Planeta superhabitável - Superhabitable planet

Impressão artística de uma possível aparência de um planeta superhabitável. A tonalidade avermelhada é a vegetação.

Um planeta superhabitable é um tipo hipotético de exoplaneta ou exomoon que pode ser mais adequado do que a Terra para o surgimento e evolução da vida . O conceito foi introduzido em 2014 por René Heller e John Armstrong, que criticaram a linguagem usada na busca por planetas habitáveis e propuseram esclarecimentos. De acordo com Heller e Armstrong, sabendo ou não um planeta está em seu hospedeiro estrela de zona habitável (HZ) é insuficiente para determinar a sua habitabilidade: não está claro por que a Terra deve oferecer o maior número de parâmetros físico-químicos adequados para os organismos vivos, como " planetas podem ser diferentes da Terra, mas oferecem condições mais adequadas para o surgimento e evolução da vida do que a Terra ofereceu ou oferece. " Embora ainda suponham que a vida requer água, eles levantam a hipótese de que a Terra pode não representar as condições ideais de habitabilidade planetária para a biodiversidade máxima ; em outras palavras, eles definem um mundo superhabitável como um planeta terrestre ou lua que poderia suportar uma flora e fauna mais diversa do que há na Terra, já que demonstraria empiricamente que seu ambiente é mais hospitaleiro à vida.

Heller e Armstrong também apontam que nem todos os planetas rochosos em uma zona habitável (HZ) podem ser habitáveis, e que o aquecimento das marés pode tornar os mundos terrestres ou gelados habitáveis ​​além do HZ estelar, como no oceano interno de Europa . Os autores propõem que, a fim de identificar um planeta habitável - ou superhabitable, é necessário um conceito de caracterização que seja biocêntrico em vez de geo ou antropocêntrico . Heller e Armstrong propuseram estabelecer um perfil para exoplanetas de acordo com o tipo estelar, massa e localização em seu sistema planetário , entre outras características. De acordo com esses autores, esses mundos superabitáveis ​​provavelmente seriam maiores, mais quentes e mais antigos do que a Terra, e orbitariam estrelas da sequência principal do tipo K em órbita .

Características gerais

Heller e Armstrong propuseram que uma série de características básicas são necessárias para classificar um exoplaneta ou exomoa como superhabitável; para o tamanho, é necessário ter cerca de 2 massas terrestres e 1,3 raios terrestres proporcionarão um tamanho ideal para as placas tectônicas . Além disso, teria uma atração gravitacional maior que aumentaria a retenção de gases durante a formação do planeta. Portanto, é provável que tenham uma atmosfera mais densa que oferecerá maior concentração de oxigênio e gases de efeito estufa , que por sua vez elevam a temperatura média a níveis ideais para a vida das plantas em cerca de 25 ° C (77 ° F). Uma atmosfera mais densa também pode influenciar o relevo superficial, tornando-o mais regular e diminuindo o tamanho das bacias oceânicas , o que melhoraria a diversidade da vida marinha em águas rasas.

Outros fatores a serem considerados são o tipo de estrela no sistema. Estrelas do tipo K são menos massivas que o Sol e são estáveis ​​na sequência principal por um longo tempo (18 a 34 bilhões de anos, em comparação com 10 bilhões para o Sol, uma estrela de classe G ), dando mais tempo para o surgimento da vida e evolução . Além disso, estrelas do tipo K emitem menos radiação ultravioleta (que pode danificar o DNA e, portanto, impedir o surgimento de vida baseada em ácido nucléico) do que estrelas do tipo G como o sol.

Superfície, tamanho e composição

O Kepler-62e , o segundo da esquerda, tem um raio de 1,6 R ⊕ . A Terra está na extrema direita; dimensionado.

Um exoplaneta com um volume maior do que o da Terra, ou com um terreno mais complexo , ou com uma superfície maior coberta por água líquida, poderia ser mais hospitaleiro para a vida do que a Terra. Como o volume de um planeta tende a estar diretamente relacionado à sua massa, quanto mais massivo ele for, maior será sua atração gravitacional, o que pode resultar em uma atmosfera mais densa.

Alguns estudos indicam que existe um limite natural do raio, fixado em R ⊕ , abaixo do qual quase todos os planetas são terrestres , compostos principalmente de misturas de rocha-ferro-água. Geralmente, os objetos com uma massa abaixo de 8 M ⊕ são muito provavelmente de composição semelhante à da Terra. Acima desse limite, a densidade dos planetas diminui com o aumento do tamanho, o planeta se tornará um "mundo aquático" e finalmente um gigante gasoso . Além disso, para a maioria das super-Terras com massa 7 vezes maior que a da Terra, suas grandes massas podem causar a falta de placas tectônicas . Assim, espera-se que qualquer exoplaneta semelhante à densidade da Terra e com um raio menor que 2 R ⊕ seja adequado para a vida. No entanto, outros estudos indicam que os mundos de água representam uma fase de transição entre o mini-Neptunes os planetas terrestres e, especialmente se eles pertencem a anãs vermelhas ou anões K . Embora os planetas aquáticos possam ser habitáveis, a profundidade média da água e a ausência de área de terra não os tornariam superhabitáveis, conforme definido por Heller e Armstrong. De uma perspectiva geológica, a massa ótima de um planeta é de cerca de 2 M ⊕ , então ele deve ter um raio que mantenha a densidade da Terra entre 1,2 e 1,3 R ⊕ .

A profundidade média dos oceanos também afeta a habitabilidade de um planeta. As áreas rasas do mar, dada a quantidade de luz e calor que recebem, geralmente são mais confortáveis ​​para espécies aquáticas conhecidas, então é provável que exoplanetas com uma profundidade média mais baixa sejam mais adequados para a vida. Exoplanetas mais massivos tendem a ter uma gravidade superficial regular, o que pode significar bacias oceânicas mais rasas - e mais hospitaleiras.

Geologia

As placas tectônicas , em combinação com a presença de grandes corpos d'água em um planeta, são capazes de manter altos níveis de dióxido de carbono ( CO
2) em sua atmosfera. Este processo parece ser comum em planetas terrestres geologicamente ativos com uma velocidade de rotação significativa. Quanto mais massivo for um corpo planetário, mais tempo ele gerará calor interno , o que é um importante fator que contribui para a tectônica de placas. No entanto, a massa excessiva também pode retardar a tectônica de placas por causa do aumento da pressão e da viscosidade do manto, o que dificulta o deslizamento da litosfera . A pesquisa sugere que as placas tectônicas têm pico de atividade em corpos com uma massa entre 1 e 5M ⊕ , com uma massa ótima de aproximadamente 2M ⊕ .

Se a atividade geológica não for forte o suficiente para gerar uma quantidade suficiente de gases de efeito estufa para aumentar as temperaturas globais acima do ponto de congelamento da água, o planeta pode experimentar uma idade do gelo permanente , a menos que o processo seja compensado por uma fonte interna de calor intensa, como as marés aquecimento ou irradiação estelar.

Magnetosfera

Outra característica favorável à vida é o potencial de um planeta de desenvolver uma magnetosfera forte para proteger sua superfície e atmosfera da radiação cósmica e dos ventos estelares , especialmente em torno de estrelas anãs vermelhas . Corpos menos massivos e de rotação lenta, ou travados por maré , apresentam campo magnético fraco ou inexistente, que com o tempo pode resultar na perda de parte significativa de sua atmosfera, principalmente hidrogênio , por escape hidrodinâmico .

O clima de um exoplaneta terrestre mais quente e úmido pode se assemelhar ao das regiões tropicais da Terra. Na foto, mangue no Camboja .

Temperatura e clima

A temperatura ótima para a vida semelhante à da Terra em geral é desconhecida, embora pareça que na Terra a diversidade de organismos tenha sido maior nos períodos mais quentes. Portanto, é possível que exoplanetas com temperaturas médias ligeiramente superiores às da Terra sejam mais adequados para a vida. O efeito termorregulador de grandes oceanos em exoplanetas localizados em uma zona habitável pode manter uma faixa de temperatura moderada. Nesse caso, os desertos seriam mais limitados em área e provavelmente sustentariam ambientes costeiros ricos em habitat.

No entanto, estudos sugerem que a Terra já se encontra perto da borda interna da zona habitável do Sistema Solar , e isso pode prejudicar sua habitabilidade a longo prazo, pois a luminosidade das estrelas da sequência principal aumenta constantemente ao longo do tempo, empurrando a zona habitável para fora. Portanto, os exoplanetas superhabitáveis ​​devem ser mais quentes do que a Terra, mas orbitar mais longe do que a Terra e mais perto do centro da zona habitável do sistema . Isso seria possível com uma atmosfera mais densa ou com uma maior concentração de gases de efeito estufa .

Estrela

Posição da zona habitável (HZ) de alguns dos exoplanetas de temperatura de superfície média e mais semelhantes .

O tipo da estrela determina em grande parte as condições presentes em um sistema. As estrelas mais massivas O, B e A têm um ciclo de vida muito curto, deixando rapidamente a sequência principal . Além disso, estrelas do tipo O produzem um efeito de fotoevaporação que impede o acúmulo de planetas ao redor da estrela.

No lado oposto, os tipos menos massivos M e K são de longe as estrelas mais comuns e de vida mais longa do universo, mas seu potencial para sustentar a vida ainda está em estudo. Sua baixa luminosidade reduz o tamanho das zonas habitáveis , que são expostas a surtos de radiação ultravioleta que ocorrem com freqüência, especialmente durante seu primeiro bilhão de anos de existência. Quando a órbita de um planeta é muito curta, isso pode causar o bloqueio das marés do planeta, onde ele sempre apresenta o mesmo hemisfério para a estrela, conhecido como hemisfério diurno . Mesmo que a existência de vida fosse possível em um sistema desse tipo, é improvável que qualquer exoplaneta pertencente a uma estrela anã vermelha fosse considerado "superhabitável".

Ignorando ambas as extremidades, os sistemas com estrelas do tipo K oferecem as melhores zonas habitáveis ​​para a vida. Estrelas do tipo K permitem a formação de planetas ao seu redor, têm uma longa expectativa de vida e fornecem uma zona habitável estável livre dos efeitos da proximidade excessiva de sua estrela. Além disso, a radiação produzida por uma estrela do tipo K é baixa o suficiente para permitir vida complexa sem a necessidade de uma camada de ozônio atmosférico . Eles também são os mais estáveis ​​e sua zona habitável não se move muito durante sua vida, então um análogo terrestre localizado perto de uma estrela do tipo K pode ser habitável por quase toda a sequência principal.

Órbita e rotação

Impressão artística de um possível análogo da Terra , Kepler-186f . Alguns planetas superhabitáveis ​​podem ter uma aparência semelhante e podem não ter diferenças importantes com a Terra.

Os especialistas não chegaram a um consenso sobre qual é a velocidade de rotação ideal para um exoplaneta, mas não pode ser muito rápida ou lenta. O último caso pode causar problemas semelhantes aos observados em Vênus, que completa uma rotação a cada 243 dias terrestres e, como resultado, não pode gerar um campo magnético semelhante ao da Terra . Um planeta de rotação lenta mais massivo poderia superar esse problema por ter várias luas devido à sua maior gravidade que pode aumentar o campo magnético.

Idealmente, a órbita de um mundo superhabitável estaria no ponto médio da zona habitável de seu sistema estelar .

Atmosfera

Não há argumentos sólidos para explicar se a atmosfera da Terra tem a composição ideal para hospedar a vida. Na Terra, durante o período em que o carvão foi formado pela primeira vez, o oxigênio atmosférico ( O
2) os níveis foram de até 35% e coincidiram com os períodos de maior biodiversidade . Portanto, assumindo que a presença de uma quantidade significativa de oxigênio na atmosfera é essencial para os exoplanetas desenvolverem formas de vida complexas, a porcentagem de oxigênio em relação à atmosfera total parece limitar o tamanho máximo do planeta para uma superhabitabilidade ótima e ampla biodiversidade.

Além disso, a densidade atmosférica deve ser maior em planetas mais massivos, o que reforça a hipótese de que as super-Terras podem fornecer condições superhabitáveis.

Era

As primeiras estrelas que se formaram no universo eram estrelas sem metal , o que provavelmente impediu a formação de planetas.

Em um contexto biológico, planetas mais antigos que a Terra podem ter maior biodiversidade, uma vez que as espécies nativas tiveram mais tempo para evoluir , se adaptar e estabilizar as condições ambientais para sustentar um ambiente adequado para a vida que possa beneficiar seus descendentes.

No entanto, por muitos anos pensou-se que, como os sistemas estelares mais antigos têm menor metalicidade , eles deveriam exibir baixa formação de planetas e, portanto, esses planetas antigos podem ter sido escassos no início, mas o número de itens metálicos no universo deve ter crescido continuamente desde o seu início. As primeiras descobertas exoplanetárias, principalmente gigantes gasosas orbitando muito perto de suas estrelas, conhecidas como Júpiteres Quentes , sugerem que os planetas eram raros em sistemas com baixa metalicidade, o que suscitou a suspeita de um limite de tempo para o aparecimento dos primeiros objetos de massa terrestre. Mais tarde, em 2012, as observações do telescópio Kepler permitiram que os especialistas descobrissem que essa relação é muito mais restritiva em sistemas com Júpiteres quentes , e que os planetas terrestres poderiam se formar em estrelas de metalicidade muito mais baixa, até certo ponto. Agora pensa-se que os primeiros objetos de massa terrestre devem aparecer em algum momento entre 7 e 12 bilhões de anos. Dada a maior estabilidade das anãs laranja (tipo K) em comparação com o Sol (tipo G) e maior expectativa de vida, é possível que exoplanetas superabitáveis ​​pertencentes a estrelas do tipo K, orbitando dentro de sua zona habitável, possam fornecer uma , ambiente mais estável e melhor para a vida do que a Terra.

Resumo do Perfil

Uma comparação de tamanho e impressão artística do Kepler-442b (1.34 R ⊕ ) para a Terra (direita).

Apesar da escassez de informações disponíveis, as hipóteses apresentadas acima sobre planetas superhabitable podem ser resumidas como um perfil preliminar, mesmo que não haja consenso científico.

  • Massa: aproximadamente 2M ⊕ .
  • Raio: para manter uma densidade semelhante à da Terra, seu raio deve ser próximo a 1,2 ou 1,3R ⊕ .
  • Oceanos: a porcentagem da área de superfície coberta pelos oceanos deve ser semelhante à da Terra, mas mais distribuída, sem grandes massas de terra contínuas. Os oceanos devem ser rasos; a luz então penetrará mais facilmente pela água e atingirá a fauna e a flora, estimulando uma abundância de vida no oceano.
  • Distância: distância menor do centro da zona habitável do sistema do que a Terra.
  • Temperatura: temperatura média da superfície de cerca de 25 ° C (77 ° F).
  • Estrela e idade: pertencente a uma estrela intermediária do tipo K com uma idade mais velha que o Sol (4,5 bilhões de anos), mas com menos de 7 bilhões de anos.
  • Atmosfera: um pouco mais densa que a da Terra e com maior concentração de oxigênio. Isso tornará a vida maior e mais abundante.

Não há exoplaneta confirmado que atenda a todos esses requisitos. Depois de atualizar o banco de dados de exoplanetas em 23 de julho de 2015, o que mais se aproxima é o Kepler-442b , pertencente a uma estrela anã laranja, com raio de 1,34R ⊕ e massa de 2,36M ⊕ , mas com temperatura superficial estimada em 4 ° C (39 ° F).

Aparência

A aparência de um planeta superhabitável deve ser, em geral, muito semelhante à Terra. As principais diferenças, de acordo com o perfil visto anteriormente, seriam derivadas de sua massa. Sua atmosfera mais densa pode impedir a formação de mantos de gelo em função da menor diferença térmica entre as diferentes regiões do planeta. Um mundo superhabitável também teria uma maior concentração de nuvens e chuvas abundantes.

A vegetação de tal planeta seria muito diferente devido ao aumento da densidade do ar, precipitação, temperatura e fluxo estelar em comparação com a Terra. Como o pico do comprimento de onda da luz difere para estrelas do tipo K em comparação com o Sol, as plantas podem ter uma cor diferente da vegetação verde presente na Terra. A vida vegetal também cobriria mais a superfície do planeta, que seria visível do espaço.

Em geral, o clima de um planeta superhabitável seria quente, úmido, homogêneo e com terrenos estáveis, permitindo que a vida se estendesse pela superfície sem apresentar grandes diferenças populacionais em contraste com a Terra, que possui áreas inóspitas como geleiras, desertos e alguns tropicais regiões. Se a atmosfera contém oxigênio suficiente, as condições desses planetas podem ser suportáveis ​​aos humanos mesmo sem a proteção de um traje espacial , desde que a atmosfera não contenha gases tóxicos excessivos, mas eles precisariam desenvolver adaptações ao aumento da gravidade, como como um aumento na densidade muscular e óssea.

Abundância

Conjunto e subconjuntos de mundos terrestres.

Heller e Armstrong especulam que o número de planetas super-habitáveis ​​em torno de estrelas parecidas com Kepler 442 pode exceder em muito o de análogos da Terra : estrelas menos massivas na sequência principal são mais abundantes do que as estrelas maiores e mais brilhantes, então há mais anãs laranja (K) do que os análogos solares. Estima-se que cerca de 9% das estrelas da Via Láctea são do tipo K estrelas .

Outro ponto que favorece a predominância de planetas habitáveis ​​em relação aos análogos da Terra é que, ao contrário deste último, a maioria dos requisitos de um mundo habitável pode ocorrer espontânea e conjuntamente simplesmente por ter uma massa maior. Um corpo planetário próximo a 2 ou 3M ⊕ deve ter placas tectônicas mais duradouras e também terá uma área de superfície maior em comparação com a Terra. Da mesma forma, é provável que seus oceanos sejam mais rasos pelo efeito da gravidade na crosta do planeta, seu campo gravitacional mais intenso e, uma atmosfera mais densa.

Em contraste, os planetas com a massa da Terra podem ter uma gama mais ampla de condições. Por exemplo, alguns podem sustentar a tectônica ativa por um período de tempo mais curto e, portanto, acabarão com uma densidade de ar menor do que a da Terra, aumentando a probabilidade de desenvolver uma cobertura global de gelo, ou mesmo um cenário de bola de neve permanente na Terra . Outro efeito negativo da menor densidade atmosférica pode se manifestar na forma de oscilações térmicas, que podem levar a alta variabilidade no clima global e aumentar a chance de eventos catastróficos. Além disso, por ter uma magnetosfera mais fraca , esses planetas podem perder seu hidrogênio atmosférico por escape hidrodinâmico mais facilmente e se tornar um planeta deserto . Qualquer um desses exemplos pode impedir o surgimento de vida na superfície de um planeta. Em qualquer caso, a infinidade de cenários que podem transformar um planeta de massa terrestre localizado na zona habitável de um análogo solar em um lugar inóspito são menos prováveis ​​em um planeta que atenda às características básicas de um mundo superhabitável, de modo que este último deveria ser mais comum.

Em setembro de 2020, os astrônomos identificaram 24 contendores de planetas superhabitáveis, entre mais de 4.000 exoplanetas confirmados atualmente, com base em parâmetros astrofísicos , bem como na história natural de formas de vida conhecidas na Terra .

Planetas superhabitáveis ​​descobertos até agora

Os pesquisadores identificaram 24 planetas que são "superhabitáveis", ou seja, que oferecem condições mais adequadas para a vida do que a Terra.

Veja também

Notas

Referências

Bibliografia

links externos