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Retrospections Os Astrônomos Podem Detectar Oceanos em Exoplanetas?
 
Os Astrônomos Podem Detectar Oceanos em Exoplanetas?
Tradutor: Bruno Martini
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Alien Life
Posted:   07/12/12
Author:    Ray Sanders

Summary: Detectar água na superfície de exoplanetas está se tornando uma alta prioridade para pesquisadores, já que água na superfície é considerada um requerimento para habitabilidade. Nova pesquisa examina se o "brilho" da luz vinda de um planeta pode ser interpretada como evidência para oceanos em sua superfície.

 

Brilho do oceano como visto da órbita da Terra pela STS-05. Crédito da imagem: NASA/JSC

Dada a pletora de exoplanetas confirmados, muitos pesquisadores mudaram seu foco de atenção para estudar estes estranhos novos mundos em maiores detalhes. Com muitos exoplanetas possivelmente orbitando na “zona habitável” de suas estrelas hospedeiras onde água líquida poderia ser estável, diferentes métodos de detecção de água superficial estão em desenvolvimento. Um destes métodos propostos de detecção de águas oceânicas em um exoplaneta é via reflexão especular, também conhecida como “glint” (“brilho”). Se você já viu uma reflexão luminosa da luz solar em um lago ou oceano aqui na Terra, você já viu um exemplo do efeito de brilho.

Cientistas certos de que oceanos superficiais de exoplanetas afetariam a aparente refletividade do planeta, também conhecida como albedo. Este aumento do albedo deveria ser detectável durante a fase crescente de um planeta.

Neste modelo, os astrônomos não precisam ver todo o “disco” de um planeta, quando o planeta está refletindo a luz como uma lua cheia do nosso ponto de vista. Ao contrário, eles podem detectar luz estelar refletida na fase gibosa de um planeta, quando vemos apenas uma parte de toda a luz da “lua cheia”. É até mesmo possível ver um exoplaneta em uma fase crescente, quando apenas uma pequena parte da luz refletida é visível.

Um Brilho nos Olhos

No centro está a Terra, como vista pela espaçonave Voyager, atualmente próxima à borda do nosso próprio Sistema Solar. Exoplanetas diretamente imageados seriam muito, muito mais indistintos. Crédito da imagem: NASA

Uma equipe de cientistas liderados por Nicolas Cowan da Northwestern University (Universidade do Noroeste) está examinando o modelo do “brilho” para detecção de exoplanetas. Cowan e sua equipe usaram um modelo de um planeta semelhante à Terra para simular curvas de luz refletida.

Cowan salienta a importância de um método confiável para se detectar oceanos em exoplanetas, afirmando: “os astrônomos estão empolgados para descobrir como detectar oceanos em exoplanetas, pois biólogos nos asseguram que água líquida é necessária para a vida como a conhecemos. O desafio é que exoplanetas estão bem distantes, então na melhor das situações aparecem como o proverbial “pálido ponto azul” de Carl Sagan.”

Apesar do modelo deles não incluir reflexão especular, a equipe foi capaz de obter variações de tipos de brilho. Os planetas que possuem uma modesta inclinação (ou obliquidade) recebem menos luz nos seus pólos que em seu equador. Os menores níveis de luz resultariam em temperaturas mais frias, permitindo à neve e ao gelo acumular nos pólos.

A equipe mostra que em fases crescentes, um planeta modestamente inclinado parece refletir mais luz das altas latitudes (como os pólos) que quando o planeta está em uma fase gibosa. Pela neve e gelo serem tão reflexivos, a refletividade aparente de um planeta parecerá aumentar se um planeta for observado em uma fase crescente. Cowan e sua equipe insistem que este “efeito albedo de latitude” pode ser erroneamente interpretado como brilho de oceanos em exoplanetas.

“O x da questão é que a luz que vemos de um planeta em fase crescente está atingindo o planeta em um ângulo indireto”, acrescenta Cohen. “Que tipos de lugares recebem luz do Sol indiretamente? Você pode estar pegando uma região bem no crepúsculo ou na alvorada, mas o mais provável é você esteja vendo um lugar frio, uma vez que a luz solar indireta é precisamente o que faz um lugar frio. Baixas temperaturas significam que a superfície é mais provavelmente coberta de neve e gelo. Uma vez que neve e gelo são muito reflexivos, o efeito líquido é que o planeta parece anormalmente brilhante em fases crescentes, independentemente do fato de possuir oceanos.”

Procurando Exoplanetas

Um Vênus crescente como visto pela espaçonave MESSENGER da NASA. Crédito da imagem: NASA

Em seu artigo, a equipe descreve três métodos possíveis para detectar uma superfície líquida em um exoplaneta. O primeiro método, “variabilidade de cor rotacional” é baseado no fato de oceanos serem mais escuros e possuírem diferentes cores dos outros tipos de superfície na Terra. Com o tempo, as variações nas cores de um planeta espacialmente não resolvido podem entregar a presença de oceanos de água líquida.

O segundo método se baseia no alinhamento de ondas de luz sendo refletidas (polarização). Oceanos são mais planos que outros tipos de superfície e podem alinhar ondas luminosas refletindo na superfície da água, assim polarizando a luz refletida. Observações de raios polarizados da Terra sugerem que variações na polarização podem ajudar astrônomos a detectar oceanos.

Finalmente, a reflexão especular estabelece que oceanos são capazes de refletir a luz de uma maneira similar a um espelho, especialmente nas fases crescentes.

“A água pode fazer isto porque é muito mais plana que a terra, árvores e neve”, diz Cowen. “Mesmo quando o ponto de brilho é pequeno, ele faz um planeta parecer anormalmente brilhante na sua fase crescente. Por esta razão, se você pudesse manter um rastreamento do brilho de um planeta enquanto ele orbita sua estrela hospedeira, você seria capaz de inferir a presença de um oceano brilhante.”

A equipe mencionou uma pesquisa anterior que mostrou que nuvens e espalhamento de luz refletida podem mimetizar um sinal de brilho em fases crescentes. A equipe também notou que qualquer método utilizado para detectar oceanos superficiais em um planeta estaria obstruído por nuvens atmosféricas. As três técnicas previamente listadas se mostraram funcionar com um alto grau de confiança em planetas parecidos com a Terra com grosseiramente 50% de cobertura de nuvens.

Na carta da equipe, aceita para publicação no Astrophysical Journal (ApJ), o foco está no método da reflexão especular. A pesquisa mostra uma tendência para planetas na zona habitável de suas estrelas hospedeiras a possuírem neve e gelo nas regiões menos iluminadas pela luz estelar, o que naturalmente leva a falsos positivos para brilho do oceano, independentemente da inclinação do eixo.

Mapa com média de dez anos do albedo planetário para a simulação. Linhas verdes indicam a costa dos continentes equatoriais, linhas azuis mostram a extensão média anual do mar-gelo. O painel a direita mostra o perfil do albedo médio sazonalmente (longitudinalmente). Crédito da imagem: Nicolas Cowan / Northwestern University

Dados os resultados das simulações, Cowan e sua equipe estabelecem que o efeito latitude-albedo representa um interessante desafio para a detecção de reflexão especular (brilho). A equipe afirma que para confirmar um sinal como uma verdadeira detecção de água líquida, o albedo precisa aumentar em fases crescentes e ser simétrico nas fases crescente e minguante.

Se somando às preocupações com o albedo, a equipe declara que mais uma variável crítica é a inclinação do eixo do planeta, ou obliqüidade – quão longe o pólo norte é inclinado em direção ou para longe dos observadores na Terra.

Além disso, baseado nos resultados da equipe, se não houver neve ou gelo presente em um planeta, ou se a superfície é obscurecida por grossa cobertura de nuvens, se espera que o efeito latitude-albedo continue a ser aplicável, se as regiões mais frias do planeta forem as mais nubladas. A equipe enfatiza que o cenário prévio está presente em suas simulações, mas pode não ser o caso em geral, uma vez que a posição do planeta na zona habitável pode desempenhar um papel nas condições atmosféricas e nas temperaturas de superfície.

Detectar brilho do oceano em exoplanetas como a Terra pode ser apenas possível se os efeitos das nuvens, gelo e neve puderem ser devidamente modelados. A equipe observa que missões de imageamento de “alto contraste” devem ser capazes de monitorar o albedo aparente de planetas rochosos orbitando a zona habitável de suas estrelas parentais.

Baseado nos resultados de suas simulações, a equipe declara que o efeito latitude-albedo limitará tentativas de interpretar a luz refletida por planetas terrestres na zona habitável de estrelas-anãs de classe M.

Referência: “Um falso positivo para brilho do oceano em exoplanetas: O efeito latitude-albedo.” Disponível em: http://arxiv.org/pdf/1205.1058v1.pdf.

This story was originally published in English.


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