Uma atmosfera de carbono pode ser um sinal de água e vida em outros planetas terrestres, segundo estudo do MIT

Uma baixa abundância de carbono nas atmosferas planetárias, que o Telescópio Espacial James Webb pode detectar, pode ser uma assinatura de habitabilidade.

Na busca por vida extraterrestre, os cientistas do MIT dizem que a atmosfera de carbono de um planeta, em relação aos seus vizinhos, pode ser um sinal seguro e detectável de habitabilidade. 

Cientistas do MIT, da Universidade de Birmingham e de outros lugares dizem que a melhor hipótese dos astrônomos de encontrar água líquida, e até mesmo vida noutros planetas, é procurar a ausência, em vez da presença, de uma característica química nas suas atmosferas.

Os investigadores propõem que se um planeta terrestre tiver substancialmente menos dióxido de carbono na sua atmosfera em comparação com outros planetas do mesmo sistema, isso poderá ser um sinal de água líquida – e possivelmente de vida – na superfície desse planeta.

Além do mais, esta nova assinatura está na mira do Telescópio Espacial James Webb (James Webb) da NASA. Embora os cientistas tenham proposto outros sinais de habitabilidade, essas características são desafiadoras, se não impossíveis, de medir com as tecnologias atuais. A equipe diz que esta nova assinatura, de dióxido de carbono relativamente empobrecido, é o único sinal de habitabilidade detectável agora.

“O Santo Graal da ciência dos exoplanetas é procurar mundos habitáveis e a presença de vida, mas todas as características de que se falou até agora estão fora do alcance dos mais recentes observatórios”, diz Julien de Wit, professor assistente de ciências planetárias no MIT. “Agora temos uma maneira de descobrir se existe água líquida em outro planeta. E é algo que podemos alcançar nos próximos anos.”

As descobertas da equipe aparecem hoje na Nature Astronomy. De Wit co-liderou o estudo com Amaury Triaud, da Universidade de Birmingham, no Reino Unido. Seus coautores no MIT incluem Benjamin Rackham, Prajwal Niraula, Ana Glidden Oliver Jagoutz, Matej Peč, Janusz Petkowski e Sara Seager, juntamente com Frieder Klein da Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Martin Turbet da Ècole Polytechnique na França, e Franck Selsis do Laboratório de Astrofísica de Bordeaux.

Além de um brilho

Até agora, os astrônomos detectaram mais de 5.200 mundos além do nosso sistema solar. Com os telescópios atuais, os astrônomos podem medir diretamente a distância de um planeta à sua estrela e o tempo que leva para completar uma órbita. Essas medições podem ajudar os cientistas a inferir se um planeta está dentro de uma zona habitável. Mas não houve forma de confirmar diretamente se um planeta é realmente habitável, o que significa que existe água líquida na sua superfície.

Em todo o nosso sistema solar, os cientistas podem detectar a presença de oceanos líquidos observando “brilhos” – flashes de luz solar que refletem em superfícies líquidas. Estes brilhos, ou reflexões especulares, foram observados, por exemplo, na maior lua de Saturno, Titã, o que ajudou a confirmar os grandes lagos da lua.

A detecção de um brilho semelhante em planetas distantes, no entanto, está fora do alcance das tecnologias atuais. Mas de Wit e os seus colegas perceberam que existe outra característica habitável perto de casa que poderia ser detectável em mundos distantes.

“Tivemos uma ideia ao observar o que se passa com os planetas terrestres no nosso próprio sistema”, diz Triaud.

Vênus, Terra e Marte compartilham semelhanças, pois todos os três são rochosos e habitam uma região relativamente temperada em relação ao sol. A Terra é o único planeta do trio que atualmente abriga água líquida. E a equipe notou outra distinção óbvia: a Terra tem significativamente menos dióxido de carbono na sua atmosfera.

“Presumimos que estes planetas foram criados de forma semelhante, e se vemos um planeta com muito menos carbono agora, deve ter ido para algum lado”, diz Triaud. “O único processo que poderia remover tanta carbono da atmosfera é um forte ciclo hídrico envolvendo oceanos de água líquida.”

Na verdade, os oceanos da Terra têm desempenhado um papel importante e sustentado na absorção de dióxido de carbono. Ao longo de centenas de milhões de anos, os oceanos absorveram uma enorme quantidade de dióxido de carbono, quase igual à quantidade que persiste hoje na atmosfera de Vénus. Este efeito à escala planetária deixou a atmosfera da Terra significativamente esgotada de dióxido de carbono em comparação com os seus vizinhos planetários.

“Na Terra, grande parte do dióxido de carbono atmosférico foi sequestrado na água do mar e nas rochas sólidas ao longo de escalas de tempo geológicas, o que ajudou a regular o clima e a habitabilidade durante milhares de milhões de anos”, afirma o co-autor do estudo, Frieder Klein.

A equipe concluiu que se um esgotamento semelhante de dióxido de carbono fosse detectado num planeta distante, em relação aos seus vizinhos, este seria um sinal fiável de oceanos líquidos e de vida na sua superfície.

“Depois de revisar extensivamente a literatura de muitos campos, desde a biologia até a química e até mesmo o sequestro de carbono no contexto das mudanças climáticas, acreditamos que, de fato, se detectarmos o esgotamento do carbono, há uma boa chance de ser um forte sinal de água líquida e /ou vida”, diz de Wit.

Um roteiro para a vida

No seu estudo, a equipe apresenta uma estratégia para detectar planetas habitáveis através da procura de uma assinatura de dióxido de carbono esgotado. Tal pesquisa funcionaria melhor para sistemas “ervilhas numa vagem”, nos quais vários planetas terrestres, todos aproximadamente do mesmo tamanho, orbitam relativamente próximos uns dos outros, semelhante ao nosso próprio sistema solar.

O primeiro passo que a equipe propõe é confirmar se os planetas têm atmosferas, simplesmente procurando a presença de dióxido de carbono, que se espera que domine a maioria das atmosferas planetárias.

“O dióxido de carbono é uma absorção muito forte no infravermelho e pode ser facilmente detectado nas atmosferas dos exoplanetas”, explica de Wit. “Um sinal de dióxido de carbono pode então revelar a presença de atmosferas de exoplanetas.” 

Depois que os astrônomos determinam que vários planetas em um sistema hospedam atmosferas, eles podem prosseguir para medir seu conteúdo de dióxido de carbono, para ver se um planeta tem significativamente menos que os outros. Se assim for, o planeta é provavelmente habitável, o que significa que alberga massas significativas de água líquida na sua superfície.

Mas habitável não significa necessariamente que um planeta seja habitado. Para ver se a vida pode realmente existir, a equipe propõe que os astrônomos procurem outra característica na atmosfera de um planeta: o ozônio.

Na Terra, os investigadores observam que as plantas e alguns micróbios contribuem para a captação de dióxido de carbono, embora não tanto como os oceanos. No entanto, como parte deste processo, as formas de vida emitem oxigénio, que reage com os fotões do Sol para se transformar em ozono – uma molécula que é muito mais fácil de detectar do que o próprio oxigénio.

Os pesquisadores dizem que se a atmosfera de um planeta mostra sinais de ozônio e dióxido de carbono esgotado, provavelmente é um mundo habitável e habitado.

“Se virmos ozônio, há grandes chances de que ele esteja ligado ao dióxido de carbono consumido pela vida”, diz Triaud. “E se é vida, é uma vida gloriosa. Não seriam apenas algumas bactérias. Seria uma biomassa em escala planetária capaz de processar uma enorme quantidade de carbono e interagir com ele.”

A equipe estima que o Telescópio Espacial James Webb da NASA seria capaz de medir o dióxido de carbono, e possivelmente o ozônio, em sistemas multiplanetários próximos, como o TRAPPIST-1 – um sistema de sete planetas que orbita uma estrela brilhante, a apenas 40 anos-luz da Terra.

“TRAPPIST-1 é um dos poucos sistemas onde poderíamos fazer estudos atmosféricos terrestres com o James Webb”, diz de Wit. “Agora temos um roteiro para encontrar planetas habitáveis. “Se todos trabalharmos juntos, descobertas que mudam o paradigma poderão ser feitas nos próximos anos.”

Fonte: news.mit.edu