Pesquisadores da UC Santa Cruz sugerem que fontes hidrotermais de baixa temperatura, semelhantes às encontradas na Terra, podem existir em mundos oceânicos como Júpiterluas, potencialmente abrigando vida.
O estudo deles usou modelos de computador para simular condições nesses fundos marinhos extraterrestres, considerando fatores como gravidade e calor. As descobertas destacam a importância de entender os próprios sistemas hidrotermais da Terra para explorar possibilidades no espaço sideral, e os cientistas estão ansiosos para reunir mais dados de missões futuras como a Europa Tosquiadeira.
Explorando fontes hidrotermais e vida extraterrestre
Todos nós já vimos as filmagens surreais em documentários sobre a natureza mostrando fontes hidrotermais no fundo gelado do oceano — berrando plumas pretas de água superaquecida — e as formas de vida que se agarram a elas. Agora, um novo estudo de pesquisadores da UC Santa Cruz sugere que fontes de temperatura mais baixa, que são comuns no fundo do mar da Terra, podem ajudar a criar condições de suporte à vida em “mundos oceânicos” em nosso sistema solar.
Mundos oceânicos são planetas e luas que têm — ou tiveram no passado — um oceano líquido, geralmente sob uma concha gelada ou dentro de seu interior rochoso. No sistema solar da Terra, vários planetas de Júpiter e SaturnoAs luas de são mundos oceânicos, e sua existência motivou tudo, desde estudos acadêmicos revisados por pares e missões espaciais com satélites, até filmes populares como o thriller de ficção científica de 2013, O Relatório Europa.
Muitas linhas de pesquisa sugerem que alguns mundos oceânicos liberam calor suficiente internamente para impulsionar a circulação hidrotermal sob seus fundos marinhos. Esse calor é gerado pela decadência radioativa, como ocorre nas profundezas da Terra, com calor adicional possivelmente gerado pelas marés.
Sistemas de rocha-calor-fluido foram descobertos no fundo do mar da Terra na década de 1970, quando cientistas observaram fluidos de descarga que carregavam calor, partículas e produtos químicos. Muitos locais de ventilação eram cercados por novos ecossistemas, incluindo tapetes bacterianos especializados, vermes tubulares vermelhos e brancos e camarões sensíveis ao calor.
Simulando sistemas hidrotermais extraterrestres
Neste novo estudo, publicado hoje no Revista de Pesquisa Geofísica: Planetasos pesquisadores usaram um modelo de computador complexo baseado na circulação hidrotermal como ocorre na Terra. Após alterar variáveis como gravidade, calor, propriedades das rochas e profundidade da circulação de fluidos, eles descobriram que as fontes hidrotermais poderiam ser sustentadas sob uma ampla gama de condições. Se esses tipos de fluxos ocorrerem em um mundo oceânico, como a lua Europa de Júpiter, eles poderiam aumentar as chances de que a vida exista lá também.
“Este estudo sugere que sistemas hidrotermais de baixa temperatura (não muito quentes para a vida) poderiam ter sido sustentados em mundos oceânicos além da Terra ao longo de escalas de tempo comparáveis às necessárias para a vida se estabelecer na Terra”, disse Andrew Fisher, principal autor do estudo e distinto professor de ciências da Terra e planetárias (EPS) na UC Santa Cruz.
Fundos oceânicos da Terra: um modelo para estudos do espaço sideral
O sistema de circulação de água do mar no qual a equipe baseou seus modelos de computador foi encontrado em um fundo marinho de 3,5 milhões de anos no noroeste do Oceano Pacífico, a leste da Cordilheira Juan de Fuca. Lá, a água fria do fundo flui através de um vulcão extinto (monte submarino), viaja no subsolo por cerca de 30 milhas e então flui de volta para o oceano através de outro monte submarino. “A água acumula calor à medida que flui e sai mais quente do que quando fluiu para dentro, e com uma química muito diferente”, explicou Kristin Dickerson, a segunda autora do artigo e candidata a doutorado em ciências da terra e planetárias.
O fluxo de um monte submarino para outro é impulsionado pela flutuabilidade, porque a água fica menos densa à medida que esquenta, e mais densa à medida que esfria. Diferenças na densidade criam diferenças na pressão do fluido na rocha, e o sistema é sustentado pelos próprios fluxos — funcionando enquanto calor suficiente for fornecido, e as propriedades da rocha permitirem circulação suficiente do fluido. “Nós o chamamos de sifão hidrotermal”, disse Fisher.
Compreendendo o sistema de resfriamento hidrotérmico da Terra
Enquanto os sistemas de ventilação de alta temperatura são impulsionados principalmente pela atividade vulcânica abaixo do fundo do mar, Fisher explicou que um volume muito maior de fluido flui para dentro e para fora do fundo do mar da Terra em temperaturas mais baixas, impulsionado principalmente pelo resfriamento de “fundo” do planeta. “O fluxo de água através da ventilação de baixa temperatura é equivalente, em termos da quantidade de água sendo descarregada, a todos os rios e córregos da Terra, e é responsável por cerca de um quarto da perda de calor da Terra”, disse ele. “Todo o volume do oceano é bombeado para dentro e para fora do fundo do mar a cada meio milhão de anos.”
O potencial das fontes hidrotermais de baixa temperatura no espaço
Muitos estudos anteriores de circulação hidrotermal em Europa e Encélado, uma pequena lua orbitando Saturno, consideraram fluidos de temperatura mais alta. Desenhos animados e outros desenhos frequentemente retratam sistemas em seus fundos marinhos que parecem fumantes negros na Terra, de acordo com Donna Blackman, pesquisadora do EPS e terceira autora do novo artigo. “Fluxos de temperatura mais baixa são pelo menos tão prováveis de ocorrer, se não mais prováveis”, ela disse.
A equipe ficou particularmente animada com um resultado das simulações de computador apresentadas no novo artigo mostrando que, sob gravidade muito baixa — como a encontrada no fundo do mar de Encélado — a circulação pode continuar com temperaturas baixas a moderadas por milhões ou bilhões de anos. Isso pode ajudar a explicar como pequenos mundos oceânicos podem ter sistemas de circulação de fluidos de longa duração abaixo de seus fundos oceânicos, mesmo que o aquecimento seja limitado: a baixa eficiência da extração de calor pode levar a uma longevidade considerável — essencialmente, ao longo da vida do sistema solar.
O futuro da exploração dos mundos oceânicos
Cientistas planetários estão buscando observações de missões de satélite para ajudar a determinar que tipos de condições estão presentes ou são possíveis em mundos oceânicos. Os autores do novo artigo planejam comparecer ao lançamento da nave espacial Europa Clipper no final deste outono em Cabo Canaveral, Flórida, junto com colegas que colaboram no Explorando Mundos Oceânicos projeto.
Os pesquisadores reconhecem a incerteza de quando os fundos marinhos dos mundos oceânicos serão observados diretamente para a presença de sistemas hidrotermais ativos. Sua distância da Terra e características físicas apresentam grandes desafios técnicos para missões de espaçonaves. “Assim, é essencial aproveitar ao máximo os dados disponíveis, muitos deles coletados remotamente, e alavancar o entendimento de décadas de estudos detalhados de sistemas analógicos da Terra”, eles concluem no artigo.
Referência: “Sustentando a circulação hidrotermal com gravidade relevante para os mundos oceânicos” por AT Fisher, KL Dickerson, DK Blackman, NG Randolph-Flagg, CR German e C. Sotin, 24 de junho de 2024, Revista de Pesquisa Geofísica: Planetas.
DOI: 10.1029/2023JE008202
Além da equipe da UC Santa Cruz, o artigo incluiu coautores do Blue Marble Space Institute of Science, Woods Hole Oceanographic Institution e Laboratoire de Planétologie et Géodynamique de Nantes. O estudo, “Sustaining Hydrothermal Circulation with Gravity Relevant to Ocean Worlds,” foi financiado pelo NASA Programa de Astrobiologia (prêmio nº 80NSSC19K1427) e a National Science Foundation (OCE-1924384).
