Quando os astrônomos procuram planetas que possam ter água líquida em sua superfície, eles começam observando a zona habitável de uma estrela. A água é um ingrediente essencial para a vida, e se um planeta está muito próximo de sua estrela, a água em sua superfície pode “ferver”; ou, se estiver muito distante, ela pode congelar. Essa zona habitável marca a região intermediária.
Mas estar nesse ponto ideal não significa automaticamente que um planeta seja hospitaleiro para a vida. Outros fatores, como se o planeta é geologicamente ativo ou tem processos que regulam os gases em sua atmosfera, também desempenham um papel importante.
A zona habitável fornece um guia útil para procurar sinais de vida em exoplanetas — planetas fora do nosso Sistema Solar, que orbitam outras estrelas. Mas o que há na atmosfera desses planetas contém a próxima pista sobre se existe água líquida — e possivelmente vida — além da Terra.
Na Terra, o efeito estufa, causado por gases como dióxido de carbono e vapor de água, mantém o planeta quente o suficiente para a água líquida e a vida como a conhecemos. Sem atmosfera, a temperatura da superfície da Terra seria em média cerca de -18 graus Celsius, muito abaixo do ponto de congelamento da água.
Os limites da zona habitável são definidos pela quantidade de “efeito estufa” necessária para manter as temperaturas da superfície que permitem a persistência da água líquida. É um equilíbrio entre a luz solar e o aquecimento atmosférico.
Muitos cientistas planetários, incluindo eu, estão buscando entender se os processos responsáveis pela regulação do clima da Terra estão operando em outros mundos da zona habitável. Usamos o que sabemos sobre a geologia e o clima da Terra para prever como esses processos podem aparecer em outros lugares, e é aí que entra minha experiência em geociências.
Por que a zona habitável?
A zona habitável é uma ideia simples e poderosa, e por um bom motivo. Ela fornece um ponto de partida, direcionando os astrônomos para onde eles podem esperar encontrar planetas com água líquida, sem precisar saber todos os detalhes sobre a atmosfera ou a história do planeta.
Sua definição é parcialmente baseada no que os cientistas sabem sobre os vizinhos rochosos da Terra. Marte, que fica logo fora do limite externo da zona habitável, mostra evidências claras de rios e lagos antigos onde a água líquida já fluiu.
Da mesma forma, Vênus está atualmente muito perto do Sol para estar dentro da zona habitável. No entanto, algumas evidências geoquímicas e estudos de modelagem sugerem que Vênus pode ter tido água no passado, embora ainda não se saiba com certeza quanto e por quanto tempo.
Esses exemplos mostram que, embora a zona habitável não seja um indicador perfeito de habitabilidade, ela fornece um ponto de partida útil.
Processos podem indicar habitabilidade
O que a zona habitável não faz é determinar se um planeta pode manter condições habitáveis por longos períodos de tempo. Na Terra, um clima estável permitiu que a vida surgisse e persistisse. A água líquida pôde permanecer na superfície, dando tempo suficiente para reações químicas lentas construírem as moléculas da vida e permitirem que os primeiros ecossistemas desenvolvessem resiliência para mudar, o que reforçou a habitabilidade.
A vida surgiu na Terra, mas continuou a remodelar os ambientes em que evoluiu, tornando-os mais propícios à vida.
Essa estabilidade provavelmente se desenvolveu ao longo de centenas de milhões de anos, à medida que a superfície do planeta, os oceanos e a atmosfera trabalhavam juntos como parte de um sistema lento, mas poderoso para regular a temperatura da Terra.
Uma parte fundamental desse sistema é a forma como a Terra recicla o carbono inorgânico entre a atmosfera, a superfície e os oceanos ao longo de milhões de anos. O carbono inorgânico refere-se ao carbono ligado aos gases atmosféricos, dissolvido na água do mar ou preso em minerais, em vez de material biológico. Esta parte do ciclo do carbono atua como um termostato natural. Quando os vulcões liberam dióxido de carbono na atmosfera, as moléculas de dióxido de carbono retêm o calor e aquecem o planeta. À medida que as temperaturas aumentam, a chuva e as intempéries retiram o carbono do ar e o armazenam nas rochas e nos oceanos.
Se o planeta esfria, esse processo fica mais lento, permitindo que o dióxido de carbono, um gás de efeito estufa causador do aquecimento, se acumule novamente na atmosfera. Essa parte do ciclo do carbono ajudou a Terra a se recuperar das eras glaciais do passado e a evitar o aquecimento descontrolado.
Mesmo com o Sol gradualmente ficando mais brilhante, esse ciclo contribuiu para manter as temperaturas na Terra dentro de uma faixa em que a água líquida e a vida podem persistir por longos períodos.
Agora, os cientistas estão se perguntando se processos geológicos semelhantes podem ocorrer em outros planetas e, em caso afirmativo, como eles poderiam detectá-los. Por exemplo, se os pesquisadores pudessem observar um número suficiente de planetas rochosos nas zonas habitáveis de suas estrelas, eles poderiam procurar um padrão que conectasse a quantidade de luz estelar que um planeta recebe e a quantidade de dióxido de carbono em sua atmosfera. Encontrar esse padrão pode sugerir que o mesmo tipo de processo de ciclo do carbono poderia estar ocorrendo em outros lugares.
A mistura de gases na atmosfera de um planeta é moldada pelo que está acontecendo em sua superfície ou abaixo dela. Um estudo mostra que medir o dióxido de carbono atmosférico em vários planetas rochosos poderia revelar se suas superfícies estão divididas em várias placas móveis, como a da Terra, ou se suas crostas são mais rígidas. Na Terra, essas placas em movimento impulsionam o vulcanismo e o intemperismo das rochas, que são fundamentais para o ciclo do carbono.
De olho em atmosferas distantes
O próximo passo será obter uma perspectiva em nível populacional dos planetas nas zonas habitáveis de suas estrelas. Ao analisar dados atmosféricos de muitos planetas rochosos, os pesquisadores podem procurar tendências que revelem a influência de processos planetários subjacentes, como o ciclo do carbono.
Os cientistas poderiam então comparar esses padrões com a posição de um planeta na zona habitável. Isso lhes permitiria testar se a zona prevê com precisão onde as condições habitáveis são possíveis ou se alguns planetas mantêm condições adequadas para água líquida além dos limites da zona.
Esse tipo de abordagem é especialmente importante dada a diversidade de exoplanetas. Muitos exoplanetas se enquadram em categorias que não existem em nosso Sistema Solar — como super-Terras e mini-Netunos. Outros orbitam estrelas menores e mais frias que o Sol.
Os conjuntos de dados necessários para explorar e compreender essa diversidade estão prestes a surgir. O futuro Observatório de Mundos Habitáveis (Habitable Worlds Observatory, no original em inglês) da Nasa será o primeiro telescópio espacial projetado especificamente para procurar sinais de habitabilidade e vida em planetas que orbitam outras estrelas. Ele irá captar imagens diretas de planetas do tamanho da Terra em torno de estrelas semelhantes ao Sol para estudar suas atmosferas em detalhes.
Os instrumentos do observatório analisarão a luz estelar que passa por essas atmosferas para detectar gases como dióxido de carbono, metano, vapor de água e oxigênio. À medida que a luz estelar é filtrada pela atmosfera de um planeta, diferentes moléculas absorvem comprimentos de onda específicos da luz, deixando para trás uma impressão digital química que revela quais gases estão presentes. Esses compostos oferecem insights sobre os processos que moldam esses mundos.
O Observatório de Mundos Habitáveis está em desenvolvimento científico e de engenharia ativo, com um potencial lançamento previsto para a década de 2040. Combinado com os telescópios atuais, que são cada vez mais capazes de observar atmosferas de mundos do tamanho da Terra, os cientistas poderão em breve determinar se os mesmos processos planetários que regulam o clima da Terra são comuns em toda a galáxia ou exclusivos de nosso planeta.
