atualização 13h41 : Boas notícias, alpinistas! Sabe como o ar fica rarefeito quando você escala montanhas e fica doente de altitude? Uma dobra eletrônica da pressão atmosférica é perdida toda vez que você sobe 8 km de altitude. Na terra . Mas se você tiver um envelope de hidrogênio/hélio ao redor do seu planeta? Isso melhora por um fator de 20. Vá escalar aquela montanha e deixe seu oxigênio em casa.
Atualização 13h44 : Mas e quanto bioassinaturas nesta atmosfera? Sem vida na Terra, o oxigênio é o maior: nosso conteúdo de oxigênio não orgânico é dez ordens de grandeza menos do que o componente orgânico.
Em outras palavras, o oxigênio orgânico produzido pela vida é 99,99999999% do oxigênio da Terra.
Atualização 13h47 : Cheirar um pinheiro? Esse é um gás orgânico, onde é literalmente 100% orgânico. Mas como você detecta isso; há muito pouco disso!
Crédito da imagem: Hessler, A. M. (2011) Earth’s Early Climate. Conhecimento de Educação da Natureza 3(10):24.
Então, como você pode detectar um inequívoco bioassinatura… isso é realmente detectável? Problema difícil ! Existem ideias por aí – e Sara tem algumas – mas nenhuma resposta definitiva. (Na verdade, é fácil fazer as coisas inorganicamente, e isso torna o problema muito mais difícil.)
Atualização 13h50 : Aqui estão duas curiosidades:
- Cerca de 20 pequenos planetas (da Terra) são encontrados nas zonas habitáveis tradicionais de suas estrelas até agora. Sabemos que estão por aí e esperamos que sejam tremendamente abundantes: talvez até mais de 10% de todas as estrelas.
- Mas na verdade não conseguimos medir suas atmosferas ou suas temperaturas. E precisamos.
Captura de tela da transmissão ao vivo do Perimeter.
Atualização 13h52 : Você pensa em bloquear a luz de uma estrela com um disco, provavelmente, para procurar planetas. Mas se você fizer isso, por causa da luz, você obtém um padrão de difração. Claro, o padrão é 100.000 vezes mais fraco do que a estrela que você está bloqueando, mas um mundo semelhante à Terra é 10.000.000.000 vezes mais fraca do que aquela estrela!
Então o que você pode fazer? Você pode construir este tom de estrela em forma de girassol, que deixa uma sombra clara e limpa, onde você pode procurar ativamente o brilho de um mundo semelhante à Terra. E essa é a ideia do tom de estrela, e pode ser adicionado ou aplicado a algum telescópio, incluindo James Webb!
Boa conversa! Muita informação, e agora é hora de perguntas e respostas.
Atualização 13h56 : Ponto realmente importante, você pode ter 100% de certeza de que tem um gás de bioassinatura, mesmo daqui a uma década ou duas? Não . Mas você pode ter, esperançosamente, várias linhas independentes de evidências de muitos mundos e apontar para esse conjunto de condições que muito, muito provavelmente significa que há vida aqui.
Atualização 13h58 : Você pode medir e estudar os campos magnéticos dos planetas, para procurar magnetosferas? Você precisa de um Júpiter? Você precisa encontrar todas essas coisas para encontrar um sinal de vida? Este é, novamente, o problema de querer todas as informações: não temos a capacidade de fazê-lo. Talvez haja esperança para a abordagem de Spock, afinal!
Crédito das imagens: NASA/JPL-Caltech.
Atualização 14h01 : Por que o Starshade está tão longe do telescópio no espaço? Porque a sombra precisa ser perfeita ao longo de uma ampla gama . Você quer espectroscopia não apenas no um determinado comprimento de onda, mas em um amplo conjunto de comprimentos de onda. Então você quer uma sombra grande, parecida com um girassol, a uma longa distância.
Atualização 14h03 : De grande interesse para a minha aposta épica de $1.000 com Robert Garisto, o metano detectado em Marte! Metano é um gás de bioassinatura, mas há muitas maneiras de produzir metano inorganicamente. Então, qual é o metano em Marte? A resposta é: inconclusivo. Precisamos de mais informações e, até que as tenhamos, não podemos tirar uma conclusão definitiva. O metano está lá, mas é orgânico? ainda não sabemos.
Obrigado por uma ótima palestra, uma ótima sessão de perguntas e respostas e a Sara e Perimeter por fazerem isso acontecer. Espero que tenham gostado do live-blog e da palestra!
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