Habitabilidade planetária - Planetary habitability

Compreender a habitabilidade planetária é em parte uma extrapolação das condições na Terra, já que este é o único planeta conhecido que sustenta vida .

A habitabilidade planetária é a medida do potencial de um planeta ou satélite natural para desenvolver e manter ambientes propícios à vida . A vida pode ser gerada diretamente em um planeta ou satélite endogenamente ou ser transferida para ele de outro corpo, através de um processo hipotético conhecido como panspermia . Os ambientes não precisam conter vida para serem considerados habitáveis, nem são aceitas as zonas habitáveis ​​como as únicas áreas nas quais a vida pode surgir.

Como a existência de vida fora da Terra é desconhecida, a habitabilidade planetária é em grande parte uma extrapolação das condições na Terra e das características do Sol e do Sistema Solar que parecem favoráveis ​​ao florescimento da vida. De particular interesse são aqueles fatores que sustentaram organismos multicelulares complexos na Terra, e não apenas criaturas unicelulares mais simples . A pesquisa e a teoria a esse respeito são um componente de várias ciências naturais, como a astronomia , as ciências planetárias e a disciplina emergente da astrobiologia .

Um requisito absoluto para a vida é uma fonte de energia , e a noção de habitabilidade planetária implica que muitos outros critérios geofísicos , geoquímicos e astrofísicos devem ser atendidos antes que um corpo astronômico possa sustentar a vida. Em seu roteiro de astrobiologia, a NASA definiu os principais critérios de habitabilidade como "regiões estendidas de água líquida, condições favoráveis ​​para a montagem de moléculas orgânicas complexas e fontes de energia para sustentar o metabolismo ". Em agosto de 2018, os pesquisadores relataram que os mundos de água poderiam sustentar a vida.

Os indicadores de habitabilidade e bioassinaturas devem ser interpretados dentro de um contexto planetário e ambiental. Para determinar o potencial de habitabilidade de um corpo, os estudos se concentram em sua composição em massa, propriedades orbitais , atmosfera e potenciais interações químicas. Características estelares importantes incluem massa e luminosidade , variabilidade estável e alta metalicidade . Planetas e luas rochosos e úmidos do tipo terrestre com potencial para química semelhante à da Terra são o foco principal da pesquisa astrobiológica, embora teorias de habitabilidade mais especulativas ocasionalmente examinem bioquímicas alternativas e outros tipos de corpos astronômicos.

A ideia de que planetas além da Terra podem hospedar vida é antiga, embora historicamente tenha sido moldada pela filosofia tanto quanto pela ciência física . O final do século 20 viu duas inovações no campo. A observação e exploração de espaçonaves robóticas de outros planetas e luas dentro do Sistema Solar forneceu informações críticas sobre a definição de critérios de habitabilidade e permitiu comparações geofísicas substanciais entre a Terra e outros corpos. A descoberta de planetas extrasolares , começando no início da década de 1990 e acelerando depois disso, forneceu mais informações para o estudo de possível vida extraterrestre. Essas descobertas confirmam que o Sol não é o único entre as estrelas por hospedar planetas e expande o horizonte de pesquisa de habitabilidade além do Sistema Solar.

Comparação de habitabilidade da Terra

A química da vida pode ter começado logo após o Big Bang , 13,8 bilhões de anos atrás , durante uma época habitável quando o Universo tinha apenas 10-17 milhões de anos. De acordo com a hipótese da panspermia , vida microscópica - distribuída por meteoróides , asteróides e outros pequenos corpos do Sistema Solar - pode existir em todo o Universo. No entanto, a Terra é o único lugar no Universo conhecido por abrigar vida. Estimativas de zonas habitáveis ​​em torno de outras estrelas, junto com a descoberta de milhares de planetas extra-solares e novos insights sobre os habitats extremos da Terra, sugerem que pode haver muito mais lugares habitáveis ​​no Universo do que se considerava possível até muito recentemente. Em 4 de novembro de 2013, os astrônomos relataram, com base nos dados da missão espacial Kepler , que poderia haver até 40 bilhões de planetas do tamanho da Terra orbitando nas zonas habitáveis de estrelas semelhantes ao Sol e anãs vermelhas na Via Láctea . 11 bilhões desses planetas estimados podem orbitar estrelas semelhantes ao Sol. O planeta mais próximo pode estar a 12 anos-luz de distância, de acordo com os cientistas. Em junho de 2021, um total de 60 exoplanetas potencialmente habitáveis ​​foram encontrados.

Em agosto de 2021, uma nova classe de planetas habitáveis, denominados " planetas hycean ", que envolvem "planetas quentes cobertos pelo oceano com atmosferas ricas em hidrogênio", foi relatada. Os planetas Hycean podem em breve ser estudados para bioassinaturas por telescópios terrestres , bem como telescópios espaciais , como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) programado para ser lançado no final de 2021.

Sistemas estelares adequados

Uma compreensão da habitabilidade planetária começa com a estrela hospedeira. O HZ clássico é definido apenas para condições de superfície; mas um metabolismo que não depende da luz estelar ainda pode existir fora do HZ, prosperando no interior do planeta onde a água líquida está disponível.

Sob os auspícios do SETI 's Projeto Phoenix , os cientistas Margaret Turnbull e Jill Tarter desenvolveu o ' HabCat '(ou Catálogo de Stellar Sistemas habitáveis) em 2002. O catálogo foi formada por joeirar os cerca de 120.000 estrelas do maior catálogo Hipparcos em um núcleo grupo de 17.000 estrelas potencialmente habitáveis ​​e os critérios de seleção que foram usados ​​fornecem um bom ponto de partida para a compreensão de quais fatores astrofísicos são necessários para planetas habitáveis. De acordo com pesquisa publicada em agosto de 2015, galáxias muito grandes podem ser mais favoráveis ​​à formação e ao desenvolvimento de planetas habitáveis ​​do que galáxias menores, como a Via Láctea .

No entanto, o que torna um planeta habitável é uma questão muito mais complexa do que ter um planeta localizado à distância certa de sua estrela hospedeira para que a água possa ser líquida em sua superfície: vários aspectos geofísicos e geodinâmicos , a radiação e o plasma da estrela hospedeira o ambiente pode influenciar a evolução dos planetas e da vida, caso tenha se originado. A água líquida é uma condição necessária, mas não suficiente para a vida como a conhecemos, já que a habitabilidade é função de uma infinidade de parâmetros ambientais

Classe espectral

A classe espectral de uma estrela indica sua temperatura fotosférica , que (para estrelas da sequência principal ) se correlaciona com a massa total. A faixa espectral apropriada para estrelas habitáveis ​​é considerada "F tardia" ou "G", a "K médio". Isso corresponde a temperaturas de um pouco mais de 7.000  K até um pouco menos de 4.000 K (6.700 ° C a 3.700 ° C); o Sol, uma estrela G2 a 5.777 K, está bem dentro desses limites. Essa faixa espectral provavelmente representa entre 5% e 10% das estrelas na galáxia local, a Via Láctea . Estrelas de "classe média" deste tipo têm uma série de características consideradas importantes para a habitabilidade planetária:

  • Eles vivem pelo menos algumas centenas de milhões de anos, permitindo que a vida evolua. Estrelas mais luminosas da sequência principal das classes "O" e muitos membros das classes "B" geralmente vivem menos de 500 milhões de anos e, em casos excepcionais, menos de 10 milhões.
  • Eles emitem radiação ultravioleta de alta frequência suficiente para desencadear dinâmicas atmosféricas importantes, como a formação de ozônio , mas não tanto que a ionização destrua vidas incipientes.
  • Eles emitem radiação suficiente em comprimentos de onda que conduzem à fotossíntese.
  • Pode haver água líquida na superfície dos planetas que os orbitam a uma distância que não induz o bloqueio das marés .

As estrelas do tipo K podem ser capazes de suportar uma vida muito mais longa do que o sol .

Se estrelas anãs vermelhas mais fracas das classes K e M tardias também são hospedeiras adequadas para planetas habitáveis, é talvez a questão em aberto mais importante em todo o campo da habitabilidade planetária, dada a sua prevalência ( habitabilidade dos sistemas anãs vermelhas ). Gliese 581 c , uma " super-Terra ", foi encontrada orbitando na " zona habitável " (HZ) de uma anã vermelha e pode possuir água líquida. No entanto, também é possível que um efeito estufa torne-o muito quente para sustentar a vida, enquanto seu vizinho, Gliese 581 d , pode ser um candidato mais provável para habitabilidade. Em setembro de 2010, foi anunciada a descoberta de outro planeta, o Gliese 581 g , em uma órbita entre esses dois planetas. No entanto, análises da descoberta colocaram a existência deste planeta em dúvida, e ele está listado como "não confirmado". Em setembro de 2012, foi anunciada a descoberta de dois planetas orbitando Gliese 163 . Um dos planetas, Gliese 163 c , cerca de 6,9 ​​vezes a massa da Terra e um pouco mais quente, foi considerado dentro da zona habitável.

Um estudo recente sugere que estrelas mais frias que emitem mais luz no infravermelho e próximo ao infravermelho podem, na verdade, hospedar planetas mais quentes com menos gelo e incidência de estados de bola de neve. Esses comprimentos de onda são absorvidos pelo gelo e gases do efeito estufa de seus planetas e permanecem mais quentes.

Um estudo de 2020 descobriu que cerca de metade das estrelas semelhantes ao Sol podem hospedar planetas rochosos potencialmente habitáveis. Especificamente, eles estimaram com que, em média, o planeta de zona habitável mais próximo em torno de estrelas do tipo G e K está a cerca de 6 parsecs de distância, e há cerca de 4 planetas rochosos ao redor de estrelas do tipo G e K dentro de 10 parsecs (32,6 anos-luz) do sol.

Uma zona habitável estável

A zona habitável (HZ) é uma região do espaço em forma de concha ao redor de uma estrela na qual um planeta poderia manter água líquida em sua superfície. O conceito foi proposto pela primeira vez pelo astrofísico Su-Shu Huang em 1959, com base nas restrições climáticas impostas pela estrela hospedeira. Depois de uma fonte de energia, a água líquida é amplamente considerada o ingrediente mais importante para a vida, considerando o quão integral é a todos os sistemas de vida na Terra. No entanto, se a vida for descoberta na ausência de água, a definição de um HZ pode ter que ser amplamente expandida.

A borda interna do HZ é a distância onde o efeito estufa descontrolado vaporiza todo o reservatório de água e, como um segundo efeito, induz a fotodissociação do vapor d'água e a perda de hidrogênio para o espaço. A borda externa do HZ é a distância da estrela onde um efeito estufa máximo falha em manter a superfície do planeta acima do ponto de congelamento, e por CO
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condensação.

Um HZ "estável" implica dois fatores. Primeiro, o intervalo de um HZ não deve variar muito com o tempo. Todas as estrelas aumentam em luminosidade à medida que envelhecem e um determinado HZ migra para o exterior, mas se isso acontecer muito rapidamente (por exemplo, com uma estrela supermassiva) os planetas podem ter apenas uma breve janela dentro do HZ e uma chance correspondentemente menor de desenvolvimento de vida. Calcular um intervalo de HZ e seu movimento de longo prazo nunca é simples, já que loops de feedback negativo , como o ciclo CNO , tendem a compensar os aumentos na luminosidade. As suposições feitas sobre as condições atmosféricas e geologia, portanto, têm um impacto tão grande em uma faixa putativa de HZ quanto a evolução estelar: os parâmetros propostos para o HZ do Sol, por exemplo, flutuaram muito.

Em segundo lugar, nenhum corpo de grande massa, como um gigante gasoso, deve estar presente no HZ ou relativamente perto dele, interrompendo assim a formação de corpos do tamanho da Terra. A matéria no cinturão de asteróides, por exemplo, parece não ter sido capaz de se acumular em um planeta devido a ressonâncias orbitais com Júpiter; se o gigante tivesse aparecido na região que agora está entre as órbitas de Vênus e Marte , a Terra quase certamente não teria se desenvolvido em sua forma atual. No entanto, um gigante gasoso dentro do HZ pode ter luas habitáveis nas condições certas.

No Sistema Solar, os planetas internos são terrestres e os externos são gigantes gasosos , mas as descobertas de planetas extrasolares sugerem que este arranjo pode não ser comum: numerosos corpos do tamanho de Júpiter foram encontrados em órbita próxima ao seu primário, perturbando potenciais HZs. No entanto, os dados atuais de planetas extra-solares tendem a ser inclinados em direção a esse tipo (planetas grandes em órbitas próximas) porque são muito mais fáceis de identificar; assim, resta saber que tipo de sistema planetário é a norma, ou mesmo se há um.

Baixa variação estelar

Mudanças na luminosidade são comuns a todas as estrelas, mas a gravidade de tais flutuações cobre uma ampla faixa. A maioria das estrelas é relativamente estável, mas uma minoria significativa de estrelas variáveis ​​freqüentemente sofre aumentos repentinos e intensos na luminosidade e, conseqüentemente, na quantidade de energia irradiada para os corpos em órbita. Essas estrelas são consideradas fracas candidatas a hospedar planetas com vida, já que sua imprevisibilidade e mudanças na produção de energia impactariam negativamente os organismos : seres vivos adaptados a uma faixa de temperatura específica não sobreviveriam a uma variação de temperatura muito grande. Além disso, aumentos na luminosidade são geralmente acompanhados por doses massivas de raios gama e radiação de raios X que podem ser letais. As atmosferas atenuam esses efeitos, mas sua atmosfera pode não ser retida por planetas orbitando variáveis, porque a energia de alta frequência que atinge esses planetas os tiraria continuamente de sua cobertura protetora.

O Sol, neste aspecto como em muitos outros, é relativamente benigno: a variação entre sua produção máxima e mínima de energia é de cerca de 0,1% ao longo de seu ciclo solar de 11 anos . Há fortes (embora não indiscutíveis) evidências de que mesmo pequenas mudanças na luminosidade do Sol tiveram efeitos significativos no clima da Terra bem dentro da era histórica: a Pequena Idade do Gelo em meados do segundo milênio, por exemplo, pode ter sido causada por um declínio de relativamente longo prazo na luminosidade do Sol. Assim, uma estrela não precisa ser uma variável verdadeira para que as diferenças de luminosidade afetem a habitabilidade. Dos análogos solares conhecidos , aquele que se parece muito com o Sol é considerado 18 Scorpii ; infelizmente para as perspectivas de vida existentes em sua proximidade, a única diferença significativa entre os dois corpos é a amplitude do ciclo solar, que parece ser muito maior para 18 Scorpii.

Alta metalicidade

Embora a maior parte do material em qualquer estrela seja hidrogênio e hélio , há uma variação significativa na quantidade de elementos mais pesados ​​( metais ). Uma alta proporção de metais em uma estrela está correlacionada à quantidade de material pesado inicialmente disponível no disco protoplanetário . Uma quantidade menor de metal torna a formação de planetas muito menos provável, de acordo com a teoria da nebulosa solar de formação de sistemas planetários . Todos os planetas que se formaram em torno de uma estrela pobre em metais provavelmente teriam pouca massa e, portanto, seriam desfavoráveis ​​para a vida. Estudos espectroscópicos de sistemas onde exoplanetas foram encontrados até agora confirmam a relação entre alto teor de metal e formação de planetas: "Estrelas com planetas, ou pelo menos com planetas semelhantes aos que encontramos hoje, são claramente mais ricas em metais do que estrelas sem planeta companheiros. " Essa relação entre alta metalicidade e formação de planetas também significa que os sistemas habitáveis ​​são mais propensos a serem encontrados em torno de estrelas de gerações mais jovens, uma vez que estrelas que se formaram no início da história do universo têm baixo teor de metal.

Características planetárias

As luas de alguns gigantes gasosos podem ser potencialmente habitáveis.

Os indicadores de habitabilidade e bioassinaturas devem ser interpretados dentro de um contexto planetário e ambiental. Se um planeta irá emergir como habitável depende da sequência de eventos que levaram à sua formação, que pode incluir a produção de moléculas orgânicas em nuvens moleculares e discos protoplanetários , entrega de materiais durante e após o acréscimo planetário e a localização orbital no planeta sistema. A principal suposição sobre os planetas habitáveis ​​é que eles são terrestres . Esses planetas, aproximadamente dentro de uma ordem de magnitude da massa da Terra , são compostos principalmente de rochas de silicato e não agregaram as camadas externas gasosas de hidrogênio e hélio encontradas em gigantes gasosos . A possibilidade de que a vida possa evoluir no topo das nuvens de planetas gigantes não foi decididamente descartada, embora seja considerada improvável, pois eles não têm superfície e sua gravidade é enorme. Os satélites naturais de planetas gigantes, entretanto, permanecem candidatos válidos para hospedar vida.

Em fevereiro de 2011, a equipe da Missão do Observatório Espacial Kepler divulgou uma lista de 1235 candidatos a planetas extra-solares , incluindo 54 que podem estar na zona habitável. Seis dos candidatos nesta zona são menores do que o dobro do tamanho da Terra. Um estudo mais recente descobriu que um desses candidatos (KOI 326.01) é muito maior e mais quente do que o primeiro relatado. Com base nas descobertas, a equipe do Kepler estimou que haja "pelo menos 50 bilhões de planetas na Via Láctea", dos quais "pelo menos 500 milhões" estão na zona habitável.

Ao analisar quais ambientes provavelmente suportam vida, geralmente é feita uma distinção entre organismos unicelulares simples, como bactérias e arquéias, e metazoários complexos (animais). A unicelularidade precede necessariamente a multicelularidade em qualquer árvore da vida hipotética, e onde os organismos unicelulares emergem não há garantia de que uma complexidade maior então se desenvolverá. As características planetárias listadas abaixo são consideradas cruciais para a vida em geral, mas em todos os casos os organismos multicelulares são mais exigentes do que a vida unicelular.

Massa

Marte , com sua atmosfera rarefeita , é mais frio do que a Terra seria se estivesse a uma distância semelhante do sol.

Planetas de baixa massa são maus candidatos à vida por duas razões. Primeiro, sua menor gravidade torna difícil a retenção da atmosfera . As moléculas constituintes têm maior probabilidade de atingir a velocidade de escape e se perder no espaço quando atingidas pelo vento solar ou agitadas por colisão. Planetas sem uma atmosfera espessa carecem da matéria necessária para a bioquímica primária , têm pouco isolamento e má transferência de calor em suas superfícies (por exemplo, Marte , com sua atmosfera fina, é mais frio do que a Terra seria se estivesse a uma distância semelhante do Sol), e fornecem menos proteção contra meteoróides e radiação de alta frequência . Além disso, onde uma atmosfera é menos densa do que 0,006 atmosferas terrestres, a água não pode existir na forma líquida, pois a pressão atmosférica necessária , 4,56 mm Hg (608 Pa) (0,18 polegadas Hg ), não ocorre. A faixa de temperatura na qual a água é líquida é geralmente menor em baixas pressões.

Em segundo lugar, planetas menores têm diâmetros menores e, portanto, maiores proporções superfície-volume do que seus primos maiores. Esses corpos tendem a perder a energia que sobrou de sua formação rapidamente e acabam geologicamente mortos, sem vulcões , terremotos e atividade tectônica que abastecem a superfície com material de sustentação da vida e a atmosfera com moderadores de temperatura como o dióxido de carbono . As placas tectônicas parecem particularmente cruciais, pelo menos na Terra: não apenas o processo recicla substâncias químicas e minerais importantes, mas também promove a biodiversidade por meio da criação de continentes e aumento da complexidade ambiental e ajuda a criar as células convectivas necessárias para gerar o campo magnético da Terra .

"Massa baixa" é parcialmente um rótulo relativo: a Terra tem massa baixa quando comparada aos gigantes gasosos do Sistema Solar , mas é a maior, em diâmetro e massa, e o mais denso de todos os corpos terrestres. É grande o suficiente para reter uma atmosfera apenas por meio da gravidade e grande o suficiente para que seu núcleo fundido permaneça uma máquina de calor, conduzindo a geologia diversa da superfície (a decadência de elementos radioativos dentro do núcleo de um planeta é o outro componente significativo do aquecimento planetário). Marte, em contraste, está quase (ou talvez totalmente) geologicamente morto e perdeu muito de sua atmosfera. Portanto, seria justo inferir que o limite inferior de massa para habitabilidade está em algum lugar entre o de Marte e o da Terra ou Vênus: 0,3 massas terrestres foram apresentadas como uma linha divisória aproximada para planetas habitáveis. No entanto, um estudo de 2008 do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics sugere que a linha divisória pode ser maior. A Terra pode de fato estar no limite inferior de habitabilidade: se fosse menor, as placas tectônicas seriam impossíveis. Vênus, que tem 85% da massa da Terra, não mostra sinais de atividade tectônica. Por outro lado, as " super-Terras ", planetas terrestres com massas maiores do que a Terra, teriam níveis mais elevados de placas tectônicas e, portanto, estariam firmemente colocados na faixa habitável.

Circunstâncias excepcionais oferecem casos excepcionais: a lua de Júpiter Io (que é menor do que qualquer um dos planetas terrestres) é vulcanicamente dinâmica por causa das tensões gravitacionais induzidas por sua órbita, e sua vizinha Europa pode ter um oceano líquido ou neve derretida sob um concha congelada também devido à energia gerada a partir da órbita de um gigante gasoso.

Saturn 's Titan , por sua vez, tem uma chance fora de abrigar vida, como tem retida uma atmosfera de espessura e tem líquidos metano mar sobre a sua superfície. Reações orgânico-químicas que requerem apenas o mínimo de energia são possíveis nesses mares, mas se algum sistema vivo pode ser baseado em tais reações mínimas não está claro, e parece improvável. Esses satélites são exceções, mas provam que a massa, como critério de habitabilidade, não pode necessariamente ser considerada definitiva nesta fase do nosso entendimento.

Um planeta maior provavelmente terá uma atmosfera mais massiva. Uma combinação de maior velocidade de escape para reter átomos mais leves e extensa emissão de gases de placas tectônicas aprimoradas pode aumentar muito a pressão atmosférica e a temperatura na superfície em comparação com a Terra. O aumento do efeito estufa de uma atmosfera tão pesada tenderia a sugerir que a zona habitável deveria estar mais longe da estrela central para planetas tão massivos.

Finalmente, um planeta maior provavelmente terá um grande núcleo de ferro. Isto permite um campo magnético para proteger o planeta do vento estelar e radiação cósmica , que de outra forma tenderia a despir atmosfera planetária e para bombardear as coisas vivendo com partículas ionizadas. A massa não é o único critério para produzir um campo magnético - já que o planeta também deve girar rápido o suficiente para produzir um efeito dínamo em seu núcleo - mas é um componente significativo do processo.

A massa de um exoplaneta potencialmente habitável está entre 0,1 e 5,0 massas da Terra. No entanto, é possível que um mundo habitável tenha uma massa tão baixa quanto 0,0268 massas terrestres

Raio

O raio de um exoplaneta potencialmente habitável variaria entre 0,5 e 1,5 raios terrestres.

Órbita e rotação

Como com outros critérios, a estabilidade é a consideração crítica na avaliação do efeito das características orbitais e rotacionais na habitabilidade planetária. A excentricidade orbital é a diferença entre a abordagem mais distante e mais próxima de um planeta de sua estrela-mãe dividida pela soma dessas distâncias. É uma proporção que descreve a forma da órbita elíptica. Quanto maior a excentricidade, maior a flutuação da temperatura na superfície do planeta. Embora sejam adaptativos, os organismos vivos podem suportar apenas um limite de variação, particularmente se as flutuações se sobrepõem ao ponto de congelamento e ao ponto de ebulição do principal solvente biótico do planeta (por exemplo, água na Terra). Se, por exemplo, os oceanos da Terra estavam alternadamente fervendo e congelando, é difícil imaginar a evolução da vida como a conhecemos. Quanto mais complexo for o organismo, maior será a sensibilidade à temperatura. A órbita da Terra é quase perfeitamente circular, com uma excentricidade de menos de 0,02; outros planetas do Sistema Solar (com exceção de Mercúrio ) têm excentricidades que são igualmente benignas. No entanto, pode haver suporte científico, com base em estudos relatados em março de 2020, para considerar que partes do planeta Mercúrio podem ter sido habitáveis, e talvez que formas de vida reais , embora provavelmente microrganismos primitivos , possam ter existido no planeta afinal.

A habitabilidade também é influenciada pela arquitetura do sistema planetário em torno de uma estrela. A evolução e estabilidade desses sistemas são determinadas pela dinâmica gravitacional, que impulsiona a evolução orbital dos planetas terrestres. Os dados coletados sobre as excentricidades orbitais de planetas extrasolares surpreenderam a maioria dos pesquisadores: 90% têm uma excentricidade orbital maior do que a encontrada no Sistema Solar, e a média é de 0,25. Isso significa que a grande maioria dos planetas tem órbitas altamente excêntricas e, destes, mesmo que sua distância média de sua estrela seja considerada dentro do HZ, eles estariam gastando apenas uma pequena parte de seu tempo dentro da zona.

O movimento de um planeta em torno de seu eixo de rotação também deve atender a certos critérios para que a vida tenha a oportunidade de evoluir. Uma primeira suposição é que o planeta deveria ter estações moderadas . Se houver pouca ou nenhuma inclinação axial (ou obliquidade) em relação à perpendicular da eclíptica , as estações não ocorrerão e o principal estimulante do dinamismo biosférico desaparecerá. O planeta também seria mais frio do que seria com uma inclinação significativa: quando a maior intensidade de radiação está sempre dentro de alguns graus do equador, o tempo quente não pode mover-se em direção aos pólos e o clima de um planeta torna-se dominado por sistemas de tempo polar mais frio.

Se um planeta estiver radicalmente inclinado, as estações serão extremas e dificultarão a homeostase da biosfera . A inclinação axial da Terra é maior agora (no Quaternário ) do que no passado, coincidindo com a redução do gelo polar , temperaturas mais altas e menor variação sazonal. Os cientistas não sabem se essa tendência continuará indefinidamente com aumentos adicionais na inclinação axial (veja Bola de neve na Terra ).

Os efeitos exatos dessas mudanças só podem ser modelados por computador no momento, e estudos têm mostrado que mesmo inclinações extremas de até 85 graus não excluem absolutamente a vida "desde que não ocupe superfícies continentais afetadas sazonalmente pela temperatura mais alta." Não apenas a inclinação axial média, mas também sua variação ao longo do tempo deve ser considerada. A inclinação da Terra varia entre 21,5 e 24,5 graus ao longo de 41.000 anos. Uma variação mais drástica, ou uma periodicidade muito mais curta, induziria efeitos climáticos, como variações na severidade sazonal.

Outras considerações orbitais incluem:

  • O planeta deve girar relativamente rápido para que o ciclo dia-noite não seja longo demais. Se um dia levar anos, o diferencial de temperatura entre o lado diurno e noturno será acentuado, e problemas semelhantes aos observados com excentricidade orbital extrema surgirão.
  • O planeta também deve girar rápido o suficiente para que um dínamo magnético possa ser iniciado em seu núcleo de ferro para produzir um campo magnético.
  • A mudança na direção da rotação do eixo ( precessão ) não deve ser pronunciada. Em si mesma, a precessão não precisa afetar a habitabilidade, pois muda a direção da inclinação, não seu grau. No entanto, a precessão tende a acentuar as variações causadas por outros desvios orbitais; veja os ciclos de Milankovitch . A precessão na Terra ocorre ao longo de um ciclo de 26.000 anos.

A Lua da Terra parece desempenhar um papel crucial na moderação do clima da Terra, estabilizando a inclinação axial. Foi sugerido que uma inclinação caótica pode ser um "quebra-negócio" em termos de habitabilidade - ou seja, um satélite do tamanho da Lua não é apenas útil, mas necessário para produzir estabilidade. Esta posição permanece controversa.

No caso da Terra, a única Lua é suficientemente massiva e orbita de modo a contribuir significativamente para as marés oceânicas , o que, por sua vez, ajuda a agitação dinâmica dos grandes oceanos de água líquida da Terra. Essas forças lunares não apenas ajudam a garantir que os oceanos não estagnem, mas também desempenham um papel crítico no clima dinâmico da Terra.

Geologia

Seção transversal geológica da Terra
Uma visualização que mostra um modelo simples do campo magnético da Terra .

As concentrações de radionuclídeos em mantos de planetas rochosos podem ser críticas para a habitabilidade de planetas semelhantes à Terra, já que esses planetas com maiores abundâncias provavelmente carecem de um dínamo persistente por uma fração significativa de suas vidas e aqueles com concentrações mais baixas podem frequentemente ser geologicamente inertes . Os dínamos planetários criam fortes campos magnéticos que muitas vezes podem ser necessários para que a vida se desenvolva ou persista, pois protegem os planetas dos ventos solares e da radiação cósmica . Os espectros de emissão eletromagnética de estrelas poderiam ser usados ​​para identificar aquelas que são mais prováveis ​​de hospedar planetas semelhantes à Terra habitáveis. Em 2020, acredita-se que os radionuclídeos sejam produzidos por raros processos estelares, como fusões de estrelas de nêutrons . Características geológicas adicionais podem ser fatores essenciais ou importantes na habitabilidade dos corpos celestes naturais - incluindo algumas que podem moldar o calor e o campo magnético do corpo. Alguns deles são desconhecidos ou não são bem compreendidos e estão sendo investigados por cientistas planetários , geoquímicos e outros.

Geoquímica

É geralmente assumido que qualquer vida extraterrestre que possa existir será baseada na mesma bioquímica fundamental encontrada na Terra, já que os quatro elementos mais vitais para a vida, carbono , hidrogênio , oxigênio e nitrogênio , são também os elementos quimicamente reativos mais comuns no universo. De fato, compostos biogênicos simples, como aminoácidos muito simples como a glicina , foram encontrados em meteoritos e no meio interestelar . Esses quatro elementos juntos constituem mais de 96% da biomassa coletiva da Terra . O carbono tem uma capacidade incomparável de se ligar a si mesmo e formar uma grande variedade de estruturas complexas e variadas, tornando-o um material ideal para os mecanismos complexos que formam as células vivas . O hidrogênio e o oxigênio, na forma de água, compõem o solvente no qual ocorrem os processos biológicos e no qual ocorreram as primeiras reações que levaram ao surgimento da vida . A energia liberada na formação de poderosas ligações covalentes entre o carbono e o oxigênio, disponível pela oxidação de compostos orgânicos, é o combustível de todas as formas de vida complexas. Esses quatro elementos juntos formam os aminoácidos , que por sua vez são os blocos de construção das proteínas , a substância do tecido vivo. Além disso, nem o enxofre , necessário para a construção das proteínas, nem o fósforo , necessário para a formação do DNA , do RNA e dos fosfatos de adenosina essenciais ao metabolismo , são raros.

A abundância relativa no espaço nem sempre reflete a abundância diferenciada dentro dos planetas; dos quatro elementos vitais, por exemplo, apenas o oxigênio está presente em abundância na crosta terrestre . Isso pode ser parcialmente explicado pelo fato de que muitos desses elementos, como hidrogênio e nitrogênio , junto com seus compostos mais simples e comuns, como dióxido de carbono , monóxido de carbono , metano , amônia e água, são gasosos em temperaturas quentes. Na região quente próxima ao Sol, esses compostos voláteis não poderiam ter desempenhado um papel significativo na formação geológica dos planetas. Em vez disso, eles foram aprisionados como gases sob as crostas recém-formadas, que eram em grande parte feitas de compostos rochosos e involáteis como a sílica (um composto de silício e oxigênio, responsável pela abundância relativa do oxigênio). A liberação de gases de compostos voláteis pelos primeiros vulcões teria contribuído para a formação da atmosfera dos planetas . O experimento de Miller-Urey mostrou que, com a aplicação de energia, compostos inorgânicos simples expostos a uma atmosfera primordial podem reagir para sintetizar aminoácidos .

Mesmo assim, a liberação de gases vulcânicos não pode ser responsável pela quantidade de água nos oceanos da Terra. A grande maioria da água - e possivelmente do carbono - necessária para a vida deve ter vindo do Sistema Solar exterior, longe do calor do Sol, onde poderia permanecer sólida. Os cometas impactando com a Terra nos primeiros anos do Sistema Solar teriam depositado grandes quantidades de água, junto com os outros compostos voláteis que a vida requer na Terra primitiva, fornecendo um pontapé inicial para a origem da vida .

Assim, embora haja razão para suspeitar que os quatro "elementos vitais" devam estar prontamente disponíveis em outro lugar, um sistema habitável provavelmente também requer um suprimento de corpos orbitais de longo prazo para semear planetas internos. Sem cometas, existe a possibilidade de que a vida como a conhecemos não existiria na Terra.

Microambientes e extremófilos

O Deserto de Atacama na América do Sul fornece um análogo a Marte e um ambiente ideal para estudar a fronteira entre esterilidade e habitabilidade.

Uma qualificação importante para os critérios de habitabilidade é que apenas uma pequena porção de um planeta é necessária para sustentar a vida, uma chamada Borda Cachinhos Dourados ou Grande Mancha Pré-biótica. Os astrobiólogos muitas vezes se preocupam com "microambientes", observando que "nos falta uma compreensão fundamental de como as forças evolutivas, como mutação , seleção e deriva genética , operam em micro-organismos que agem e respondem a microambientes mutantes. " Extremófilos são organismos terrestres que vivem em ambientes de nicho sob condições severas geralmente consideradas hostis à vida. Normalmente (embora nem sempre) unicelulares, extremófilos incluem organismos agudamente alcalifílicos e acidofílicos e outros que podem sobreviver a temperaturas de água acima de 100 ° C em fontes hidrotermais .

A descoberta da vida em condições extremas complicou as definições de habitabilidade, mas também gerou muita empolgação entre os pesquisadores ao ampliar consideravelmente a gama conhecida de condições sob as quais a vida pode persistir. Por exemplo, um planeta que poderia ser incapaz de suportar uma atmosfera devido às condições solares em sua vizinhança, poderia ser capaz de fazê-lo dentro de uma fenda profunda com sombra ou caverna vulcânica. Da mesma forma, o terreno crateroso pode oferecer um refúgio para a vida primitiva. A cratera Lawn Hill foi estudada como um análogo astrobiológico, com pesquisadores sugerindo que o rápido preenchimento de sedimentos criou um microambiente protegido para organismos microbianos; condições semelhantes podem ter ocorrido ao longo da história geológica de Marte .

Ambientes terrestres que não podem suportar vida ainda são instrutivos para os astrobiólogos na definição dos limites do que os organismos podem suportar. O coração do deserto de Atacama , geralmente considerado o lugar mais seco da Terra, parece incapaz de sustentar vida, e por isso foi objeto de estudos da NASA e da ESA : fornece um análogo de Marte e os gradientes de umidade ao longo de suas bordas são ideais. para estudar a fronteira entre esterilidade e habitabilidade. O Atacama foi objeto de estudo em 2003, que parcialmente replicou experimentos dos pousos Viking em Marte na década de 1970; nenhum DNA pôde ser recuperado de duas amostras de solo, e os experimentos de incubação também foram negativos para bioassinaturas .

Fatores ecológicos

As duas abordagens ecológicas atuais para prever o potencial de habitabilidade usam 19 ou 20 fatores ambientais, com ênfase na disponibilidade de água, temperatura, presença de nutrientes, uma fonte de energia e proteção contra radiação ultravioleta solar e cósmica galáctica .

Alguns fatores de habitabilidade
Água  · Atividade de água líquida
 · Inventários de líquidos (gelo) passados ​​ou futuros
 · Salinidade , pH e Eh de água disponível
Ambiente químico Nutrientes:
 · C, H, N, O, P, S, metais essenciais, micronutrientes essenciais
 · Nitrogênio fixo
 · Disponibilidade / mineralogia
Abundância de toxinas e letalidade:
 · Metais pesados (por exemplo, Zn, Ni, Cu, Cr, As, Cd, etc .; alguns são essenciais, mas tóxicos em níveis elevados)
 · Solos oxidantes distribuídos globalmente
Energia para o metabolismo Solar (superfície e perto da superfície apenas)
Geoquímico (subsuperfície)
 · Oxidantes
 · Redutores
 · Gradientes redox
Conducentes
condições físicas
 · Temperatura
 · Flutuações extremas de temperatura diurna
 · Baixa pressão (existe um limite de baixa pressão para anaeróbios terrestres ?)
 · Irradiação germicida ultravioleta forte
 · Radiação cósmica galáctica e eventos de partículas solares (efeitos acumulados de longo prazo)
 · Oxidantes voláteis induzidos por UV solar , por exemplo, O 2 - , O - , H 2 O 2 , O 3
 · Clima e sua variabilidade (geografia, estações, diurnas e, eventualmente, variações de obliquidade)
 · Substrato (processos de solo, microambientes rochosos, composição de poeira, blindagem)
 · Alta Concentrações de CO 2 na atmosfera global
 · Transporte ( eólico , fluxo de água subterrânea, água superficial, glacial)

Sistemas alternativos de estrelas

Ao determinar a viabilidade da vida extraterrestre, os astrônomos há muito focavam sua atenção em estrelas como o sol. No entanto, como os sistemas planetários que se assemelham ao Sistema Solar estão se revelando raros, eles começaram a explorar a possibilidade de que a vida possa se formar em sistemas muito diferentes do nosso.

Sistemas binários

As estimativas típicas geralmente sugerem que 50% ou mais de todos os sistemas estelares são sistemas binários . Isso pode ser um viés parcial da amostra, já que estrelas massivas e brilhantes tendem a estar em binários e são mais facilmente observados e catalogados; uma análise mais precisa sugeriu que as estrelas mais fracas mais comuns são geralmente singulares e que até dois terços de todos os sistemas estelares são, portanto, solitários.

A separação entre estrelas em um binário pode variar de menos de uma unidade astronômica (UA, a distância média Terra-Sol) a várias centenas. Nos últimos casos, os efeitos gravitacionais serão insignificantes em um planeta orbitando uma estrela adequada e o potencial de habitabilidade não será interrompido, a menos que a órbita seja altamente excêntrica (ver Nêmesis , por exemplo). No entanto, onde a separação é significativamente menor, uma órbita estável pode ser impossível. Se a distância de um planeta ao seu primário excede cerca de um quinto da aproximação mais próxima da outra estrela, a estabilidade orbital não é garantida. Se os planetas poderiam se formar em binários ainda não estava claro, já que as forças gravitacionais podem interferir na formação do planeta. O trabalho teórico de Alan Boss na Carnegie Institution mostrou que os gigantes gasosos podem se formar em torno de estrelas em sistemas binários, da mesma forma que em estrelas solitárias.

Um estudo de Alpha Centauri , o sistema estelar mais próximo do Sol, sugeriu que os binários não precisam ser descontados na busca por planetas habitáveis. Centauri A e B têm uma distância de 11 UA na aproximação mais próxima (média de 23 UA), e ambos devem ter zonas habitáveis ​​estáveis. Um estudo de estabilidade orbital de longo prazo para planetas simulados dentro do sistema mostra que planetas dentro de aproximadamente três UA de cada estrela podem permanecer bastante estáveis ​​(ou seja, o semi-eixo maior desviando em menos de 5% durante 32.000 períodos binários). A zona habitável contínua (CHZ por 4,5 bilhões de anos) para Centauri A é estimada conservadoramente em 1,2 a 1,3 UA e Centauri B em 0,73 a 0,74 - bem dentro da região estável em ambos os casos.

Sistemas anãs vermelhas

Tamanhos relativos de estrelas e temperaturas fotosféricas . Qualquer planeta em torno de uma anã vermelha como o mostrado aqui ( Gliese 229A ) teria que se amontoar perto para atingir temperaturas semelhantes às da Terra, provavelmente induzindo o bloqueio das marés. Veja Aurelia . Crédito: MPIA / V. Joergens.

Determinar a habitabilidade das estrelas anãs vermelhas pode ajudar a determinar o quão comum a vida no universo pode ser, já que as anãs vermelhas representam entre 70 e 90% de todas as estrelas da galáxia.

Tamanho

Astrônomos por muitos anos descartaram as anãs vermelhas como moradas potenciais para a vida. Seu pequeno tamanho (de 0,08 a 0,45 massas solares) significa que suas reações nucleares ocorrem excepcionalmente lentamente e emitem muito pouca luz (de 3% daquela produzida pelo Sol a apenas 0,01%). Qualquer planeta em órbita ao redor de uma anã vermelha teria que se amontoar muito perto de sua estrela-mãe para atingir temperaturas de superfície semelhantes às da Terra; de 0,3 UA (apenas dentro da órbita de Mercúrio ) para uma estrela como Lacaille 8760 , a tão pouco quanto 0,032 UA para uma estrela como Proxima Centauri (tal mundo teria um ano durando apenas 6,3 dias). Nessas distâncias, a gravidade da estrela causaria o bloqueio das marés. Um lado do planeta ficaria eternamente voltado para a estrela, enquanto o outro sempre ficaria voltado para o lado oposto. As únicas maneiras pelas quais a vida potencial poderia evitar um inferno ou um congelamento profundo seria se o planeta tivesse uma atmosfera espessa o suficiente para transferir o calor da estrela do lado diurno para o noturno, ou se houvesse um gigante gasoso no habitável zona, com uma lua habitável , que ficaria presa ao planeta em vez da estrela, permitindo uma distribuição mais uniforme da radiação sobre o planeta. Há muito tempo que se presumia que uma atmosfera tão densa impediria a luz do sol de atingir a superfície em primeiro lugar, impedindo a fotossíntese .

Impressão artística de GJ 667 Cc , um planeta potencialmente habitável orbitando uma anã vermelha constituinte em um sistema estelar trinário .

Esse pessimismo foi amenizado pela pesquisa. Estudos de Robert Haberle e Manoj Joshi, do Ames Research Center da NASA , na Califórnia, mostraram que a atmosfera de um planeta (supondo que incluísse os gases de efeito estufa CO 2 e H 2 O ) precisa ter apenas 100 milibares (0,10 atm), para que o calor da estrela ser efetivamente transportado para o lado noturno. Isso está bem dentro dos níveis exigidos para a fotossíntese, embora a água ainda permanecesse congelada no lado escuro em alguns de seus modelos. Martin Heath, do Greenwich Community College , mostrou que a água do mar também pode circular efetivamente sem congelar, se as bacias oceânicas forem profundas o suficiente para permitir o fluxo livre sob a capa de gelo do lado noturno. Pesquisas adicionais - incluindo uma consideração da quantidade de radiação fotossinteticamente ativa - sugeriram que planetas bloqueados por maré em sistemas de anãs vermelhas podem pelo menos ser habitáveis ​​para plantas superiores.

Outros fatores que limitam a habitabilidade

O tamanho não é o único fator que torna as anãs vermelhas potencialmente inadequadas para a vida. Em um planeta anão vermelho, a fotossíntese no lado noturno seria impossível, já que nunca veria o sol. Do lado do dia, como o sol não nasce nem se põe, as áreas nas sombras das montanhas permaneceriam assim para sempre. A fotossíntese, como a entendemos, seria complicada pelo fato de que uma anã vermelha produz a maior parte de sua radiação no infravermelho , e na Terra o processo depende da luz visível. Existem aspectos positivos potenciais para este cenário. Numerosos ecossistemas terrestres dependem da quimiossíntese em vez da fotossíntese, por exemplo, o que seria possível em um sistema de anãs vermelhas. A posição estática da estrela primária elimina a necessidade das plantas de direcionar as folhas em direção ao sol, lidar com as mudanças nos padrões de sombra / sol ou mudar da fotossíntese para a energia armazenada durante a noite. Por causa da falta de um ciclo dia-noite, incluindo a luz fraca da manhã e da noite, muito mais energia estaria disponível em um determinado nível de radiação.

As anãs vermelhas são muito mais variáveis ​​e violentas do que suas primas maiores e mais estáveis. Freqüentemente, eles estão cobertos por manchas estelares que podem diminuir sua luz emitida em até 40% por meses a fio , enquanto em outros momentos eles emitem chamas gigantescas que podem dobrar seu brilho em questão de minutos. Essa variação seria muito prejudicial para a vida, pois não apenas destruiria quaisquer moléculas orgânicas complexas que poderiam formar precursores biológicos, mas também porque explodiria porções consideráveis ​​da atmosfera do planeta.

Para um planeta ao redor de uma estrela anã vermelha sustentar vida, seria necessário um campo magnético girando rapidamente para protegê-lo das chamas. Um planeta bloqueado por maré gira apenas muito lentamente e, portanto, não pode produzir um geodinamo em seu núcleo. Estima-se que o período de explosão violenta do ciclo de vida de uma anã vermelha dure apenas cerca de 1,2 bilhão de anos de sua existência. Se um planeta se formar longe de uma anã vermelha para evitar o bloqueio das marés, e então migrar para a zona habitável da estrela após esse período inicial turbulento, é possível que a vida tenha uma chance de se desenvolver. No entanto, devido à sua idade, entre 7 e 12 bilhões de anos, a estrela de Barnard é consideravelmente mais velha que o sol. Por muito tempo, foi considerado quiescente em termos de atividade estelar. Ainda assim, em 1998, os astrônomos observaram uma explosão estelar intensa , surpreendentemente mostrando que a Estrela de Barnard é, apesar de sua idade, uma estrela flamejante .

Longevidade e onipresença

As anãs vermelhas têm uma vantagem sobre as outras estrelas como moradas para a vida: longevidade muito maior. Demorou 4,5 bilhões de anos antes que a humanidade aparecesse na Terra, e a vida como a conhecemos terá condições adequadas por mais 1 a 2,3 bilhões de anos . As anãs vermelhas, ao contrário, podem viver por trilhões de anos porque suas reações nucleares são muito mais lentas do que as de estrelas maiores, o que significa que a vida teria mais tempo para evoluir e sobreviver.

Embora a probabilidade de encontrar um planeta na zona habitável em torno de qualquer anã vermelha específica seja pequena, a quantidade total de zona habitável em torno de todas as anãs vermelhas combinadas é igual à quantidade total em torno de estrelas semelhantes ao Sol, dada sua onipresença. Além disso, essa quantidade total de zona habitável durará mais, porque as estrelas anãs vermelhas vivem por centenas de bilhões de anos ou até mais na sequência principal. No entanto, combinado com as desvantagens acima, é mais provável que estrelas anãs vermelhas permaneceriam habitáveis ​​por mais tempo para os micróbios, enquanto as estrelas anãs amarelas de vida mais curta, como o Sol, permaneceriam habitáveis ​​por mais tempo para os animais.

Estrelas enormes

Pesquisas recentes sugerem que estrelas muito grandes, com mais de ~ 100 massas solares, podem ter sistemas planetários consistindo de centenas de planetas do tamanho de Mercúrio dentro da zona habitável. Esses sistemas também podem conter anãs marrons e estrelas de baixa massa (~ 0,1–0,3 massas solares). No entanto, o tempo de vida muito curto de estrelas com mais do que algumas massas solares dificilmente daria tempo para um planeta esfriar, muito menos o tempo necessário para o desenvolvimento de uma biosfera estável. Estrelas massivas são, portanto, eliminadas como possíveis moradas para a vida.

No entanto, um sistema de estrela massiva pode ser um progenitor de vida de outra maneira - a explosão de supernova da estrela massiva na parte central do sistema. Esta supernova irá dispersar elementos mais pesados ​​em toda a sua vizinhança, criados durante a fase em que a estrela massiva se afastou da sequência principal, e os sistemas das estrelas potenciais de baixa massa (que ainda estão na sequência principal) dentro da antiga sistema estelar pode ser enriquecido com o fornecimento relativamente grande de elementos pesados ​​tão perto de uma explosão de supernova. No entanto, isso não afirma nada sobre quais tipos de planetas se formariam como resultado do material da supernova, ou qual seria seu potencial de habitabilidade.

Quatro classes de planetas habitáveis ​​baseados na água

Em uma revisão dos fatores que são importantes para a evolução de planetas habitáveis ​​do tamanho da Terra, Lammer et al. propôs uma classificação de quatro tipos de habitat dependentes de água:

Os habitats de classe I são corpos planetários nos quais as condições estelares e geofísicas permitem que a água líquida esteja disponível na superfície, junto com a luz do sol, para que organismos multicelulares complexos possam se originar.

Os habitats de Classe II incluem corpos que inicialmente desfrutam de condições semelhantes às da Terra, mas não mantêm sua capacidade de sustentar água líquida em sua superfície devido a condições estelares ou geofísicas. Marte e, possivelmente, Vênus são exemplos desta classe em que as formas de vida complexas podem não se desenvolver.

Os habitats da Classe III são corpos planetários onde existem oceanos de água líquida abaixo da superfície, onde podem interagir diretamente com um núcleo rico em silicatos .

Tal situação pode ser esperada em planetas ricos em água localizados muito longe de sua estrela para permitir água líquida de superfície, mas nos quais a água subterrânea está na forma líquida por causa do calor geotérmico . Dois exemplos de tal ambiente são Europa e Enceladus . Em tais mundos, não apenas a luz não está disponível como fonte de energia, mas o material orgânico trazido pelos meteoritos (considerado necessário para iniciar a vida em alguns cenários) pode não atingir facilmente a água líquida. Se um planeta só pudesse abrigar vida abaixo de sua superfície, a biosfera provavelmente não modificaria todo o ambiente planetário de uma forma observável, portanto, detectar sua presença em um exoplaneta seria extremamente difícil.

Os habitats da Classe IV têm camadas de água líquida entre duas camadas de gelo ou líquidos acima do gelo.

Se a camada de água for espessa o suficiente, a água em sua base estará em fase sólida (polimorfos de gelo) por causa da alta pressão. Ganimedes e Calisto são exemplos prováveis ​​dessa classe. Acredita-se que seus oceanos estejam encerrados entre espessas camadas de gelo. Em tais condições, o surgimento de formas de vida mesmo simples pode ser muito difícil porque os ingredientes necessários para a vida provavelmente estarão completamente diluídos.

A vizinhança galáctica

Junto com as características dos planetas e seus sistemas estelares, o ambiente galáctico mais amplo também pode impactar a habitabilidade. Os cientistas consideraram a possibilidade de que áreas particulares de galáxias ( zonas galácticas habitáveis ) sejam mais adequadas à vida do que outras; o Sistema Solar em que vivemos, no Orion Spur , na orla da galáxia da Via Láctea, é considerado um local favorável à vida:

  • Não é em um aglomerado globular onde imensas densidades de estrelas são hostis à vida, devido à radiação excessiva e à perturbação gravitacional. Os aglomerados globulares também são compostos principalmente de estrelas mais velhas, provavelmente pobres em metais. Além disso, nos aglomerados globulares, as grandes idades das estrelas significariam uma grande quantidade de evolução estelar por parte do hospedeiro ou de outras estrelas próximas, que devido à sua proximidade podem causar danos extremos à vida em quaisquer planetas, desde que possam se formar.
  • Não está perto de uma fonte ativa de raios gama .
  • Não está perto do centro galáctico, onde mais uma vez as densidades de estrelas aumentam a probabilidade de radiação ionizante (por exemplo, de magnetares e supernovas ). Acredita-se que um buraco negro supermassivo também esteja no meio da galáxia, o que pode ser um perigo para qualquer corpo próximo.
  • A órbita circular do Sol em torno do centro da galáxia o mantém fora do caminho dos braços espirais da galáxia, onde a radiação intensa e a gravitação podem novamente levar à ruptura.

Assim, o isolamento relativo é, em última análise, o que um sistema que sustenta a vida precisa. Se o Sol estivesse lotado entre outros sistemas, a chance de estar fatalmente perto de fontes de radiação perigosas aumentaria significativamente. Além disso, vizinhos próximos podem atrapalhar a estabilidade de vários corpos em órbita, como a nuvem de Oort e objetos do cinturão de Kuiper , que podem trazer uma catástrofe se atingidos no interior do Sistema Solar.

Embora a aglomeração estelar se mostre desvantajosa para a habitabilidade, o mesmo ocorre com o isolamento extremo. Uma estrela rica em metais como o Sol provavelmente não teria se formado nas regiões ultraperiféricas da Via Láctea, devido ao declínio na abundância relativa de metais e à falta geral de formação de estrelas. Assim, uma localização "suburbana", como a que o Sistema Solar desfruta, é preferível ao centro de uma galáxia ou áreas mais distantes.

Outras considerações

Bioquímicas alternativas

Enquanto a maioria das investigações de vida extraterrestre começa com a suposição de que formas de vida avançadas devem ter requisitos de vida semelhantes aos da Terra, a hipótese de outros tipos de bioquímica sugere a possibilidade de formas de vida evoluindo em torno de um mecanismo metabólico diferente. Em Evolving the Alien , o biólogo Jack Cohen e o matemático Ian Stewart argumentam que a astrobiologia , com base na hipótese de terras raras , é restritiva e sem imaginação. Eles sugerem que planetas semelhantes à Terra podem ser muito raros, mas vida complexa não baseada em carbono poderia surgir em outros ambientes. A alternativa mais freqüentemente mencionada ao carbono é a vida baseada em silício , enquanto amônia e hidrocarbonetos são algumas vezes sugeridos como solventes alternativos à água. O astrobiólogo Dirk Schulze-Makuch e outros cientistas propuseram um Índice de Habitabilidade do Planeta cujos critérios incluem "potencial para conter um solvente líquido" que não está necessariamente restrito à água.

Ideias mais especulativas se concentraram em corpos totalmente diferentes dos planetas semelhantes à Terra. O astrônomo Frank Drake , um conhecido defensor da busca por vida extraterrestre , imaginou a vida em uma estrela de nêutrons : "moléculas nucleares" submicroscópicas se combinando para formar criaturas com um ciclo de vida milhões de vezes mais rápido do que a vida na Terra. Chamada de "imaginativa e irônica", a ideia deu origem a representações de ficção científica. Carl Sagan , outro otimista com relação à vida extraterrestre, considerou a possibilidade de organismos que estão sempre no ar dentro da alta atmosfera de Júpiter em um artigo de 1976. Cohen e Stewart também imaginaram a vida em um ambiente solar e na atmosfera de um gigante gasoso.

"Bons Júpiteres"

"Bons Júpiteres" são gigantes gasosos, como Júpiter do Sistema Solar , que orbitam suas estrelas em órbitas circulares longe o suficiente da zona habitável para não perturbá-la, mas perto o suficiente para "proteger" planetas terrestres em órbita mais próxima de duas maneiras críticas. Primeiro, eles ajudam a estabilizar as órbitas e, portanto, os climas dos planetas internos. Em segundo lugar, eles mantêm o sistema estelar interno relativamente livre de cometas e asteróides que poderiam causar impactos devastadores. Júpiter orbita o Sol a cerca de cinco vezes a distância entre a Terra e o Sol. Esta é a distância aproximada que devemos esperar encontrar bons Júpiter em outro lugar. O papel de "zelador" de Júpiter foi dramaticamente ilustrado em 1994, quando o cometa Shoemaker – Levy 9 impactou o gigante.

No entanto, as evidências não são tão claras. A pesquisa mostrou que o papel de Júpiter em determinar a taxa em que os objetos atingem a Terra é significativamente mais complicado do que se pensava.

O papel de Júpiter no início da história do Sistema Solar está um pouco melhor estabelecido e é fonte de muito menos debate. No início da história do Sistema Solar, Júpiter é aceito como tendo desempenhado um papel importante na hidratação do nosso planeta: aumentou a excentricidade das órbitas do cinturão de asteróides e permitiu que muitos cruzassem a órbita da Terra e fornecessem ao planeta voláteis importantes, como água e carbono dióxido. Antes que a Terra atingisse a metade de sua massa atual, corpos gelados da região de Júpiter-Saturno e pequenos corpos do cinturão de asteróides primordial forneceram água para a Terra devido ao espalhamento gravitacional de Júpiter e, em menor grau, de Saturno . Assim, embora os gigantes gasosos sejam agora protetores úteis, eles já foram fornecedores de materiais essenciais para habitabilidade.

Em contraste, corpos do tamanho de Júpiter que orbitam muito perto da zona habitável, mas não nela (como em 47 Ursae Majoris ), ou têm uma órbita altamente elíptica que cruza a zona habitável (como 16 Cygni B ) tornam muito difícil para um planeta semelhante à Terra independente para existir no sistema. Veja a discussão sobre uma zona habitável estável acima. No entanto, durante o processo de migração para uma zona habitável, um planeta do tamanho de Júpiter pode capturar um planeta terrestre como uma lua. Mesmo que tal planeta seja inicialmente frouxamente ligado e seguindo uma órbita fortemente inclinada, as interações gravitacionais com a estrela podem estabilizar a lua nova em uma órbita circular próxima que é coplanar com a órbita do planeta ao redor da estrela.

Impacto da vida na habitabilidade

Um suplemento aos fatores que sustentam o surgimento da vida é a noção de que a própria vida, uma vez formada, torna-se um fator de habitabilidade por si só. Um exemplo importante da Terra foi a produção de gás oxigênio molecular ( O
2
) por cianobactérias antigas e, eventualmente, por plantas fotossintetizantes, levando a uma mudança radical na composição da atmosfera terrestre. Essa mudança ambiental é chamada de Grande Evento de Oxigenação . Esse oxigênio provou ser fundamental para a respiração das espécies animais posteriores. A hipótese Gaia , um modelo científico da geobiosfera criado por James Lovelock em 1975, argumenta que a vida como um todo promove e mantém condições adequadas para si mesma, ajudando a criar um ambiente planetário adequado para sua continuidade. Da mesma forma, David Grinspoon sugeriu uma "hipótese dos mundos vivos" em que nossa compreensão do que constitui habitabilidade não pode ser separada da vida já existente em um planeta. Os planetas que estão geológica e meteorologicamente vivos têm muito mais probabilidade de estar biologicamente vivos também e "um planeta e sua vida coevoluirão". Esta é a base da ciência do sistema terrestre .

O papel do acaso

Os pontos verdes representam planetas naturais simulados que permaneceram habitáveis ​​por 3 bilhões de sim. anos, a) sim diferente. planetas rodam uma vez b) uma corrida repetida desses 1.000 planetas, mostrando uma chance de 1,5% x 39% desses planetas permanecerem habitáveis ​​repetidamente.

Em 2020, uma simulação de computador da evolução dos climas planetários ao longo de 3 bilhões de anos sugeriu que os feedbacks são uma condição necessária, mas não suficiente, para evitar que os planetas se tornem muito quentes ou frios para a vida, e que o acaso também desempenha um papel crucial. Considerações relacionadas incluem fatores ainda desconhecidos que influenciam a habitabilidade térmica dos planetas, como "mecanismo (ou mecanismos) de feedback que evita que o clima chegue a temperaturas fatais".

Veja também

Notas

Referências

Bibliografia

  • Ward, Peter; Brownlee, Donald (2000). Terra rara: por que a vida complexa é incomum no universo . Springer. ISBN 978-0-387-98701-9.

Leitura adicional

  • Cohen, Jack e Ian Stewart. Evolving the Alien: The Science of Extraterrestrial Life , Ebury Press, 2002. ISBN  0-09-187927-2
  • Dole, Stephen H. (1965). Habitable Planets for Man (1ª ed.). Rand Corporation. ISBN 978-0-444-00092-7.
  • Fogg, Martyn J., ed. "Terraforming" (edição especial inteira) Journal of the British Interplanetary Society , abril de 1991
  • Fogg, Martyn J. Terraforming: Engineering Planetary Environments , SAE International, 1995. ISBN  1-56091-609-5
  • Gonzalez, Guillermo e Richards, Jay W. The Privileged Planet , Regnery, 2004. ISBN  0-89526-065-4
  • Grinspoon, David. Lonely Planets: The Natural Philosophy of Alien Life , HarperCollins, 2004.
  • Lovelock, James. Gaia: Um Novo Olhar para a Vida na Terra. ISBN  0-19-286218-9
  • Schmidt, Stanley e Robert Zubrin, eds. Islands in the Sky , Wiley, 1996. ISBN  0-471-13561-5
  • Webb, Stephen Se o universo está repleto de alienígenas ... onde estão todos? Cinquenta soluções para o paradoxo de Fermi e o problema da vida extraterrestre Nova York: janeiro de 2002 Springer-Verlag ISBN  978-0-387-95501-8

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