O que pode indicar vida em outro planeta? – Ars Técnica

Em junho, os astrónomos relataram uma descoberta decepcionante: o Telescópio Espacial James Webb não conseguiu encontrar uma atmosfera espessa em torno do planeta rochoso TRAPPIST-1 C, um exoplaneta localizado num dos sistemas planetários mais excitantes para a procura de vida alienígena.

Esta descoberta surge na sequência de notícias semelhantes sobre o planeta vizinho TRAPPIST-1 B, outro planeta do sistema TRAPPIST-1. A sua fraca estrela vermelha alberga sete mundos rochosos, alguns dos quais estão na zona habitável, a uma distância da sua estrela onde água líquida poderia existir nas suas superfícies e a vida de outro mundo poderia florescer.

O que seria necessário para descobrir que a vida, se ela existe, não é uma questão nova. Mas graças ao Telescópio Espacial James Webb, finalmente é prático. Nos próximos anos, o telescópio poderá espiar as atmosferas de muitos planetas promissores que orbitam estrelas distantes. Os primeiros indícios de vida fora do nosso sistema solar podem estar escondidos na química dessas atmosferas. Isto apresenta um problema espinhoso: o que constitui a verdadeira assinatura química da vida?

“Estamos a tentar obter muito pouca informação sobre um planeta e chegar a uma conclusão que pode ser muito profunda, mudando a nossa visão do universo inteiro”, diz o cientista planetário Joshua Krisansen Toton, da Universidade de Washington.

Para detectar tal bioassinatura, os cientistas devem encontrar formas inteligentes de trabalhar com a informação limitada que conseguem recolher através da observação de exoplanetas.

Produtos químicos em contexto

Mesmo os telescópios mais poderosos, incluindo o Telescópio Espacial James Webb, nunca vêem exoplanetas – e em geral, os astrónomos conhecem estes mundos distantes apenas pelo brilho das suas estrelas.

Em vez de observar os planetas diretamente, os astrónomos apontam os seus telescópios para as estrelas e esperam que os planetas “trânsito”, ou passem entre o seu sol e o telescópio. À medida que o planeta transita, um pouco de luz estelar é filtrada pela sua atmosfera e a estrela escurece em determinados comprimentos de onda, dependendo dos produtos químicos na atmosfera. As quedas e picos resultantes no brilho da estrela lembram o código de barras químico do planeta que passa.

Talvez a maneira mais intuitiva de Procure a bio-assinatura Nesse código de barras, procura-se um gás que foi claramente produzido pela vida. Há algum tempo, os cientistas pensam que o oxigênio, que é abundante na Terra devido à fotossíntese, serve como uma bioassinatura independente. Mas o oxigénio pode surgir de outros processos: a luz solar pode decompor a água na atmosfera de um planeta, por exemplo.

Este problema não se limita ao oxigénio, pois a maioria dos gases produzidos pelos organismos vivos também pode surgir sem vida. Assim, em vez de tratar os gases individuais como bioassinaturas em si, os cientistas hoje tendem a observá-los no contexto.

O metano, por exemplo, pode ser produzido com e sem vida. Isso não seria uma bioassinatura convincente por si só. Mas encontrar metano e oxigênio juntos “seria muito emocionante”, diz o cientista planetário Robin Wordsworth, da Universidade de Harvard. É muito difícil produzir esta mistura sem vida. Da mesma forma, um trabalho recente de Krisansen-Toton e colegas mostrou que encontrar metano com as quantidades certas de outros gases, como o dióxido de carbono, Seria difícil explicar isso sem vida.

Observar como a atmosfera de um exoplaneta muda ao longo do tempo também pode fornecer um contexto valioso que pode melhorar bioassinaturas fracas. Mudanças sazonais na concentração de ozônio, por exemplo, Pode ser a marca da vidaComo os cientistas relataram em 2018.

Surpresas, não suposições

É claro que “se procuramos gases individuais, como o oxigénio ou o metano, isso envolve fazer suposições sobre que tipo de vida existe noutros lugares”, diz Krisansen-Totton. Portanto, alguns cientistas estão desenvolvendo bioassinaturas agnósticas que não assumem que a bioquímica alienígena seria como a bioquímica da Terra.

Uma possível bioassinatura agnóstica é o grau de “surpresa” química presente na atmosfera de um exoplaneta, o que os cientistas chamam de desequilíbrio químico.

Uma atmosfera próxima do equilíbrio seria quimicamente desinteressante, um pouco como um frasco de gás fechado num laboratório. É claro que não existe planeta tão monótono quanto um frasco de laboratório. As reações químicas na atmosfera de um planeta podem derivar a sua energia das suas estrelas, e os processos geológicos, como a atividade vulcânica, podem aumentar o desequilíbrio, aumentando assim a surpresa química da atmosfera.

A vida também pode desequilibrar os planetas. Supondo que a vida alienígena produza algum tipo de gás, ela poderia desequilibrar a atmosfera do planeta muito mais do que seria de outra forma. No entanto, o desequilíbrio por si só “não é um indicador inequívoco”, afirma Krisansen-Totton.

Em 2016, ele e seus colegas calcularam a temperatura Desequilíbrio atmosférico De todos os planetas do sistema solar e da lua de Saturno, Titã. Por esta medida, a atmosfera da Terra emergiu como extrema, mas apenas se os oceanos fossem incluídos nos cálculos. Ignorando suas interações com o oceano, a atmosfera da Terra é na verdade… mais perto Para equilibrar a atmosfera de Marte.

No entanto, mesmo que não indique biologia, encontrar a atmosfera de um exoplaneta fora de equilíbrio diria aos astrónomos que… algo Há algo interessante aqui, algo que “muda a atmosfera de uma forma dramática que precisamos compreender”, diz Krisansen-Toton.

David Kenny, filósofo da ciência da Universidade de Yale, trabalhou recentemente com o biofísico Chris Kemps, do Instituto Santa Fé, para desenvolver um novo método. Detecção de potenciais bioassinaturas agnósticas. É uma ideia aparentemente simples: para encontrar vida, procure os planetas mais estranhos.

Se não forem feitas suposições sobre como seria a vida alienígena, praticamente qualquer gás poderia ser uma bioassinatura no contexto certo. Em 2016, a astrofísica do MIT Sarah Seager e seus colegas propuseram uma lista de: Cerca de 14.000 moléculas a serem considerados como potenciais bioassinaturas. Kenny e Kemps desenvolveram seu método de avaliação usando essa lista de compostos, combinada com métodos inspirados em algoritmos de aprendizado de máquina projetados para reconhecer imagens individuais na coleção. Isto levou a uma forma de quantificar e registar a “estranheza” da atmosfera hipotética de um exoplaneta em comparação com uma série de outras atmosferas hipotéticas.

Kenny e Kemps argumentam que quanto mais exótica for a atmosfera de um grupo, maior será a probabilidade de ele abrigar vida. Isto baseia-se em alguns pressupostos básicos: a vida no universo é rara, deixa vestígios nas atmosferas planetárias e esses vestígios são difíceis de replicar sem vida. É claro que estas suposições podem revelar-se erradas, diz Kenny. “Se não fizéssemos quaisquer suposições, penso que seria muito difícil fazer qualquer tipo de progresso científico, muito menos num campo tão incerto como este”, acrescenta.

Primeiro, eles mudam vidas

Para reduzir esta incerteza, os cientistas precisarão ser capazes de descartar com segurança explicações inanimadas para qualquer bioassinatura potencial. Isso requer uma compreensão abrangente da astrogeologia e da química atmosférica. Portanto, em vez de se concentrarem na questão de saber se um planeta é habitável, alguns cientistas acreditam que estudar planetas sem vida aumentará a procura por vida alienígena.

“Há muitas coisas fundamentais que penso que precisamos de aprender sobre os planetas primeiro, antes de podermos começar a colocar a questão da habitabilidade”, diz Laura Kreidberg, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha, que é co-autora de um novo artigo com Wordsworth. Visão geral da astronomia de exoplanetas rochosos Na Revisão Anual de Astronomia e Astrofísica de 2022.

Uma grande questão é se os potenciais planetas rochosos que o Telescópio Espacial James Webb pode observar teriam mesmo atmosferas. As únicas estrelas cujos planetas estão na zona habitável ao alcance do telescópio são as anãs vermelhas, como a TRAPPIST-1. Estas estrelas têm o mau hábito de emitir radiação intensa que muitos cientistas acreditam que irá inevitavelmente destruir a atmosfera de quaisquer planetas habitáveis, o que pode explicar a escassa ou inexistente atmosfera de TRAPPIST-1 B e TRAPPIST-1 C.

As estrelas anãs vermelhas também são as mais comuns na Via Láctea, por isso, se os seus planetas rochosos não conseguirem manter uma atmosfera, isso reduzirá o número de mundos potencialmente habitáveis.

Se pudermos notar o suficiente Exoplanetas rochosos“Estaremos numa posição muito mais forte para compreender o que significa uma bioassinatura”, diz Wordsworth. “Uma das coisas poderosas que os exoplanetas nos oferecem são as estatísticas.”

A palavra “bioassinatura” pode gerar evidências convincentes. Mas, diz Krisansen-Totton, “a detecção de vida em exoplanetas será uma acumulação gradual de evidências”.

À medida que esta evidência continua a surgir, os cientistas podem começar a testar rigorosamente, e talvez reavaliar, as suas hipóteses sobre planetas rochosos.

“A astronomia é, em sua essência, uma ciência de descoberta”, diz Kreidberg. “Apesar de todos os nossos melhores planos, estruturas e sistemas, quando começamos a obter dados e monitorar as coisas, tudo vira de cabeça para baixo.”

Elise Katz é uma daquelas ex-cientistas que percebeu que escrever sobre pesquisa é mais divertido do que fazê-la. Ela mora em Graz, Áustria. Encontre-a @elisecutts. Este artigo apareceu originalmente em Revista Conhecimento, um empreendimento jornalístico independente de análises anuais. Inscreva-se para as notícias.