Depois de algumas décadas simplesmente encontrando exoplanetas, a humanidade está começando a ser capaz de fazer algo mais – observar suas atmosferas. O Telescópio Espacial James Webb (JWST) já começou a observar as atmosferas de alguns exoplanetas maiores em torno de estrelas mais brilhantes. Mas, em muitos casos, os cientistas ainda estão a desenvolver modelos que explicam a composição da atmosfera do planeta e que correspondem aos dados. Um novo estudo realizado por pesquisadores da UC Riverside, do Goddard Spaceflight Center da NASA, da American University e da Universidade de Maryland analisa a aparência de um processo atmosférico específico em um exoplaneta – o vulcanismo.

No entanto, existem algumas ressalvas no artigo. Primeiro, o modelo em si é para uma “exoTerra” – um planeta equivalente à Terra orbitando uma estrela semelhante ao Sol. Mesmo o JWST não é poderoso o suficiente para capturar os dados espectrográficos de um planeta atmosférico deste tamanho, não importa o quão próximo ele esteja. Assim, os autores fazem algumas suposições sobre a próxima geração de grandes telescópios espaciais – especificamente, referem-se ao projeto LUVOIR que já reportámos anteriormente.

Supondo que o próximo grande telescópio espacial possa coletar dados conforme planejado, ainda é necessário entender os dados que chegam. Em particular, entender o que causa as quedas nos espectros e qual padrão específico emerge, se houver, que pode estar relacionado a vulcões ativos.

Fraser fala sobre as capacidades do JWST como caçador de exoplanetas.

Esses vulcões provavelmente estariam expelindo dióxido de enxofre e aerossóis de sulfato na atmosfera da exoTerra. Para modelar a introdução desses materiais, os autores recorreram a um programa de simulação chamado Goddard Earth Observing System Chemistry Climate Model (GEOSCCM). Este modelo permite aos pesquisadores manipular certos aspectos da atmosfera e observar os resultados durante longos períodos.

Neste caso específico, os pesquisadores modelaram o efeito de um vulcão injetando uma entre várias quantidades de dióxido de enxofre na atmosfera a cada três meses durante quatro anos. Eles então observaram os efeitos durante algum tempo depois que o vulcão parou de “entrar em erupção” (ou seja, quando pararam de injetar dióxido de enxofre no modelo) para que pudessem concluir a composição atmosférica de um planeta em recuperação de uma erupção sustentada.

Três linhas espectrais principais se destacaram na análise do pesquisador. Todos os três estavam relacionados ao oxigênio – O2 (o material respirável), O3 (ozônio) e o bom e velho H20. Cada um desses três sinais espectrais sofreu sérias mudanças na época das erupções, e então essas mudanças foram revertidas quando as erupções cessaram.

Fraser fala sobre as dificuldades em criar imagens diretas do planeta com o Dr. Thayne Currie

Uma característica particular que se destacou foi a linha espectral do ozônio (O3). Diminuiu continuamente durante a fase de erupção, provavelmente causada pela sua transformação em ácido sulfúrico. Após as erupções, no entanto, a quantidade de ozono na atmosfera modelada começou a aumentar novamente, mostrando uma resiliência semelhante à da nossa própria camada de ozono, que tinha sido impactada pela utilização de CFC no século passado.

Com os resultados esperados em mãos, os pesquisadores calcularam quanto tempo achavam que um telescópio como o LUVOIR levaria para observar um exoplaneta específico e encontrar essas linhas espectrais que indicariam se havia vulcanismo ativo no planeta. O ozônio era relativamente simples, pois exigia apenas 6 horas de observação. Em contraste, o vapor de água foi mais difícil de quantificar, pois poderia durar apenas 9 horas ou ser totalmente impossível, dependendo da variabilidade do sinal.

Estudos como este serão cruciais para o sucesso de qualquer futura missão de grande telescópio espacial, e haverá muitas coisas para o LUVOIR, ou seu equivalente, observar quando (e se) for lançado. Portanto, muitos outros estudos detalhando quais características podemos esperar serão necessários num futuro próximo. Mas, por enquanto, pelo menos saberemos o que procurar se virmos vulcões num planeta como o nosso.

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Imagem principal:
LP 791-18 d, mostrado aqui em conceito artístico, é um mundo do tamanho da Terra, a cerca de 90 anos-luz de distância.
Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA/Chris Smith (KRBwyle)

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