Encontrar o gêmeo da Terra no espaço pode ser impossível

O conceito deste artista retrata uma possível aparência do planeta Kepler-452b, o primeiro mundo próximo do tamanho da Terra encontrado na zona habitável de uma estrela semelhante ao nosso sol. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / T. Pyle.



Mas está tudo bem; o mundo mais provável para a vida pode não ser como a Terra, afinal.


Você pode passar muito tempo se perguntando qual dos gêmeos idênticos é o mais parecido. – Robert Brault



De todos os lugares que já vimos no Universo, apenas a Terra nos forneceu evidências de que existe vida lá. Mas por que isso? É porque a vida é rara e requer todas as condições que encontramos na Terra para produzi-la e sustentá-la? Ou a vida é onipresente, encontrada em uma grande diversidade de situações, e só a encontramos aqui porque era o lugar mais fácil de encontrá-la? Como as coisas funcionaram bem aqui, tendemos a supor que, se tivermos um planeta e uma estrela com as mesmas propriedades da Terra e do Sol - a mesma idade, as mesmas distâncias orbitais, os mesmos tamanhos e massas, e feitos do mesmos materiais - vamos ter vida novamente. Também assumimos que outras combinações são menos prováveis. No entanto, tudo isso pode ser um conjunto falho de suposições, e a Terra pode ser a raridade cósmica no que diz respeito à vida.





Os sistemas de Kepler-186, Kepler-452 e nosso Sistema Solar. Embora o planeta em torno de uma estrela anã vermelha como Kepler-186 seja interessante por si só, Kepler-452b pode ser muito mais parecido com a Terra por várias métricas. Crédito da imagem: NASA/JPL-CalTech/R. Ferido.

Em 2015, a NASA anunciou a descoberta de Kepler-452b , e divulgou-o como o exoplaneta mais parecido com a Terra já descoberto. Claro, havia muitas coisas que ela tinha em comum com a Terra, e havia muitas coisas que sua estrela-mãe tinha em comum com o Sol:



  • Sua estrela-mãe é muito parecida com o Sol em termos de temperatura, massa e tamanho: é uma estrela G2, com quase o mesmo brilho e o mesmo tempo de vida geral.
  • Ele orbita quase à mesma distância e com um período quase idêntico ao do nosso planeta ao redor do Sol: 385 dias em vez de 365.
  • A estrela que orbita é apenas um pouco mais evoluída que o nosso Sol: mais velha em 1,5 bilhão de anos e, portanto, é um pouco (20%) mais energética e um pouco (10%) mais quente.
  • O planeta em si é um pouco maior que a nossa Terra, com um raio cerca de 60% maior.

Embora isso possa possuir as condições mais semelhantes à Terra de qualquer coisa que já descobrimos, este mundo certamente não é nada como a Terra.



Uma comparação dos planetas do Sistema Solar por tamanho. O raio da Terra é apenas 5% maior que Vênus, mas Urano e Netuno têm quatro vezes o raio do nosso mundo. Crédito da imagem: Lsmpascal do Wikimedia Commons.

Em nosso próprio Sistema Solar, a diferença entre a Terra e Vênus é pequena: cerca de 5% em termos de raio. Mas para intensificar, a diferença entre a Terra e Urano/Netuno é enorme: esses mundos têm cerca de quatro vezes o raio da Terra! Portanto, 60% maior pode não parecer muito, mas é provável o suficiente para empurrá-lo para a borda de um planeta rochoso com uma atmosfera fina para um que começa a ter propriedades de um gigante gasoso: um grande envelope de gases atmosféricos leves. Na verdade, há uma janela muito estreita que você deve considerar como a Terra em termos de tamanho planetário, e um desvio de mais de 10 a 20% do tamanho da Terra é provavelmente muito.



O esquema de classificação dos planetas como rochosos, semelhantes a Netuno, semelhantes a Júpiter ou semelhantes a estrelas. Crédito da imagem: Chen e Kipping, 2016.

Mas há razões para ser otimista de que mundos semelhantes à Terra são comuns. Os resultados mais recentes do Kepler indicam que existem no mínimo cerca de 17 bilhões de planetas do tamanho da Terra apenas no disco da Via Láctea: cerca de pelo menos alguns por cento de estrelas com pelo menos um mundo do tamanho da Terra. Embora o objetivo final seja encontrar um mundo com vida biológica avançada – um mundo com vida na época da explosão cambriana ainda seria incrível – nossos pensamentos sempre retornam ao gêmeo da Terra. No entanto, esse pode até não ser o melhor lugar para procurar, mesmo que existisse.



O sistema de classificação de estrelas por cor e magnitude é muito útil. Ao pesquisar nossa região local do Universo, descobrimos que apenas 5% das estrelas são tão massivas (ou mais) do que o nosso Sol. Crédito da imagem: Kieff/LucasVB do Wikimedia Commons/E. Siegel.



Nosso Sol é uma estrela da classe G de 4,6 bilhões de anos. Embora você possa olhar para o diagrama acima e pensar que isso nos torna uma estrela comum, o fato é que nossa estrela é mais massiva que 95% de todas as estrelas lá fora! As anãs M, os carinhas vermelhos até o fim, são de longe o tipo de estrela mais comum no Universo, com três em cada quatro estrelas sendo estrelas M. Além disso, nossos oceanos ferverão depois de mais um bilhão de anos, mas as estrelas M queimam a uma temperatura estável por até dezenas de trilhões de anos!

Embora muitos dos candidatos semelhantes à Terra do Kepler estejam próximos da Terra em tamanho físico, eles podem ser mais parecidos com Netuno do que com a Terra se tiverem um envelope H/He espesso ao seu redor. Além disso, eles orbitam predominantemente estrelas anãs. Crédito da imagem: NASA Ames / N. Batalha e W. Stenzel.



Kepler encontrou muitos planetas parecidos com a Terra ao redor dessas estrelas M em termos de estarem nos lugares certos para água líquida em sua superfície e serem da massa e tamanho certos para serem mais parecidos com a Terra do que qualquer outra coisa. Embora as estrelas M possam experimentar erupções com mais frequência e seus planetas precisem estar mais próximos de suas zonas habitáveis ​​(tornando o bloqueio de maré uma possibilidade maior e as erupções mais perigosas), elas também oferecem ambientes mais estáveis ​​para seus planetas, com menos radiação UV e com mais proteção contra a violência aleatória do espaço interplantar/interestelar. As forças de maré de sua estrela também são mais fortes, e seus curtos períodos orbitais lhes dão uma maneira fácil de gerar um grande campo magnético, talvez oferecendo proteção contra explosões e remoção atmosférica.

Um mundo como Marte, sem um campo magnético protetor, é despojado de sua atmosfera com relativa rapidez. Mas um campo magnético forte o suficiente protege a Terra e também pode proteger mundos em torno de estrelas da classe M. Crédito da imagem: NASA/GSFC.



Esses sistemas são comuns; Os sistemas gêmeos da Terra são comparativamente muito mais raros. O que precisaríamos para um verdadeiro gêmeo da Terra? Primeiro, precisaremos de uma estrela como o Sol. Isso significa uma estrela não apenas com a mesma temperatura e classe espectral, mas também com aproximadamente a mesma idade. Leva tempo para a vida se desenvolver e evoluir para algo interessante, e isso significa que precisamos de um sistema estelar com pelo menos muitos bilhões de anos. Mas também não podemos esperar muito, porque à medida que as estrelas envelhecem, a região do núcleo que funde o hidrogênio em hélio cresce, o que significa que a produção de energia (e o brilho e, portanto, a temperatura) aumenta. Eventualmente, os planetas (como a Terra) que já foram habitáveis ​​ficarão muito quentes, fervendo permanentemente a água da superfície e acabando com a vida como a conhecemos.

Embora as estrelas mais brilhantes dominem qualquer imagem astronômica, elas são muito superadas em número pelas estrelas mais fracas, de menor massa e mais frias que existem. Crédito da imagem: NASA/ESA/Hubble/F. Ferro.

Então, digamos que temos uma janela de 1 a 2 bilhões de anos, ou cerca de 10% da vida da estrela. Existem cerca de 200 a 400 bilhões de estrelas em nossa galáxia, e cerca de 7,6% delas são estrelas da classe G, ou do mesmo tipo que o nosso Sol. Mesmo que nosso Sol seja classificado com mais precisão como uma estrela G2V, isso ainda significa que cerca de 10% de todas as estrelas da classe G são do mesmo tipo que nosso Sol. Estimando na extremidade superior, isso deve dizer que existem 400 bilhões de estrelas, 7,6% das quais são da classe G, cerca de 10% delas são da mesma subclasse do nosso Sol e cerca de 10% delas são as corretas. idade para ter uma vida interessante, ou cerca de 300 milhões de estrelas candidatas. Mas mesmo assim, nem todos terão a quantidade certa de elementos pesados ​​para produzir um mundo parecido com a Terra.

O espectro de luz visível do Sol, que nos ajuda a entender não apenas sua temperatura e ionização, mas a abundância dos elementos presentes. Crédito da imagem: Nigel Sharp, NOAO / National Solar Observatory at Kitt Peak / AURA / NSF.

Este é o espectro do Sol. Ou, em outras palavras, essas linhas que você vê são representativas de todos os diferentes átomos – e suas proporções – que vêm da tabela de elementos do período. Eles são abundantes em nosso Sol e vêm em proporções muito específicas. A quantidade de tudo o que não é hidrogênio ou hélio para todo o material fusível no Sol é o que os astrônomos chamam metalicidade . Se queremos um mundo semelhante à Terra, precisamos de uma estrela com uma metalicidade semelhante à do Sol. Isso não é tão ruim; até 25% das estrelas que se formaram na mesma época que o nosso Sol eram estrelas de População Intermediária I (como nós), e muitas delas (talvez cerca de 15% delas) têm a mesma metalicidade do nosso Sol , mostrado em verde, abaixo.

A relação entre onde as estrelas estão localizadas na Via Láctea e sua metalicidade, ou a presença de elementos pesados. Crédito da imagem: Zeljko Ivezic/Universidade de Washington/ Colaboração SDSS-II.

Isso significa que existem cerca de 11 milhões de estrelas em nossa galáxia que têm o mesmo tipo de estrela doméstica que temos, com a mesma abundância de elementos pesados, que se formaram no momento certo para que pudessem ter vida complexa em seus mundos da mesma forma que a Terra. . (E isso nem leva em conta que muitos dos mundos com mais ou menos metais podem ter mais probabilidade do que a Terra de ter vida. Como eu disse, só porque aconteceu sob nossas condições não significa que nossas condições sejam as mais favoráveis para que a vida complexa tenha acontecido!) Então, desses 11 milhões de gêmeos solares, quantos deles têm gêmeos da Terra em suas zonas habitáveis?

Lacunas, aglomerados, formas espirais e outras assimetrias mostram evidências de formação de planetas no disco protoplanetário em torno de Elias 2–27. Crédito da imagem: L. Pérez / B. Saxton / MPIfR / NRAO / AUI / NSF / ALMA / ESO / NAOJ / NASA / JPL Caltech / WISE Team.

Precisamos formar um planeta rochoso do tamanho certo com as abundâncias elementares certas, a quantidade certa de água e no local certo para ser considerado um gêmeo da Terra. Esses problemas estão todos inter-relacionados. Você pensaria que se a estrela central tiver as abundâncias elementares corretas, então os planetas que ela formou deveriam ter a mesma relação densidade-raio que o nosso Sistema Solar. Mas quando você é cerca de 20% maior em raio do que a Terra, é muito provável que você tenha um envelope dos gases mais leves do Universo – hidrogênio e hélio – retido pela gravidade do seu planeta, mesmo se você estiver em o Sistema Solar interior. Uma das coisas que aprendemos com Kepler é que gigantes gasosos e super-Terras são comuns nas partes internas dos sistemas estelares ao redor de outras estrelas; nós somos a anomalia.

Podemos esperar que um planeta apenas 60% maior que a Terra seja rochoso em vez de gigante gasoso, mas as evidências parecem indicar o contrário. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/T. Pilha.

Um mundo 60% maior que a Terra teria cerca de cinco vezes a massa, e isso é grande demais para ser rochoso com uma atmosfera fina, mesmo no interior do sistema solar. Existem, realisticamente, quando executamos todas as estimativas, provavelmente entre quarenta mil e talvez cem mil planetas reais semelhantes à Terra em órbitas semelhantes à Terra em torno de estrelas semelhantes ao Sol. De 400 bilhões de estrelas, essas são probabilidades terrivelmente restritivas.

E lembre-se, o objetivo real de procurar esses planetas é encontrar mundos capazes de abrigar vida semelhante à Terra. Se esse é o objetivo, não procure um gêmeo da Terra; é melhor olharmos para os mundos menores do tamanho da Terra em torno de estrelas da classe M. É melhor olharmos para mundos do tamanho da Terra nas zonas potencialmente habitáveis ​​de suas estrelas. A melhor aposta para isso não é procurar órbitas semelhantes à Terra em torno de estrelas semelhantes ao Sol, mas planetas semelhantes à Terra nas órbitas corretas em torno de suas estrelas. Dessas possibilidades, provavelmente existem bilhões. Assim chegaremos lá.

Mundos potencialmente habitáveis ​​não são necessariamente semelhantes à Terra, mas simplesmente têm as condições sob as quais a vida é possível. A Terra pode ser a raridade, afinal. Crédito da imagem: PHL @ UPR Arecibo.

Todos nós queremos encontrar outro mundo com vida complexa e aprender que, finalmente, não estamos sozinhos no Universo. O que precisamos encontrar é o conjunto completo das condições certas e ter uma série de eventos dando origem à vida complexa que estamos procurando. Devemos perceber que, embora essas condições provavelmente ocorram em gêmeos idênticos da Terra, esse não é o lugar mais comum para encontrá-los. Nossos primos anões distantes – as estrelas em nada parecidas com o nosso Sol – podem ter as chaves dos nossos sonhos mais caros no final.


Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !

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