Zonas Habitáveis na Via Láctea 267

Zonas Habitáveis na Via Láctea 267

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Zonas habitáveis

na Via Láctea

Há quem diga que a maior descoberta científi ca de todos os tempos seria a resposta afi rmativa ao intrigante questionamento: ‘Há vida em outros planetas?’ A notável expansão dos conhecimentos sobre o sistema solar reavivou essa pergunta: conhecem-se, hoje, mais de 350 planetas extrassolares na Via Láctea. Estariam eles em zonas habitáveis? Ou a Terra é o único planeta com vida na galáxia? Nas próximas páginas, veremos o que a ciência tem a dizer sobre o tema.

Flávia Requeijo e Celso Dal Ré Carneiro Programa de Pós-Graduação em Ensino e História de Ciências da Terra, Instituto de Geociências, Universidade Estadual de Campinas (SP)

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Desde a descoberta de Plutão, em 1930, a concepção de sistema solar passou a incluir o Sol, nove planetas, dezenas de satélites e milhares de cometas e asteroides. Embora a ideia sobre o que é um ‘planeta’ pareça bem estabelecida, esse conceito não era definido. Em agosto de 2006, astrônomos reunidos na 26a Assembleia Geral da União Astronômica Internacional, em Praga (República Tcheca), votaram as ‘regras’ para definir se um corpo celeste é ou não um planeta e excluíram desse grupo Plutão, que passou a ser denominado planeta-anão.

Para um corpo celeste ser denominado ‘planeta’, deve atender aos seguintes requisitos: i) orbitar em torno de uma estrela; i) ter forma aproximadamente esférica; ii) ser grande o suficiente para dominar sua órbita, eliminando objetos menores de sua vizinhança.

O sistema solar foi o único sistema planetário conhecido por muito tempo. As descobertas dos primeiros planetas a orbitarem outras estrelas foram anunciadas nos anos 1990. Eram planetas gigantes, como Júpiter, com massas equivalentes ou superiores a 300 vezes a da Terra. O desenvolvimento de instrumentos mais sensíveis, porém, permi - tiu detectar planetas menores, e, em 2006, foram descobertos planetas do tipo terrestre, ou seja, com massa inferior a oito vezes a da Terra.

Poderiam esses planetas oferecer condições favoráveis ao estabelecimento da vida, como a conhecemos?

Para estudar a possibilidade de vida em um exoplaneta (ou planeta extrassolar), a astrobiologia usa o conceito de zona habitável, definida como a região ao redor da estrela onde as condições físicas favorecem a existência de água no estado líquido na superfície do planeta.

A zona habitável depende do tipo de estrela e, portanto, de parâmetros estelares, como luminosidade e temperatura. Depende ainda das condições planetárias, dadas pela dinâmica do planeta, como taxas de intemperismo, concentra - ção atmosférica de gases de efeito estufa, bem como a razão entre a área continental e a área oceânica.

A recente descoberta de exoplanetas potencialmente habitáveis ao redor da estrela Gliese 581 produz futuros alvos para missões de detecção de sinais de vida fora da Terra e nos oferece um novo olhar sobre o nosso planeta.

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Caçando exoplanetas

Além de instrumentos na Terra, os astrônomos vêm analisando dados de dois satélites recentemente colocados em órbita para detectar exoplanetas: o CoRoT, da ESA (agência espacial europeia), e o Kepler, da Nasa (agência espacial norte-americana).

Há diversos métodos para detectar planetas extrassolares. A maioria é indireta, pois só se obser - vam diretamente esses planetas em raríssimas ocasiões (ver ‘Planetas extrassolares: a busca por ou - tras Terras’, CH nº 263). Os métodos indiretos baseiam-se em medições de variações na estrela (de seu brilho ou seu movimento) que poderiam ocor - rer devido a um planeta ali presente.

O mais usado dos métodos indiretos examina se há movimento da estrela pela observação do efeito Doppler, a variação da frequência da radiação emitida por uma estrela. A luz da estrela é decomposta e registrada na forma de espectro, que é o conjunto das radiações emitidas por ela. O olho humano enxerga uma pequena fração dessas radiações, o ‘espectro visível’. Nele, surgem várias cores, que va - riam continuamente do violeta ao vermelho. Há, porém, faixas estreitas e escuras. Estas últimas representam as frequências (‘cores’) que a atmosfera estelar absorve. As chamadas linhas de absorção ajudam os astrônomos a saber quais elementos químicos formam uma estrela.

Mas a análise das linhas de absorção tem outra função: se a estrela estiver afastando-se da Terra, essas linhas escuras deslocam-se, no espectro, para a região do vermelho (frequências mais baixas); caso contrário, deslocam-se para a região do azul (frequências mais altas) – em tempo: um observa - dor na Terra não verá a estrela mudar de cor. A fi-

Figura 1. O mais usado dos métodos indiretos para encontrar exoplanetas baseia-se em como varia a luz emitida por uma estrela ao aproximar-se ou afastar-se de um referencial (no caso, a Terra) gura 1 ilustra o uso das linhas de absorção para saber se a estrela está afastando-se ou aproximan - do-se de nós, na Terra.

de anãs a gigantes

Muitos pensam ser o Sol a maior e mais luminosa estrela do universo. Ele é, na realidade, uma estrela mediana, tanto em tamanho quanto em temperatura e luminosidade. A luminosidade estelar compara-se à potência de uma lâmpada: é a quantidade de energia emitida, por segundo, pela superfície da estrela, grandeza diretamente proporcional aos diâmetros e às temperaturas estelares.

Em um sistema estrela-planeta, a luminosidade estelar e a distância entre esses corpos determinam a quantidade de energia incidente no planeta. Estrelas interessantes do ponto de vista da astrobiologia precisam manter-se estáveis por longos intervalos de tempo, para fornecer condições favoráveis ao desenvolvimento da vida. Estrelas anãs amarelas, como o Sol, mantêm a luminosidade estável por bilhões de anos, tempo suficiente para a evolução de formas complexas de vida.

Muito quentes e luminosas, as estrelas gigantes azuis e brancas consomem mais rapidamente seu combustível interno. Assim, ao atingirem idades de milhões de anos, ‘explodem’, gerando eventos chamados supernovas e liberando radiação de altas energias (principalmente, ultravioleta, raios X e radiação gama), altamente prejudiciais à vida.

Uma estrela anã vermelha, fria e pouco lumino - sa, poderia manter sua luminosidade estável por trilhões de anos. Mas um eventual planeta habitável deveria localizar-se muito próximo dela, a cerca de

janeiro/fevereiro de 2010 • CiênCia Hoje • 41 um terço da distância Sol-Mercúrio. Nesses casos, estima-se que o planeta ganhe rotação síncrona, manten do sempre a mesma face voltada para a estrela. Os geocientistas ainda não conseguem prever como seria o comportamento da atmosfera de planetas nessas condições. A figura 2 compara as massas de vários tipos de estrelas.

Poderia a vida surgir e desenvolver-se em um planeta que tivesse uma face mergulhada na escuridão e outra em claridade constante? no braço de Órion

O Sol é apenas uma das estrelas entre as 100 bi - lhões delas presentes na Via Láctea. A maioria das estrelas concentra-se em um ‘disco’ com estruturas denominadas braços espirais. O Sol está no bra - ço de Órion (figura 3), a aproximadamente 30 mil anos-luz do centro da Via Láctea (cada ano-luz equivale a 9,5 trilhões de km).

O sistema solar demora 225 milhões de anos para realizar uma rotação ao redor do centro galáctico e já teria completado 20 voltas desde sua formação. O movimento de rotação do Sol acontece em um raio de ‘corrotação’ em que a velocidade angular das estrelas da região equivale à dos braços espirais – em outras palavras, nossa estrela gira em torno do centro da galáxia com a mesma velocidade daquelas que habitam o braço de Órion. Isso faz com que o sistema solar não atravesse com frequência os braços da Via Láctea, onde há intensa formação estelar e maior incidência de supernovas (o que nos exporia a radiações de altas energias).

A passagem do Sol através dos braços espirais também perturbaria a nuvem de Oort, região do sistema solar onde se encontram os cometas. Isso poderia alterar a órbita desses objetos e levá-los a colidir com a Terra.

Menos de 5% das estrelas da Via Láctea estão em órbitas dotadas de condições favoráveis à manutenção da vida, como o Sol.

três sistemas

Para determinar se um exoplaneta pode oferecer condições adequadas para existência de água no estado líquido, é necessário produzir um modelo de como ele ‘funciona’. Consideremos um planeta semelhante à Terra. Os estudos do sistema Terra buscam compreender como seus diversos componen tes interagem para determinar o clima global, sob in fluência da dinâmica interna.

A geologia considera que o sistema Terra é subdividido em três sistemas: i) climático; i) das placas tectônicas; i) do geodínamo interno. As interações dos geossistemas terrestres têm como fontes de energia o Sol e o calor interno da Terra (figura 4).

Os processos do sistema clima estão diretamente ligados ao estabelecimento da zona habitável. Os fatores que determinam as condições gerais do sistema clima e condicionam o desenvolvimento de vida são: i) a radiação proveniente da estrela central (a fonte de energia do sistema); i) a forma da órbita do planeta ao redor da estrela; i) a inclinação do eixo de rotação em relação ao plano orbital. Visan - do a entender tantas interações, elaboram-se e executam-se modelos teóricos do sistema Terra, na forma de simulações numéricas. O resultado das simulações é comparado aos dados observados, e assim se aprimoram os modelos.

Figura 2. Representação do Sol e outros tipos de estrelas

Figura 3. Representação da Via Láctea e da localização do Sistema Solar

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Figura. 7. A presença da planária

Geoplana quagga em áreas de intervenção humana, mas não em matas próximas, parece indicar que o ser humano influenciou sua distribuição geográfica

Importante característica que determinará a presença de água líquida é a temperatura média global, que depende de variáveis como albedo, taxas de intemperismo e composição química da atmosfera. Vejamos brevemente cada um desses tópicos: i) o albedo – razão entre a quantidade de radiação que o planeta recebe e a quantidade de radiação emitida em certo intervalo de tempo. Na Terra, a quantidade de luz recebida do Sol varia de ponto a ponto, pois a inclinação dos raios solares altera-se segundo a latitude. É também desigual a quantidade de energia refletida pela superfície terrestre: em regiões cobertas por neve ou com grande quanti- dade de nuvens, o albedo excede 80%, enquanto em zonas que apresentam rochas ou solos escuros, pode ficar abaixo de 10%; i) o intemperismo – compreende processos que provocam a decomposição mecânica, química ou bioquímica das rochas expostas ao tempo. São efeitos permanentes que produzem materiais total men - te distintos entre si e da rocha original: os solos, que permanecem no local onde se formam, e os sedimentos, que são movimentados pelos agentes de erosão; i) a composição química da atmosfera – as relações entre dióxido de carbono atmosférico, intemperismo e clima determinam a existência de água líquida. O elemento químico carbono, fundamental para a vida, é a base das moléculas orgânicas. Na fotossíntese, plantas e micro-organismos usam energia solar para converter gás carbônico atmosférico em carboidratos. O processo libera moléculas de oxigênio (O2), posteriormente consumidas pelos seres vivos na respiração, processo que reintroduz gás carbônico no ar.

gás CarbôniCo na atmosfera

O gás carbônico representa apenas 0,036% das moléculas de nossa atmosfera, mas exerce grande influência no ambiente (figura 5). Juntamente com o vapor de água e o metano, é um gás do efeito estufa. Esses gases mantêm as temperaturas da superfície em níveis adequados à nossa sobrevivên - cia. Se eles não existissem, as temperaturas seriam altas de dia e baixíssimas à noite.

Quando plantas e animais morrem, a decomposição da matéria orgânica libera gás carbônico para a atmosfera. Parte desse gás pode permanecer soterrada, dando origem a carvão mineral, petróleo e gás natural, ou pode ainda ser transportada para o fundo dos oceanos, onde pode formar rochas sedimenta - res, como calcário (CaCO3). O carbono fixado em reservatórios geológicos pode retornar à atmosfera tan - to pelas erupções vulcânicas quanto pelo intemperis - mo de rochas que contenham carbonato de cálcio.

Antes do aparecimento da espécie humana na história da Terra, houve longos períodos em que o planeta foi mais quente ou mais frio do que as médias atuais. As causas desses fenômenos e das implicações do gás carbônico introduzido na atmosfera pela queima de combustíveis fósseis ainda geram intensos debates.

Embora o tema ultrapasse o escopo deste artigo, convém registrar que o intemperismo e a concentração de gás carbônico na atmosfera estão estreitamen - te relacionados com os climas terrestres. Um aumento da quantidade de gás carbônico gera aumento de temperatura, que, por sua vez, intensifica as taxas de intemperismo. Taxas altas de intemperismo re - duzirão a quantidade de gás carbônico na atmosfera e, consequentemente, a temperatura. A figura 6 mostra como esses parâmetros alteram-se ciclicamente.

Figura 4. Componentes do sistema Terra

Figura 5. Ciclo do carbono, mostrando reservatórios e fluxos de gás carbônico entre eles. A sigla GtC equivale a 1 bilhão de toneladas de carbono

janeiro/fevereiro de 2010 • CiênCia Hoje • 43 educação, divulgação e pesquisa

Os autores deste artigo fazem pesquisas em geologia, geociências e astronomia. Requeijo, astrônoma, desenvolve estudos sobre a inserção de temas de astronomia na educação básica, e Carneiro, geólogo, sobre o uso de recursos didáticos no ensino de geologia e na divulgação das ciências da Terra.

Ambos publicaram livros ou capítulos de livros e têm trabalhos publicados em revistas científicas do Brasil e do exterior.

Sugestões para leitura

WARD P.; BROWNLEE, D. Sós no universo?

Por que a vida inteligente é improvável fora do planeta Terra. São Paulo: Campus (2000).

Na internet: SAGAN, C. Nós estamos aqui:

O pálido ponto azul (versão legendada) http://www.youtube.com/watch?v=EjpSa7umAd8

Uma sUperterra

Uma vez definidas as taxas de intemperismo e concentração de gás carbônico na atmosfera, bem co - mo calculadas a luminosidade estelar, a distância estrela-planeta e a massa do planeta por meio de técnicas astronômicas, os geocientistas podem estimar a variação da temperatura média global do planeta. Os resultados serão favoráveis à vida caso as temperaturas permitam a existência de água em estado líquido e permaneçam estáveis por bilhões de anos.

Mas, mesmo que os cálculos revelem um planeta extrassolar em zona habitável, como anunciado em

Figura 6. Relação entre dióxido de carbono atmosférico, intemperismo e clima maio de 2007, não será possível afirmar que esse planeta abriga formas de vida. O primeiro exopla - neta em zona habitável seria uma ‘superterra’, com massa oito vezes superior à terrestre, em órbita ao redor da estrela anã vermelha Gliese 581, a cerca de 20 anos-luz do Sol.

Será mesmo a Terra o único planeta habitável da galáxia?

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