Vendo a Terra como um Exoplaneta: Que Sinais de Vida Estão Visíveis?

This News Exclusive by Elizabeth Howell was originally published in English on July 21, 2014. This translation for the Portuguese edition of Astrobiology Magazine was provided by Bruno Martini. The original article is available here.


 

A lunar eclipse. Credit: F. Espenek/NASA

Um eclipse lunar. Crpedito: F. Espenek/NASA

Uma espaçonave extraterrestre à espreita na órbita de um satélite próximo à Terra seria capaz de ver as luzes das cidades e a poluição em nossa atmosfera. Mas e se ela procurasse por sinais de vida na Terra de um ponto mais distante?

Esta questão tem grande pertinência para aqueles procurando por Terras fora do nosso Sistema Solar. O telescópio espacial Kepler da NASA está entre uma frota de telescópios e espaçonaves procurando por planetas rochosos similares ao nosso próprio. Uma vez que o tamanho e localização destes mundos estão representados graficamente, o próximo passo é examinar a composição química de suas atmosferas.

A distância, mundos semelhantes à Terra aparecem como pequenos pontos de luz, tornando difícil imaginar que algum dia descobriremos muito a respeito deles. O melhor que podemos fazer com a tecnologia de telescópios no momento é examinar alguns componentes atmosféricos de mundos que são maiores que Júpiter. Mas isto não significa que podemos descartar a possibilidade de algum dia encontrar um planeta similar em tamanho ao nosso próprio, dizem os pesquisadores. Os telescópios estão apenas começando a ficarem mais poderosos.

‘Estamos tentando pensar a respeito de como usar observações da própria Terra para entender os tipos de coisas que seremos capazes de fazer no futuro, possivelmente com a próxima geração de telescópios’, disse Robert Fosbury, um astrônomo emérito do European Southern Observatory – ESO (Observatório Europeu do Sul) que participou da pesquisa.

Fosbury e o primeiro autor da pesquisa Fei Yan, um astrônomo do ESO e da University of Chinese Academy of Sciences (Universidade da Academia Chinesa de Ciências), examinaram a sombra da Terra durante um eclipse lunar. Enquanto não há uma instalação do ESO que seja dedicada à astrobiologia, Fosbury disse que os pesquisadores estão pensando muito a respeito das implicações para a vida fora da Terra.

O artigo, ‘High resolution transmission spectrum of the Earth´s atmosphere: Seeing Earth as na exoplanet using a lunar eclipse’ (‘Transmissão do espectro da atmosfera da Terra em alta resolução: Vendo a Terra como um exoplaneta usando um eclipse lunar’), está disponível na página virtual pré-publicação da Arxiv e foi aceito no International Journal of Astronomy.

Reflexo da Sombra

Observações ocorreram durante um eclipse lunar total em 10 de dezembro de 2011. Um eclipse lunar ocorre quando a Terra se move entre a Lua e o Sol e é visível em qualquer lugar onde o céu é escuro e claro com a Lua sobre o horizonte.

Um eclipse lunar é mais fácil de se observar que um eclipse solar total e ocorre quando a Lua passa entre a Terra e o Sol. Durante o eclipse solar, a sombra da Lua é tão pequena que ela cria uns poucos minutos de totalidade e uma pequena ‘trilha’ de sombra visível da superfície da Terra.

The Earth viewed from the Galileo spacecraft. Credit: NASA

A Terra vista da espaçonave Galileo. Crédito: NASA

Neste estudo, os pesquisadores fizeram observações com o High Resolution Spectrograph (Espectrógrafo de Alta Resolução) montado em um telescópio de 2,16 metros na Estação Xinglong, na China e focaram o telescópio próximo da Cratera Tycho da Lua porque lá é onde a Lua possui alta refletividade.

Os pesquisadores esperavam aprender mais sobre o espectro da Terra, que é exibido na reflexão da Lua. Um espectro é a banda de cores que torna a luz visível e é mais prontamente reconhecido em um arco-íris. Certos elementos emitem preferencialmente certos comprimentos de onda e absorvem outros. Usando uma espectrografia para examinar outro planeta, por exemplo, você pode ver que átomos ou moléculas estão presentes em sua atmosfera ou superfície.

Observar a luz da Terra refletida pela Lua é similar a observar um exoplaneta transitar pela face de sua estrela parental, disseram os astrônomos. Em ambos os casos, encontrar as moléculas absorventes na atmosfera é um processo de subtração. No caso de um exoplaneta, astrônomos comparam as absorções moleculares na luz estelar durante e após o trânsito. No caso da Lua, os astrônomos compararam os elementos encontrados na sombra da Terra com aqueles quando a Lua estava livre desta sombra.

Durante o eclipse, a equipe científica pegou os espectros de quando a Lua estava na sombra (a imagem espectral) da Terra. A Lua se torna vermelha durante este período porque a maior parte da luz que você vê é uma refração da luz solar através da atmosfera da Terra (são todos os poentes e nascentes do Sol vistos de uma só vez). Os cientistas também compararam o espectro da Lua quando ela estava completamente fora da sombra.

Água e poluição

Depois de remover alguns efeitos gerados pela atmosfera local, os pesquisadores examinaram o espectro de cores para ver quais moléculas eram visíveis. Algumas surpresas surgiram.

An artist's conception of the European Extremely Large Telescope, which will be used in the search for exoplanets. Credit: ESO

Uma concepção artística do Telescópio Europeu Extremamente Grande, que será usado na busca por exoplanetas. Crédito: ESO

Por exemplo, eles não viram tanto vapor d´água na assinatura quanto os observadores viram em um eclipse de 2009 que abarcou grande parte do Hemisfério Norte (aquele artigo, ‘Earth´s transmission spectrum from lunar eclipse observations’ [`Transmissão do espectro da Terra pelas observações de um eclipse lunar], foi publicado na Nature).

Os pesquisadores do novo estudo concluíram que a ausência de vapor d´água ocorreu porque o ‘caminho’ do trânsito de 2011 na atmosfera da Terra incluiu a Antártica, onde grande parte da água se presume estar congelada fora da atmosfera.

Outra surpresa foi a abundância de dióxido de nitrogênio. Normalmente o dióxido de nitrogênio é considerado como um poluente produzido por atividades humanas. A Antártica, no entanto, é um local bem desocupado – mas ela já possuiu um vulcão.

‘Descobrimos que o rastro que observamos está próximo de um vulcão e este vulcão pode produzir dióxido de nitrogênio’, disse Yan.

Ele acrescentou que outras explicações podem ser possíveis. Neste caso, o vulcão (Monte Erabus) pode não ter ficado ativo o suficiente para produzir grandes quantidades de dióxido de nitrogênio. Investigações mais aprofundadas descobriram que o dióxido de nitrogênio foi um bioproduto do óxido de nitrogênio (que é produzido naturalmente por micróbios) que em seguida permaneceu na atmosfera e reagiu com o ozônio, criando o dióxido de nitrogênio.

‘Isto foi durante a primavera e o gelo derreteu na atmosfera e de acordo com os vulcanólogos, este derretimento libera bastante óxido de nitrogênio’, afirmou Fosbury.

Ozônio em outros planetas

Se fôssemos ver a Terra como um exoplaneta, poderia o dióxido de nitrogênio ser interpretado como um sinal de poluição, de vida microbiana ou de um vulcão? Fosbury disse que isto depende do contexto. Se o planeta tivesse uma abundância de vulcões em sua superfície, você assumiria que provavelmente seria principalmente oriundo dos vulcões. Se eles não fossem facilmente visíveis, seria mais difícil tirar conclusões sobre a vida, mas ainda seria possível. Ele apontou que o dióxido de nitrogênio é normalmente associado com a poluição.

‘Ele está sobre Los Angeles, Pequim e todos os lugares por conta da forma como a catálise do escapamento (dos carros) funciona.’

Quando se procura por civilizações extraterrestres, os químicos da poluição deveriam ser inclusos na lista dos ‘sinais’ de vida, ele acrescentou. O ozônio também pode ser visível. Fosbury apontou que em altas latitudes, na borda da sombra na Lua, você pode ver o azul.

‘É um dos indicadores de que há muito ozônio’, ele afirmou.

O ozônio é também a razão porque o céu parece azul durante o crepúsculo ao amanhecer e ao anoitecer (a luz azul do dia é devida a um fenômeno chamado espalhamento de Rayleigh, que preferencialmente espalha a luz azul do Sol pelo ar).

One thing that future telescopes could look for is the signature of ozone in an Earth-like planet's atmosphere. Credit: NASA

Uma coisa que futuros telescópios poderiam procurar é a assinatura de ozônio na atmosfera de um planeta semelhante à Terra. Crédito: NASA

‘O ozônio atualmente é um marcador muito proeminente e importante para os planetas semelhantes à Terra’, disse Fosbury.

O ESO, cujas instalações astronômicas estão baseadas no Chile, também dará pelo menos duas grandes contribuições para a pesquisa de exoplanetas. O High Accuracy Radial velocity Planet Searcher – HARPS (Buscador de Planetas com velocidade Radial de Alta Acurácia), do telescópio La Silla de 3,6 metros do ESO, que mede pequenas variações nas velocidades estelares enquanto os planetas as orbitam. Este instrumento foi usado para a primeira detecção de um exoplaneta da história.

Também em construção está o European Extremely Large Telescope – E-ELT (Telescópio Europeu Extremamente Grande), uma besta de 39 metros que não fará apenas estas medidas de velocidade, mas também imageará alguns planetas e possivelmente caracterizará suas atmosferas. Esta pesquisa virá a calhar quando o E-ELT e o Telescópio Espacial James Webb da NASA estiverem operando.

‘Este será um grande investimento por um longo período de tempo’, acrescentou Fosbury. ‘À medida que aprendemos mais sobre os aspectos práticos para se fazer estas observações, estaremos em uma posição melhor não apenas para realizar observações, mas também para desenvolver os tipos de instrumentos que precisaremos.’

Tradutor: Bruno Martini