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Repensando o conceito de zona habitável

Água, água, em todo lugar. E é isso o que importa na busca por vida alienígena.
Nosso Sistema Solar interno. Esta concepção mostra  a "zona habitável" dentro do nosso Sistema Solar. Esta é uma região do espaço que tem condições que poderiam promover o aparecimento de vida. Claro, é muito difícil saber exatamente quais são essas condições. Por exemplo, a água líquida é geralmente considerada essencial. Essa área dentro do nosso Sistema Solar é destacado aqui por um disco verde. Você pode ver que a Terra, está na zona, enquanto o nosso vizinho Marte está em sua borda. Créditos: ESO/M. Kornmesser


Com a prova de que há água líquida nos confins do Sistema Solar, é claro que a zona habitável não é o único lugar onde a vida pode existir. E os astrobiólogos estão procurando por exoplanetas habitáveis, focando suas buscas nessa parte ao redor da estrela, mas não excluindo totalmente as outras.


Se você quiser procurar por vida no espaço, a maioria dos livros de astronomia irão te apontar a chamada Goldilocks Zone, ou Zona Habitável: a região ao redor de uma estrela onde a faixa de temperatura seja adequada para existir água líquida na superfície de um planeta. O problema é que a água parece estar em toda parte. Luas de gelo estão aí para para provar isso. O Sistema Solar externo é prova incontestável disso. E elas estão bem além da zona habitável que os livros indicam,  e alguns cientistas planetários sugeriram até mesmo que poderia haver mares líquidos no cinturão de Kuiper. Graças a essas descobertas, alguns especialistas estão sugerindo que poderia ser hora de repensar como definimos a zona habitável. Mas isso significa mudar a maneira como buscamos mundos potencialmente habitáveis ​​em outros sistemas solares?


Crédito da imagem: Wilfried Bauer
Além da Zona Habitável

Conhecemos tipos de seres que conseguem viver sem oxigênio. Bactérias anaeróbicas estão aí para confirmar isso. Mas ainda não conhecemos uma forma de vida que possa viver sem água. Portanto, até as últimas décadas, os cientistas assumiram que condições para haver vida, só poderiam existir em um local exatamente como o nosso.

"Tem sido uma grande mudança, mas tem mudado gradualmente", disse Diana Blaney, do JPL, pesquisadora chefe do Mapping Imaging Spectrometer for Europa (MISE). Essa mudança ocorre em duas partes, alimentada por descobertas em campos amplamente diferentes. Primeiro veio a ideia de que a vida poderia prosperar em lugares mais frios, mais escuros e mais estranhos do que os biólogos poderiam imaginar. Em segundo lugar veio a ideia de que as condições mais básicas para a sobrevivência - principalmente a presença de água líquida - poderia aparecer em lugares inesperados.

A maior parte da água líquida que encontramos no Sistema Solar está escondida sob as crostas geladas de luas orbitando Júpiter e Saturno. Mas antes que os cientistas enviassem a Voyager, Galileu e a Cassini para o Sistema Solar exterior para encontrar esses oceanos subterrâneos, eles encontraram locais parecidos aqui na Terra. Em 1970, pesquisas aéreas envolvendo ressonância encontraram a primeira evidência de lagos escondidos abaixo de vários quilômetros de gelo glacial na Antártida [link do artigo em inglês]. Os pesquisadores encontraram 379 lagos até o momento e uma série de descobertas nos últimos anos confirmaram a presença de vida microbiana abaixo de vários deles.

Pouco antes da primeira missão ao Sistema Solar externo, em 1976 - enquanto Viking 1 procurava vida em Marte - botânicos descobriram bactérias vivendo em arenito poroso nas montanhas frias, secas e completamente inóspitas do deserto de Ross, na Antártida. No ano seguinte, em 1977, uma expedição geológica empreendida pela marinha americana descobriu aberturas hidrotermais na falha de Galápagos, profundamente abaixo do Oceano Pacífico oriental. Nas profundezas sem luz do oceano, eles encontraram um ecossistema próspero baseado na quimiossíntese.

Olhando para trás, é fácil ver como as descobertas de extremófilos e lagos sub-glaciais aqui na Terra apontaram para a ideia de que ambientes selvagens inesperados também podem ser habitáveis lá fora.

No final daquele mesmo ano, a espaçonave Voyager foi lançada em seu caminho em direção ao Sistema Solar exterior; Era uma missão da qual alguns na comunidade científica naquele tempo não esperavam muitos frutos - afinal, as luas do sistema solar externo estavam muito além dos limites da Zona Habitável.


"Realmente, foi a Voyager que estabeleceu um modo mais aberto de se pensar, porque muitos cientistas imaginavam que a maioria do Sistema Solar exterior era apenas bolas mortas de gelo e rocha", disse o cientista planetário Jonathan Lunine da Universidade de Cornell. De 1979 a 1981, a Voyager enviou imagens de mundos ativos e complexos: Io com sua superfície violenta e vulcânica; Titã com sua atmosfera espessa e nebulosa; E Europa com uma crosta rachada que sugeria os movimentos de maré de um oceano sub-superficial. 

Uma vez que os cientistas perceberam que as luas do Sistema Solar exterior eram mundos dinâmicos e inesperadamente complexos, alguns começaram a especular se elas poderiam acolher vida, aquecida não apenas pela luz do Sol, mas pela força de maré de um gigante de gás. Enquanto isso, as descobertas aqui na Terra continuaram a aparecer rapidamente, alimentando as ideias dos astrobiólogos sobre onde a vida poderia florescer.

NASA Goddard/Katrina Jackson
Todos esses mundos são seus...

A nave espacial Galileu deixou a Terra em 1989 com destino a Júpiter e em meio a especulações sobre o que ela poderia encontrar sob o gelo em Europa. Os sobrevoos que a Galileu realizou nas luas jovianas confirmaram o que as imagens da Voyager tinham sugerido: existe água líquida distante da área chamada de zona habitável, debaixo do gelo de Europa e Ganímedes. Em 2005, a espaço nave Cassini capturou imagens surpreendentes de plumas de água saindo da superfície do hemisfério sul de Encélado, lua de Saturno. 

A medida que os dados provenientes tanto da Galileu quanto da Cassini chegavam, eles foram confrontados com pesquisas sobre extremófilos aqui na Terra, alimentando discussões sobre quais locais inesperados de nosso Sistema Solar pode vir a ser habitável. 

"Eu acho que eles realmente se reforçaram, sabe?", Disse Blaney. "Muita coisa, eu acho, estava acontecendo em paralelo. Você estava sentado  [conferências de ciência] ouvindo as pessoas falarem sobre a construção de evidências sobre um oceano na Europa, e então você se dirigia para o lado e ouvia alguém falar sobre a vida nos vales secos da Antártica. Esse tipo de comunicação cruzada entre diferentes comunidades, penso eu, fizeram com que as pessoas pensassem mais sobre a possibilidade de Europa abrigar vida agora".

Agora os astrobiólogos podem ter que repensar os limites da habitabilidade novamente. No final de 2016, William McKinnon, cientista planetário da Universidade de Washington em St. Louis, concluiu que a orientação da Sputnik Planitia, a bacia gelada em forma de coração no hemisfério norte de Plutão, só poderia ser explicada por uma distribuição desigual na massa da crosta do planeta. Isso, por sua vez, afirmaram os pesquisadores, só poderia ser explicado por um oceano líquido composto (principalmente) de água debaixo do gelo. Ainda não há provas de que Plutão hospede um lago subglacial semelhante ao do gelo da Antártica, mas a pesquisa comprova que é teoricamente possível que os objetos do Cinturão de Kuiper tenham água líquida em seu interior.

"Nós sabemos que existem oceanos abaixo da crosta gelada, mantidos, geralmente, por forças de maré (em Europa e em Encelados). O que Plutão faz é empurrar os limites potenciais de zonas habitáveis até aos planetas anões gelados que estão no espaço profundo, " disse McKinnon.



Zonas Habitáveis em Miniatura


A visão atual entre muitos astrobiólogos é que, por haver tantos ambientes onde há água líquida - e, por consequência, os ingredientes básicos para a vida - pode existir muitas zonas habitáveis ​​em um Sistema Solar. Há a tradicional Zona Habitável, onde o aquecimento solar mantém o planeta a uma temperatura adequada e há órbitas em torno de gigantes de gás, onde o aquecimento da maré poderia manter a água líquida e potencialmente habitável sob o gelo.

"O ponto que eu quero observar é referente ao número de ambientes potencialmente habitáveis ​​que temos em nosso Sistema Solar. Eu não acho que isso seja um golpe de sorte", disse Curt Niebur, cientista do programa da Europa Multiple Flyby Mission, da NASA. "Eu penso que quanto mais nós olharmos para fora de nosso próprio sistema, mais nós vamos verificar, pessoalmente ou através de telescópios, que é provável haver múltiplas zonas habitáveis ​​em outros sistemas solares também."

De fato, encontramos mais água líquida em luas geladas no sistema solar exterior do que na área temperada da Zona Habitável. Alguns cientistas planetários estão começando a falar sobre a ideia de que gigantes gasosos, como Júpiter e Saturno, criam suas próprias zonas habitáveis ​​através de aquecimento de maré sobre as luas geladas como Europa e Encelado. E se McKinnon e seus colegas conseguirem provar que estão certos sobre o que está por baixo da Planície Sputnik, em Plutão, então pode até haver pequenas zonas habitáveis ​​nos confins do Cinturão de Kuiper.

"Às vezes é em torno de planetas gigantes como Júpiter, às vezes é em planetas semelhantes a Terra, às vezes é no sistema solar profundo, como em Plutão", disse Niebur. "Acho que cada um desses três casos é uma zona Goldilocks (zona habitável) e eu acho que há mais zonas Goldilocks lá fora, esperando para serem descobertas."

Isso significa que nós não podemos dar crédito suficiente aos gigantes gasosos como anfitriões para mundos potencialmente habitáveis. Por um lado, parecem ser muito mais comuns - ou pelo menos mais fáceis de detectá-los daqui da Terra - do que planetas rochosos, especialmente planetas rochosos que passam a orbitar apenas na distância certa em relação às suas estrelas, o que significa que as probabilidades estão à favor de um planeta gigante gasoso ganhar a loteria da bioquímica.

"Eu penso que é provável que planetas gigantes gasosos são mais comuns do que planetas rochosos. Então, estatisticamente falando, eu acho que eles poderiam direta ou indiretamente fornecer muito mais zonas habitáveis, muito mais zonas Goldilocks em relação aos planetas terrestres", disse Niebur.

Esse é um conceito que abre os olhos para a astrobiologia, mas na prática pode ser quase impossível desenhar um mapa nítido desse tipo de zona habitável. Mapear a Zona Goldilocks de uma estrela é bem direto; A temperatura de um planeta depende da sua distância da estrela, como também quanto calor a estrela produz. Descobrir a região de potencial habitabilidade em torno de uma gigante de gás, por outro lado, exige muito mais informações sobre o gigante gasoso, suas luas, e como todos eles interagem.

Os oceanos de Europa, Encelados e Ganímedes dependem do aquecimento de marés para mantê-los líquidos. As forças de maré vêm não apenas da atração gravitacional dos gigantes gasosos, mas das interações gravitacionais com outras luas. Por exemplo, cada vez que Ganimedes orbita Júpiter, Europa faz exatamente duas órbitas, e Io faz exatamente quatro. Isso significa que os planetas se alinham regularmente, dando um ao outro um puxão gravitacional que estica suas órbitas para fora, tornando-as mais elípticas.

Graças à ressonância orbital, os efeitos das marés da gravidade do planeta são muito mais nítidos. Em outras palavras, isso é porque a diferença entre "maré alta" e "maré baixa" é exagerada. Isso, então, mantém os interiores das lua em movimento - e quentes.

É por isso que Io é local repleto de atividade vulcânica, e é por isso que Europa e Ganimedes têm calor geotérmico suficiente para manter a água líquida mesmo tão longe da Zona Goldilocks. Ao redor de Saturno, Encelado está em uma ressonância orbital similar com sua irmã Dione, e é isso que mantém as plumas em erupção através das rachaduras na crosta gelada da lua.

Os astrônomos têm uma compreensão muito boa a respeito da dinâmica que faz as luas de Júpiter e de Saturno serem ativas, mas além de nosso sistema solar, não há nenhuma maneira de saber como funcionam as zonas habitáveis ​​que são aquecidas pelo efeito de maré, ainda. Para saber se uma lua pode estar sofrendo um aquecimento de maré suficientemente forte para manter água líquida em seu interior, os astrônomos precisariam saber quantas outras luas estão orbitando o mesmo planeta e se essas órbitas estão em ressonância umas com as outras.

"A definição mais ampla de zonas habitáveis ​​também incluirá algumas que não podemos observar com as missões que estamos antecipando para as próximas décadas", disse Lunine. "Isso inclui luas geladas em torno de gigantes gasosos, que podem estar abrigando a vida, ou pelo menos oceanos habitáveis, que não podemos ver ainda."

Danielle Futselaar / Franck Marchis / SETI Institute

Zonas Habitáveis Observáveis

É fascinante pensar que um novo planeta gigante gasoso em um sistema solar como 51 Eridani pode ser lar de uma outra Encelado ou Europa. Porém, com nossa tecnologia atual, essas exoluas potencialmente habitáveis ainda estão invisíveis para os astrônomos aqui na Terra.

"O problema, é claro, é que se você realmente tem algo do tamanho de Encelado ou de Europa orbitando ao redor de um planeta gigante que, por sua vez, está orbitando uma estrela, então você terá muito pouco tempo para realizar sua observação. Ainda mais, para saber se a lua é habitável ou não, você precisará observar por muito tempo com a tecnologia atual," disse Lunine. "Seria um desafio muito, mas muito difícil mesmo."

Claro que esse tipo de observação é viável para luas geladas em nosso próprio Sistema Solar, porque podemos enviar sondas para voar através das nuvens de água de Encelado ou talvez um dia alunar na superfície de Europa. Mas para estudar objetos em outros sistemas solares, por hora, é impensável e os astrônomos terão que se contentar, ao menos por um bom tempo, com a procura pelos espectros de luz através um telescópio. Portanto, mesmo se houver miniaturas de zonas habitáveis ​​na maioria dos sistemas solares, os astrobiólogos, por hora, só podem especular.

Em vez disso, Lunine diz que na busca por exoplanetas potencialmente habitáveis, o que realmente importa é algo que ele chama de zona habitável observável: a área onde a água poderia existir e em um lugar onde pudéssemos ver a evidência dela com um telescópio. Em outras palavras, um planeta que os telescópios podem realmente observar e que tenha água líquida sobre sua superfície firme e não escondida debaixo de uma camada de gelo. Essencialmente, essa descrição aponta para a tradicional zona Goldilocks, ou zona habitável.

"As limitações tecnológicas significam que você vai ter que restringir-se à definição tradicional de zona habitável. Mas a medida que nossa tecnologia melhora, também podemos perseguir o conceito mais moderno e preciso a respeito de zona habitável", disse Niebur.

No futuro isso pode mudar. Entretanto, vale a pena ter em mente que a busca por mundos habitáveis ainda nos surpreenderá. 

"Pessoas têm que manter a mente aberta a respeito do que é possível e deixar os dados nos levar para onde eles apontam, por que as vezes eles levam você a lugares que são inexperados - como Europa," disse Blaney.



[Tradução: @difurlan1]

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