Os planetas demasiado próximos da sua estrela são demasiado quentes (como Vénus), os que estão demasiado longe são demasiado frios (como Marte), enquanto os planetas na zona habitável são perfeitos. Embora tenha havido muito esforço na identificação de planetas nas zonas habitáveis teóricas das suas estrelas, até agora não havia forma de saber se eles realmente têm água líquida. Agora, astrónomos da Universidade de Birmingham, do MIT e de outros lugares mostraram que se um exoplaneta tem uma quantidade reduzida de dióxido de carbono na sua atmosfera em comparação com planetas vizinhos, isso sugere que há água líquida na superfície desse planeta.
Uma impressão artística do planeta super-Terra Ross 508b. Crédito da imagem: Sci.News.
Os astrónomos detectaram até agora mais de 5.200 mundos extrasolares. Com os telescópios atuais, eles 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 astrônomos 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 actuais.
Mas o astrônomo do MIT Julien de Wit, o astrônomo da Universidade de Birmingham Amaury Triaud e seus colegas perceberam que há outra característica habitável perto de casa que poderia ser detectável em mundos distantes.
“Uma ideia surgiu quando observamos o que está acontecendo com os planetas terrestres em nosso próprio sistema”, disse o Dr. 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 os investigadores notaram 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, ele deve ter ido para algum lugar”, disse o Dr. 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 venusiana.
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”, disse o Dr. Frieder Klein, investigador do Woods Hole Oceanographic Institution. .
Os astrónomos raciocinaram que se uma redução semelhante de dióxido de carbono fosse detectada 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”, disse o Dr. de Wit.
No estudo, os investigadores traçam uma estratégia para detectar planetas habitáveis, procurando 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 os cientistas propõem é confirmar se os planetas têm atmosferas, simplesmente procurando a presença de dióxido de carbono, que deverá dominar a maioria das atmosferas planetárias.
“O dióxido de carbono é um absorvente muito forte no infravermelho e pode ser facilmente detectado nas atmosferas dos exoplanetas”, disse o Dr.
“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 condições habitáveis não significam necessariamente que um planeta seja habitado. Para ver se a vida pode realmente existir, os autores propõem que os astrónomos procurem outra característica na atmosfera de um planeta: o ozono.
Na Terra, 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.
Se a atmosfera de um planeta mostra sinais de ozônio e dióxido de carbono esgotado, provavelmente é um mundo habitável e habitado.
“Se observarmos ozônio, há grandes chances de que ele esteja ligado ao dióxido de carbono consumido pela vida”, disse o Dr. 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/ESA/CSA 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 de distância. anos-luz da Terra.
“TRAPPIST-1 é um dos poucos sistemas onde poderíamos fazer estudos atmosféricos terrestres com Webb”, disse o Dr.
“Agora temos um roteiro para encontrar planetas habitáveis. Se todos trabalharmos juntos, descobertas que mudam o paradigma poderão ser feitas nos próximos anos.”
O estudar foi publicado na revista Astronomia da Natureza.
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Tríade AHMJ e outros. Depleção de carbono atmosférico como marcador de oceanos de água e biomassa em exoplanetas terrestres temperados. Nat Astron, publicado on-line em 28 de dezembro de 2023; doi: 10.1038/s41550-023-02157-9
