O exoplaneta perfeito: ele existe?



Com a melhoria nas técnicas de detecção de exoplanetas (falo dessas técnicas nesse post), os cientistas descobriram cerca de 2000 diferentes exoplanetas nos últimos 10 anos. Para vocês terem uma ideia, dos anos 90 até o início do século XXI, apenas cerca de 100 exoplanetas haviam sido descobertos.

Gráfico do número de descobertas de planetas extrassolares por ano. Fonte: Wikimedia Commons / Open Exoplanet Catalogue
Gráfico do número de descobertas de planetas extrassolares por ano.
Fonte: Wikimedia Commons / Open Exoplanet Catalogue

Cada exoplaneta tem uma característica intrigante que chama a atenção da comunidade científica e desperta nossa imaginação. Há mundos curiosos onde a chuva é feita de ferro ou de vidro (falei disso aqui).  E alguns desses novos mundos também nos fazem pensar na possibilidade de existência de vida nativa e até na migração da espécie humana para este novo mundo, caso haja uma catástrofe irreversível na Terra. Essa migração seria impossível com a tecnologia da qual dispomos no momento, devido as enormes distâncias do Universo e por enquanto isso é território da imaginação e da ficção, como abordado no filme Interestellar.

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Repare como nós humanos não perdemos nosso espírito de “conquistadores”, mesmo com todo sofrimento e genocídios que isso trouxe ao longo da história humana. Talvez muitos de nós, assim que ouvimos sobre a descoberta de um exoplaneta promissor, já pensamos em como chegar lá. Será que seríamos bem-vindos? Cá entre nós, se eu pudesse, mandaria uma mensagem para esses exoplanetas com o retrato falado de um humano típico e dizendo para tomar cuidado com essa espécie belicosa.

Quando pensamos em exoplaneta perfeito, pensamos em algo muito parecido com a Terra: atmosfera com composição parecida, localização numa zona habitável (distância adequada de sua estrela, dentre outros pontos como veremos adiante), ciclo d’água bem definido, temperaturas agradáveis, etc. Podemos pensar até em solos com composições parecidas (que possibilitariam a agricultura, como aqui) e a presença de oceanos.

Jenkins et al (2015), descobriram um planeta chamado Kepler-452b que pode estar nessa lista de “exoplanetas perfeitos”. Ele é cerca de 60% maior que a Terra e demora cerca de 385 dias para orbitar uma estrela que é apenas um pouco mais velha que o nosso Sol. Será que ele pode ser nosso novo destino de férias?

Um planeta de férias, com clima tropical o ano todo e diversão para todos os gostos seria legal, não? Como Risa, que aparece como destino de férias em Star Trek TNG. Riker é um grande frequentador desse planeta que parece ser um enorme e pacífico balneário. Fonte: DisruptorBeam
Um planeta de férias, com clima tropical o ano todo e diversão para todos os gostos seria legal, não? Como Risa, que aparece como destino de férias em Star Trek TNG. Riker é um habitué desse planeta, que parece ser um enorme e pacífico balneário. Fonte: DisruptorBeam. Falei de Risa também nesse post.

 

Se Kepler-452b seria ou não um ótimo destino de férias, isso vai depender se o planeta está ou não na zona habitável.  A zona habitável consiste numa faixa muito pequena de distâncias que um planeta deve estar de sua estrela mais próxima. Essa faixa curta de distâncias vai determinar se pode existir água líquida em sua superfície.

A estrela ‘mãe’ de Kepler-452b (ou seja, o “Sol” desse planeta) é a estrela Kepler-452. É uma anã amarela localizada na constelação de Cygnus. Tem uma temperatura muito parecida com a de nosso Sol, mas é 20% mais brilhante e tem um diâmetro 11% maior. Como disse anteriormente, ela é um pouco mais velha que o Sol (tem cerca de 6 bilhões de anos, enquanto nosso Sol tem cerca de 4,5 bilhões de anos), mas ainda assim está na sequência principal, assim como nosso Sol. Kepler-452 está localizada a uma distância de 1400 anos luz e na velocidade da New Horizons, levaria cerca de 26.000 anos para chegar até lá.

Por essas leves diferenças com relação nosso Sol e levando em conta a distância de Kepler-452b para Kepler-452, o exoplaneta estaria localizada apenas na borda da zona habitável. O que não é muito bom, mas atualmente os astrônomos especialistas em exoplanetas estão repensando o conceito de zona habitável, pensando numa faixa um pouco mais larga do que a se pensava anteriormente. Nesse artigo de divulgação da PNAS, que me inspirou a escrever esse post, há uma figura muito interessante que demonstra essa definição mais ampla de zona habitável:

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Esse diagrama é bem interessante. No eixo x, temos o brilho da estrela mãe comparado ao brilho do Sol na Terra. Sendo assim, 100% representaria o brilho do nosso Sol aqui na Terra, ou seja, as condições que temos aqui no nosso mundo. Acima de 100% seriam estrelas mais brilhantes e abaixo disso, as menos brilhantes.

No eixo y, temos a temperatura da superfície da estrela. Nosso Sol tem uma temperatura de superfície de cerca de 6000 K. A temperatura de  Kepler-452 é muito próxima a temperatura de nosso Sol.

O diagrama mostra nosso planeta, nossos dois vizinhos (Vênus e Marte) e alguns dos exoplanetas descobertos, mencionando Kepler-452b (que aparece apenas como 452b) e outros exoplanetas presentes em zonas habitáveis conservadoras e zonas habitáveis mais otimistas, que correspondem a uma faixa maior. Nosso vizinho Vênus está fora até mesmo da zona habitável mais otimista.

Lembrando que um planeta localizado na zona habitável não é garantia de que ele seja habitável. Como no exemplo da imagem acima, em que temos Marte e Terra na zona habitável. Marte é um planeta pequeno e com atmosfera rarefeita, dessa maneira não possui vida. Entretanto, talvez se Marte fosse maior (do tamanho da Terra ou maior), poderia ‘segurar’ uma atmosfera mais densa e talvez apresentaria condições para ter vida.

Os modelos tradicionais do que seria um planeta habitável consistem em assumir um planeta não muito diferente do nosso: pequeno, rochoso, com água no estado líquido e com uma fina atmosfera semelhante à nossa. Mas ao assumir isso, será que não estamos sendo tacanhos? É o que sugere Sara Seager, uma das maiores especialistas na área de exoplanetas (falei dela nesse post). E nem é só porque podemos encontrar vidas em condições extremas (como as extremófilas, aqui na Terra), mas também porque algumas condições podem permitir que planetas fora da zona habitável possam apresentar condições para que exista água no estado líquido, como o efeito estufa, por exemplo.

Pierrehumbert e Gaidos (2011)  sugeriram uma maneira de expandir essa zona habitável colocando o hidrogênio molecular na questão. A Terra perdeu a maior parte dos gases mais leves para o espaço durante seu passado remoto. No entanto, se a gente considerar uma “Superterra”, um planeta rochoso com raio e consequentemente massa superior a da Terra, esse planeta poderia ter força da gravidade suficiente para reter boa quantidade de hidrogênio molecular. Alguns micróbios aqui na Terra usam o hidrogênio como fonte de alimento, dessa forma não é irreal sugerir que um mundo rico em hidrogênio poderia ter vida. Além disso, o hidrogênio molecular é um gás que absorve radiação de onda longa (calor), ou seja, é gás que provoca efeito estufa. Isso faria com que a temperatura média de um exoplaneta com atmosfera rica em hidrogênio molecular fosse maior, mesmo que ele estivesse um pouco distante de sua estrela e fora da zona habitável mais conservadora e tradicional. Com temperaturas mais altas, seria possível que água em estado líquido pudesse existir na superfície desse planeta.

Alguns cientistas ainda vão mais longe. David J. Stevenson, do California Institute of Technology, escreveu um artigo na Nature em 1999 que falava sobre planetas “à deriva”, planetas que teriam se formado normalmente durante a formação de seu sistema estelar, mas que por alguma perturbação gravitacional, teriam sido ejetados de seu sistema estelar e não orbitam mais sua estrela mãe. Em seu artigo, Stevenson afirma que se esse planeta hipotético for um super planeta (um planeta gigante, digamos que com raio comparável com de Saturno ou Júpiter) e for massivo (rochoso), pode reter hidrogênio em sua atmosfera. Sob resfriamento, a pressão média do hidrogênio molecular é de 102 a 104 bars (aqui na Terra falamos em coisas da ordem de 1000mb – milibars ou 10-3  bars – de pressão). Essa elevada pressão induziria uma opacidade do H2 (hidrogênio molecular) ao infravermelho distante (calor), de modo que o calor gerado internamente pelo planeta (devido as pressões internas, como acontece no núcleo da Terra) seria mantido na atmosfera do planeta, exceto em casos de convecção (ou seja, ar quente subindo, que aqui na Terra é sinônimo de favorecimento para a formação de nuvens). Esse fato deixaria o planeta com temperaturas adequadas para a existência de água no estado líquido, como mencionado anteriormente.

Hercolubus, suposto planeta-órfão criado por pseudocientistas e que supostamente estaria em rota de colisão com a Terra. Fonte: Wikimedia Commons
Hercolubus, suposto planeta-órfão inventado por pseudocientistas e que supostamente estaria em rota de colisão com a Terra. Fonte: Wikimedia Commons

Ou seja, teoricamente, de acordo com Stevenson, seria possível existir vida em um planeta à deriva, que não conta com a luz de uma estrela. Tal planeta nunca foi detectado confirmadamente (mais detalhes no próximo box), mas a teoria sobre sua suposta existência é bastante sólida. Entretanto, seria muito difícil detectar um mundo assim. Nesse post, em que falei sobre métodos de detecção de exoplanetas, verificamos que muitos desses métodos dependem da interferência de sua estrela-mãe.

Para detectar um planeta à deriva (ou “planeta órfão”, como também é chamado na literatura), seria necessário ter condições ideais. Por exemplo, esse mundo teria que passar entre a Terra e uma estrela distante, de modo a seu campo gravitacional alterasse o caminho normal da luz da estrela até a Terra (fenômeno de lente gravitacional). Entretanto, como mencionado anteriormente, nenhum planeta órfão foi avistado.

Na literatura, planeta órfão, planeta à deriva e planeta interestelar são a mesma coisa! Cha 110913-773444 é um candidato a ser um planeta interestelar ejetado, ou pode ter-se formado sozinho e ser uma subanã marrom, classificação sugerida pela União Astronômica Internacional. Fonte: Wikipedia.

Mesmo um planeta árido, meio “desértico” e com pouca água, poderia abrigar vida. É exatamente o que sugere Abe et al (2011), a partir de simulações numéricas. Imagino que em um planeta assim a vida seria muito difícil, exatamente como é para algumas comunidades que vivem nas bordas dos desertos aqui na Terra. Esse mundo desértico e com pouca água seria como o mundo de Arrakis, da série Duna, criada por Frank Herbert. A série é muito boa e conta com diversas adaptações para o cinema, a mais famosa delas talvez seja a dirigida por David Lynch nos anos 1980 e que conta com Kyle MacLachlan e Patrick Stewart no elenco (até pouco tempo atrás estava no Netflix, não verifiquei se ainda está). E de certo modo desértico e com pouca água é também o mundo de Vulcano, em Star Trek.

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Essas mesmas colocações sobre a diversidade dos exoplanetas e sobre a possibilidade de haver vida na diversidade também foram discutidas em um artigo de 2013 na Science, escrito por Sara Seager, uma das maiores autoridades em exoplanetas. Resultados recentes, apontam por exemplo casos de dois planetas muito próximos de suas estrelas-mães, com períodos orbitais de menos de 5 dias. No entanto, as estrelas-mães desses planetas são muito frias, de modo que mesmo próximos de suas estrelas-mães, eles ainda encontram-se na zona habitável.

A busca por exoplanetas está ganhando força. O recente projeto TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), da NASA vai atuar como uma espécie de sucessor do Telescópio Kepler no quesito de busca por exoplanetas. Trata-se de um satélite que vai monitorar cerca de 200.000 estrelas durante uma missão de dois anos, focando especificamente nas variações dos brilhos dessas estrelas devido ao trânsito dos planetas que as orbitam.

O trânsito ocorre quando um planeta que orbita uma estrela acaba ficando exatamente na frente desse planeta, para um observador aqui na Terra. A missão deve catalogar cerca de 1500 exoplanetas em trânsito de suas respectivas estrelas-mães. Desses, 500 são mais ou menos do tamanho da Terra ou são Superterras. Superterras, de acordo com esse artigo, são planetas com raio até 2x o tamanho do raio da Terra.

De acordo com a definição da Wikipedia:

Uma superterra é um planeta extrassolar (ou exoplaneta) com uma massa maior que a massa da Terra mas menor que a massa dos gigantes gasosos do Sistema Solar. O termo superterra refere-se apenas à massa do planeta e não implica nada sobre as condições da superfícies ou habitabilidade.

Os exoplanetas catalogados pelo projeto TESS serão alvo para a observação do James Webb Space Telescope (JWST), telescópio que será lançado em 2018. Entretanto, existirão desafios para o JWST: planetas não possuem luz própria e condições adequadas precisam existir para que ele consiga avistar um exoplaneta. Para que um telescópio potente consiga “ver” um exoplaneta, são necessárias horas e horas de observação. Entretanto, essa iniciativa poderá ajudar a compreender e estudar a composição atmosférica desses exoplanetas.

Há ainda projetos que ainda estão no papel, com previsão para lançamento na década de 2030. Um desses projetos é o HabEx (Habitable Exoplanet Imager) e o telescópio Large UV Optical and Infrared (LUVOIR) poderão auxiliar na detecção e estudo de exoplanetas. Ambos poderiam usar um starshade (uma tela que se desenrolaria e ficaria na frente do telescópio, aparentemente reduzindo a luz captada de uma determinada estrela) ou um coronógrafo ( um instrumento de bloqueio da luz que fica dentro do próprio telescópio). Tais implementos bloqueariam a luz das estrelas-mãe e permitiriam ‘enxergar’ os exoplanetas, permitindo aos astrônomos obter espectros de atmosferas planetárias e procurar potenciais biomarcadores, como o oxigênio. Esses projetos são apenas alguns exemplos de iniciativas científicas de médio e longo prazo que pretendem descobrir e estudar exoplanetas. Ou seja, esse não é um interesse passageiro da ciência. Os exoplanetas poderão ser, daqui poucos séculos, possíveis destinos para missões espaciais, mesmo que provavelmente não-tripuladas.

Conclusão

Talvez a gente demore para encontrar um exoplaneta “perfeito”, ou seja, com condições de suportar vida bem semelhantes a da Terra.  Um local onde humanos se sentiriam em casa, com condições de praticar a agricultura e explorar recursos naturais. Entretanto, com tantos exoplanetas sendo descobertos, é de se esperar que um dia os cientistas encontrem um mundo muito parecido com o nosso.

Por outro lado, os seres humanos precisam parar com essa mentalidade de colonização, com o cruel objetivo de chegar em um lugar e revindicá-lo, explorando pessoas e recursos naturais.. É importante respeitar outras formas de vida que eventualmente vivam nesse planeta perfeito. Mesmo que não sejam formas de vida sapientes e sencientes, estamos falando de um novo ecossistema que merece ser respeitado. Não devemos repetir os mesmos erros que cometemos aqui na Terra.

Com a expansão do que se considera faixa de zona habitável dentro de um sistema estelar, poderemos ter mais alvos de planetas perfeitos em potencial. Além disso, mesmo que encontremos um planeta não tão perfeito assim, talvez com futuras tecnologias de terraformação poderemos torná-lo mais adequado às nossas necessidades.

E também precisamos considerar a possibilidade de conseguir chegar até esse mundo distante, considerando as gigantescas distâncias no Universo. Quem sabe no futuro teremos tecnologias de criar wormholes ou expandir algum que já exista. Ou talvez até tecnologias semelhantes a dobra espacial. No meu modesto ponto de vista, acredito que descobriremos o exoplaneta pefeito em pouco tempo, mas não seremos capazes de chegar até lá em tão pouco tempo assim. Isso deve demorar séculos. Mas tudo bem, há diversos locais aqui na Terra  que ainda podem ser nossos destinos de férias, onde podemos ter experiências exóticas maravilhosas como a tripulação da Enterprise em Risa.