Ao longo da história da Terra, a superfície do planeta tem sido regularmente impactada por cometas, meteoros e ocasionalmente grandes asteroides. Embora esses eventos tenham sido frequentemente destrutivos, às vezes a ponto de desencadear uma extinção em massa, eles também podem ter desempenhado um papel importante no surgimento da vida na Terra. Isso é especialmente verdadeiro na Era Hadeana (cerca de 4,1 a 3,8 bilhões de anos atrás) e no Bombardeio Pesado Tardio, quando a Terra e outros planetas no Sistema Solar interno foram impactados por um número desproporcionalmente alto de asteroides e cometas.
Acredita-se que esses impactadores foram como a água foi entregue ao Sistema Solar interno e possivelmente os blocos de construção da vida. Mas o que dizer dos muitos corpos gelados no Sistema Solar externo, os satélites naturais que orbitam gigantes gasosos e têm oceanos de água líquida em seus interiores (ou seja, Europa, Encélado, Titã e outros)? De acordo com um estudo recente Liderados por pesquisadores da Universidade Johns Hopkins, eventos de impacto nesses “Mundos Oceânicos” podem ter contribuído significativamente para a química da superfície e do subsolo, o que poderia ter levado ao surgimento da vida.
A equipe foi liderada por Shannon M. MacKenzieuma cientista planetária, e seus colegas da Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins (JHUAPL). Eles foram acompanhados por pesquisadores de Dartmouth Escola de Engenharia Thayera Universidade de Western Ontario, a Universidade Curtin Escola de Ciências da Terra e Planetáriaso Laboratório de Habitabilidade Planetária (PHL) na UPR em Arecibo, Jacobs Technology, Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e Ciência de Pesquisa e Exploração de Astromateriais (ARES) no Centro Espacial Johnson da NASA. O artigo que detalha suas descobertas apareceu recentemente em O Jornal de Ciência Planetária.
Crédito: NASA/JPL
Exogênese
Conforme indicado em seu artigo, impactos de asteroides, cometas e grandes meteoros são mais frequentemente associados a eventos de destruição e extinção. No entanto, várias linhas de evidências indicam que esses mesmos tipos de impactos podem ter apoiado o surgimento da vida na Terra há cerca de 4 bilhões de anos. Esses eventos não apenas forneceram voláteis (como água, amônia e metano) e moléculas orgânicas, mas pesquisas modernas indicam que eles também criaram novos substratos e compostos essenciais à vida.
Além disso, eles criaram uma variedade de ambientes que eram essenciais para o surgimento e a sustentação da vida na Terra. Como eles escreveram:
“Estima-se que materiais entregues exogenamente sejam uma fonte importante de matéria orgânica na Terra primitiva. Ondas de choque podem fornecer energia para síntese orgânica de precursores importantes como HCN ou aminoácidos. O ferro e o calor de impactadores muito grandes podem facilitar as condições atmosféricas redutoras necessárias para a produção abundante de HCN. Impactos fraturam e, em eventos terrestres típicos, derretem o alvo: os substratos mais permeáveis e a escavação de camadas rochosas mais profundas promovem atividade hidrotermal e habitats endolíticos.”
De acordo com as últimas evidências fossilizadas, as primeiras formas de vida surgiram na Terra há aproximadamente 4,28 bilhões de anos. Esses fósseis foram recuperados de precipitados de fontes hidrotermais no Cinturão de Greenstone de Nuvvuagittuq, no norte de Quebec, Canadá, confirmando que a atividade hidrotermal desempenhou um papel vital no surgimento da vida na Terra. Mas e os muitos “Mundos Oceânicos” que residem no Sistema Solar externo? Isso inclui corpos como Europa, Ganimedes, Encélado e Titã, bem como as luas de Urano, Ariel e Titânia, a lua de Netuno, Tritão, e corpos transnetunianos como Plutão, Caronte e possivelmente mais.
Mundos Oceânicos
Este termo se refere a corpos predominantemente compostos de elementos voláteis como água e diferenciados entre uma crosta gelada e um núcleo rochoso e metálico. Na fronteira núcleo-manto, a flexão de maré (resultado da interação gravitacional com outro corpo) causa um acúmulo de calor e energia liberados por fontes hidrotermais no gelo. Isso permite que esses mundos mantenham oceanos de água líquida em seus interiores. Em suma, esses mundos têm todos os ingredientes necessários para a vida: água, os compostos químicos necessários e energia.
Além disso, dados da NASA/ESA Cassini–Huygens A missão confirmou que as plumas que regularmente irrompem da região polar sul de Encélado contêm moléculas orgânicas. Por último, mas não menos importante, a presença de crateras na superfície indica que esses corpos sofreram impactos na superfície ao longo de sua história. A questão surge naturalmente: os impactos poderiam ter fornecido os blocos de construção necessários para a vida aos “Mundos Oceânicos” da mesma forma que os forneceram ao Sistema Solar interno? E se sim, o que isso significa sobre sua potencial habitabilidade hoje? Como a equipe escreveu em seu artigo:
“Processos de impacto são provavelmente uma parte importante das respostas a essas perguntas, pois os impactos podem impulsionar a troca através da crosta de gelo — seja por meio de semeadura direta ou lavagem através da crosta — e, portanto, impulsionar influxos episódicos de materiais orgânicos e inorgânicos da superfície e/ou do próprio impactador. Os impactos também podem gerar microcosmos efêmeros: qualquer água líquida derretida durante o impacto congela em escalas de tempo proporcionais à energia do impacto.”
“O potencial excitante para a química dentro desses bolsos foi estabelecido, desde a concentração de sais até a condução da síntese de aminoácidos. Além disso, a química impulsionada por choque de materiais alvo gelados, às vezes ricos em matéria orgânica (no caso de Titã especialmente) pode gerar novos compostos “semente” (por exemplo, aminoácidos ou nucleotídeos) no pool de fusão.”
Investigação
O primeiro passo para MacKenzie e sua equipe foi investigar os níveis de choque iniciais criados pelos impactos mais comuns para Ocean Worlds — cometas que provavelmente se originaram do Cinturão de Kuiper e da Nuvem de Oort. Para fazer isso, a equipe calculou as velocidades e a pressão máxima que seriam alcançadas por impactos envolvendo corpos gelados e rochosos. Eles também consideraram como isso variaria com base em diferentes famílias (impactos primários ou secundários) e quais sistemas estavam envolvidos — ou seja, Júpiter ou Saturno. Enquanto os impactos primários envolvem cometas ou asteroides, os impactos secundários são causados pelos ejetados que eles criam.
No caso dos sistemas de Júpiter e Saturno, os impactadores secundários podem ser gelados ou rochosos, dependendo de onde se originaram (um corpo gelado como Europa, Encélado e Titã, um corpo rochoso como Io e asteroides maiores). Enquanto os impactos primários têm velocidades mais altas e produzem volumes maiores de derretimento, os impactos secundários são mais frequentes. Para determinar os tamanhos de derretimento, a equipe consultou os tamanhos de crateras observados em Europa, Encélado e Titã, e modelos dinâmicos que calculam a taxa cumulativa de craterização ao longo do tempo. Eles então compararam as pressões de pico no impacto com os limites para a capacidade de sobrevivência de elementos essenciais à vida, moléculas orgânicas, aminoácidos e até mesmo micróbios identificados em estudos anteriores.
A partir disso, eles determinaram que a maioria dos impactos em Europa e Encélado experimentam pressões de pico maiores do que os esporos bacterianos podem sobreviver. No entanto, eles também determinaram que uma quantidade significativa de material ainda sobrevive a esses impactos e que pressões mais altas de primeiro contato também podem facilitar a síntese de compostos orgânicos na água derretida que preenche as crateras. Enquanto isso, em média, Titã e Encélado experimentaram impactos com velocidades de impacto mais baixas, criando pressões de pico que caem dentro da faixa de tolerância para esporos bacterianos e aminoácidos.
O próximo passo foi considerar quanto tempo crateras frescas sobreviveriam e se isso seria suficiente para sintetizar materiais biológicos. Com base nos tamanhos de crateras observados em Encélado e Europa, eles determinaram que as crateras de vida mais longa duram apenas algumas centenas de anos, enquanto Titã pode levar séculos a dezenas de milhares de anos para que crateras frescas congelem. Enquanto Europa e Encélado experimentam mais impactos de alta velocidade (devido à densa atmosfera de Titã), a natureza de vida longa das crateras de Titã significa que todos os três corpos têm uma chance para experimentos de química orgânica ocorrerem.
Eles também consideraram as taxas de ressurgimento em Europa, Encélado e Titã e como elas ciclariam material biológico para seus interiores. Em todos os três casos, os satélites têm terreno relativamente “jovem”, o que implica eventos regulares de ressurgimento.
Resultados
Com base nessas considerações, Mackenzie e sua equipe determinaram que derretimentos produzidos por impactos de cometas em Europa, Encélado e Titã têm sido frequentes e duradouros o suficiente para serem de interesse astrobiológico. No entanto, isso varia com base na composição dos cometas e do gelo da superfície em questão. Como eles resumiram:
“Em Europa e Encélado, a sobrevivência e a deposição de orgânicos impactantes são mais importantes, pois há menos orgânicos de superfície dentro da crosta de gelo para semear o poço de derretimento. Em Titã, a sobrevivência de elementos como fósforo pode ser mais importante. Assim, mesmo os eventos de impacto pequenos e mais frequentes contribuem para o potencial astrobiológico ao entregar compostos menos modificados à superfície que estão disponíveis para reação imediata se o derretimento for produzido ou para processamento futuro (incluindo em eventos de impacto subsequentes).”
Por exemplo, eles descobriram que um cometa que colidisse com Europa na velocidade média de impacto criaria uma cratera de 15 km (9,3 mi) e forneceria ~1 km3 (0,24 mi3) de água derretida. Com base na abundância de glicina (um aminoácido essencial) encontrada no cometa 67P Churyumov–Gerasimenko, eles determinaram que várias partes por milhão sobreviveriam – aproximadamente três ordens de magnitude maior do que o que foi observado se formando ao redor de fontes hidrotermais aqui na Terra. “Assim, os impactadores semeiam qualquer química que aconteça no derretimento, fornecendo elementos orgânicos e outros elementos essenciais dependendo da composição do impactador”, eles acrescentaram.
Embora isso não signifique necessariamente que estes e outros “Mundos Oceânicos” sejam atualmente habitáveis ou suportem ativamente a vida, eles demonstram potencial para estudos futuros. Nos próximos anos, missões como a da ESA Explorador das luas geladas de Júpiter (JUICE) e da NASA Europa Clipper e Libélula missões chegarão a Ganimedes, Europa e Titã (respectivamente). Também há planos para criar um Orbitador Enceladus para pegar onde o Cassini-Huygens a investigação parou examinando mais de perto a atividade da pluma de Encélado.
Portanto, conduzir amostragem e análise in situ nessas luas pode fornecer insights poderosos sobre caminhos químicos prebióticos e determinar sob quais condições a vida pode surgir. Esses estudos de amostra também abordarão a questão maior de se a vida pode ou não existir no interior dos “Ocean Worlds”, fornecendo uma prévia do que futuras missões preparadas para explorar abaixo do gelo encontrarão.
Leitura adicional: O Jornal de Ciência Planetária
