Cores de Exo-Terras Poderiam Indicar Habitabilidade

 

Um diagrama cor-cor do Sistema Solar mostra como a cor dos planetas os coloca em lugares únicos no diagrama. Similarmente, certos ambientes superficiais terão uma cor única que os faz identificáveis. Crédito: NASA/GSFC

No campo de rápidos avanços na pesquisa sobre exoplanetas, sempre ajuda estar um passo a frente. Um punhado de exoplanetas foi descoberto até hoje e é apenas uma questão de tempo antes da porteira se abrir e o número de exoplanetas conhecidos explodir. Estes planetas poderiam abrigar vida alienígena, mas como sabemos quais são dignos de uma inspeção detalhada?

O mais básico critério quando se procura por planetas habitáveis é que eles devem ter água líquida, uma vez que água líquida é essencial para a vida como a conhecemos. Outro critério é buscar por habitats nos quais se sabe que a vida existe na Terra e um novo estudo por Siddharth Hedge e Lisa Kaltenegger no Instituto Max Planck para Astronomia (Max Planck Institute for Astronomy) na Alemanha revelou um método que fará exatamente isto.

Organismos que podem viver bem felizes em ambientes extremos, conhecidos como extremófilos, definem as fronteiras da habitabilidade. Identificando as cores de ambientes que sabidamente são um refúgio para extremófilos na Terra, é possível buscar por ambientes similares em planetas que são parecidos ao nosso.

É claro que apenas porque este ambiente existe não significa que ele realmente abriga vida alienígena. No entanto, esta técnica proverá uma poderosa caracterização inicial de planetas semelhantes à Terra quando for possível detectá-los diretamente. Uma inspeção persistente que inclui espectroscopia da atmosfera poderia então revelar a presença de qualquer vida que possa existir.

Da margem vermelha aos extremófilos

Drenagem de mina ácida, mostrada aqui no Rio Tinto na Espanha, possui uma cor distinta quando vista remotamente, assim como a alga vermelha que vive lá. Nesta imagem, Penny Boston e Cassie Conley amostram as águas ácidas. Crédito: Leslie Mullen

Quando se olha para a luz refletida da Terra, há muitos sinais de vida embutidos no espectro. Um exemplo é o da vegetação, como a clorofila em plantas que reflete mais luz no infravermelho que na luz visível. Esta característica tem sido apelidada de “margem ou borda vermelha da clorofila” (“red edge of chlorophyll”) ou “margem vermelha da vegetação”.

Expandindo esta ideia, vem à luz a possibilidade de procurar por sinais distintos de ambientes extremófilos. Extremófilos podem tolerar ambientes que seriam inóspitos para seres humanos. Por exemplo, termófilos podem suportar calor tórrido, psicrófilos podem sobreviver em condições congelantes criando seus próprios anticongelantes e endolitos vivem dentro de rochas as mastigando por enxofre e ferro por comida. Múltiplas espécies se adaptaram a um tipo particular de ambiente extremo, mostrando que este tipo de adaptação não é um acaso e extremófilos podem existir em outros planetas.

A maioria dos extremófilos se esconde sob a superfície para se abrigar de condições adversas ou obter acesso a nutrientes, então a luz refletida da superfície não necessariamente revela sua presença. No entanto, o estudo de Hedge e Kaltenegger observa vários exemplos onde extremófilos podem ser detectados na superfície, conjuntamente com ambientes que abrigariam organismos subsuperficiais.

Estes extremófilos de superfície incluíram algas vermelhas, que podem viver em ambientes tóxicos como minas de drenagem de ácido, e liquens que são resistentes à dessecação e podem sobreviver em desertos quentes. Eles também olharam para a cor de biofilme, onde bactérias combinam a si mesmas com sedimento, em particular um filme criado por dois tipos de termófilos em Octopus Spring no Parque Nacional de Yellowstone.

Os ambientes que extremófilos habitam possuem distintas refletividades, ou albedo, em certos comprimentos de onda. Por exemplo, água refletirá menos luz que neve. Os cientistas usaram um “diagrama cor-cor” para ver quais ambientes de extremófilos poderiam ser detectados remotamente.

O diagrama cor-cor

Ocotpus Spring no Parque Nacional de Yellowstone é lar para tapetes microbianos (biofilmes) que possuem uma cor distinta. Crédito: David Strong, Penn State University

Esta técnica usa o que é conhecido como fotometria de filtro para caracterizar planetas e seus ambientes. A luz de um planeta é separada em três diferentes filtros no telescópio, que corresponde a três diferentes regiões do espectro e então três cores distintas: azul, verde e vermelho.

Plotando as cores umas contra as outras, diferentes ambientes parecem ter apenas um lugar no diagrama. Em um diagrama cor-cor do Sistema Solar, o azul marmóreo que é a Terra é colocado em seu próprio canto do diagrama, onde como Marte, o Planeta Vermelho, está na outra ponta do diagrama. A quantidade de luz passando através de um filtro de cor particular é única para o tipo de ambiente, significando que a cor pode agir como uma impressão digital para identificá-lo.

“O que descobrimos é que você pode usar esta abordagem para priorizar alvos para espectroscopia detalhada para identificar os planetas que apresentam superfícies que podem abrigar formas de vida extremas na Terra”, explica Hedge. “Você faz isto plotando o filtro azul-verde (eixo x) versus o filtro azul-vermelho (eixo y). Separando a luz de um planeta hipotético com a superfície coberta por material que pode abrigar extremófilos na Terra nos três compartimentos de filtros, descobrimos que estes planetas caem em uma banda compacta quando se plota um diagrama cor-cor.”

Reconhecendo que certa cor se iguala a um tipo particular de habitat, uma investigação detalhada poderia buscar por sinais de vida naquele habitat. Por exemplo, endolitos são conhecidos por viver dentro de arenitos, então a detecção de arenito poderia indicar um habitat para extremófilos. Os diagramas cor-cor também mostram que certos ambientes se agrupam juntos. Neve e sal possuem cores similares e outro grupo é composto de areia, biofilme e liquens. A quantidade de água presente em um planeta relativa ao ambiente extremo irá mover seu lugar no digrama cor-cor. Como a atmosfera da Terra antiga era anaeróbica, ou destituída de oxigênio, os cientistas também construíram diagramas que incluem ambientes de organismos anaeróbicos.

Limitação da Luz

Líquen é uma visão familiar em rochas, mas ele pode também habitar áreas inóspitas como desertos quentes. Crédito: Wikipedia Commons

A técnica cor-cor tem suas limitações. Se um planeta é completamente encoberto por nuvens, então nenhuma feição de superfície será visível. No entanto, se os sinais de luz forem de qualidade bem alta, então é possível que algumas nuvens possam ser artificialmente removidas.

As cores específicas usadas para identificar organismos na margem da clorofila irá mudar ao redor de outros tipos de estrelas, tornando-se difícil de usar esta técnica. Este estudo apenas procurou por planetas como a Terra ao redor de estrelas como o Sol. No entanto, uma estrela mais quente que o Sol emitirá a maior parte de sua energia em um baixo comprimento de onda. Isto pode resultar em uma “margem azul” de clorofila, quando as plantas refletem a radiação de alta energia para protegerem a si mesmas.

Conquanto alguns exoplanetas já foram imageados diretamente, ainda não é possível ver a luz de planetas semelhantes à Terra. Sua presença é inferida indiretamente, por exemplo, a missão Kepler da NASA pode detectar planetas semelhantes à Terra pela quantidade de luz estelar que eles bloqueiam quando passam em frente de suas estrelas hospedeiras. O uso de filtros de fotometria e o diagrama cor-cor serão provavelmente o primeiro passo tomado quando a detecção direta se tornar possível e então serão um importante passo para encontrar vida extremófila em exoplanetas.

A pesquisa foi apresentada na oficina EANA na Suécia e o artigo pode ser encontrado aqui: http://arxiv.org/abs/1209.4098

This story was originally published in English.

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