Um primo distante da Terra

Há pouco mais de 20 anos, a existência de planetas fora do nosso Sistema Solar orbitando em volta de outras estrelas, também chamados de planetas extrassolares ou exoplanetas, não passava de conjectura. O astrônomo Frank Drake, um dos pioneiros do Projeto Seti (em inglês, Search for Extra Terretrial Intelligence), postulou em 1961 uma famosa equação que leva seu nome, onde, entre outras coisas, previa que metade das estrelas da nossa galáxia hospedaria pelo menos um planeta com condições para desenvolver vida.

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Leia atividade de Física inspirada neste texto
Competências: Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais
Habilidades: Relacionar procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. Avaliar métodos das ciências naturais que contribuam para detectar a existência de planetas fora do nosso Sistema Solar
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1) Com exceção de poucos casos específicos, planetas extrassolares não são observados diretamente. Eles são detectados indiretamente medindo-se o efeito que a sua presença causa nas estrelas que os hospedam. Peça para os alunos pesquisarem os diferentes métodos de detecção de exoplanetas, fazendo uma breve descrição de cada um, enumerando as vantagens e desvantagens, e explicando o tipo de informação específica que cada método pode providenciar. Qual método permite determinar a massa e qual método permite determinar o tamanho?

2) A partir dos dados disponíveis no Open Exoplanet Catalogue, peça para os alunos escolherem três sistemas exoplanetários que possuam quatro ou mais planetas cada um, todos com tamanho (rádio) conhecido, e peça para desenharem esses sistemas em escala de tamanho e distância, comparando com o nosso sistema solar.[/bs_citem]

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Mais de 50 anos após as conjecturas de Drake, um grupo liderado pela astrônoma Elisa Quintana, da equipe do satélite Kepler da Agência Espacial Norte-Americana (Nasa), o mais avançado telescópio espacial já construído especificamente para detecção de exoplanetas, reportou a descoberta de um planeta em volta da estrela Kepler 186, a 500 anos-luz de distância de nós, na Constelação do Cisne. Esse planeta, denominado Kepler 186 f, tem quase o mesmo tamanho da Terra e está localizado na zona habitável da sua estrela hospedeira.

Esse longo caminho que os cientistas vêm percorrendo para tornar as conjecturas em realidade começou em 1992, quando o astrônomo Aleksander Wolszczan detectou dois planetas,  ao redor do pulsar PSR B1257+12, cada um sendo 1,5 vez maior do que a Terra, distante de nós 980 anos-luz, na Constelação de Virgem. Inicialmente, a descoberta foi contestada, principalmente porque um pulsar é uma estrela morta, o remanescente de uma gigantesca explosão de supernova, e não fica claro como esses planetas poderiam ter sobrevivido a tal catástrofe. Em todo caso, a forte radiação gama emitida pelo pulsar impediria a existência de qualquer tipo de vida nesses planetas.

Em 1995, os astrônomos Michel Mayor e Didier Queloz reportaram a descoberta de um planeta em volta da estrela 51 Pegasi, na Constelação de Pégaso. Diferentemente do pulsar de Wolszczan, essa estrela é muito semelhante ao nosso Sol e dista apenas 50 anos luz de nós. Por outro lado, o planeta descoberto, denominado 51 Pegasi b, é muito maior do que a Terra – ele é pouco menor que Júpiter e se localiza a uma distância da estrela dez vezes menor que a distância de Mercúrio ao Sol, sendo, portanto, demasiado massivo e quente. Com essas características, mais uma vez tornava-se inviável a existência de vida em tal planeta.

Mas, afinal, quais são as condições que um exoplaneta deve cumprir para ter a possibilidade de abrigar vida? A resposta a essa questão nos leva a introduzir o conceito de zona habitável ou ZH. A radiação emitida por uma estrela propaga-se pelo espaço e a sua intensidade diminui em forma proporcional ao inverso do quadrado da distância à estrela. Em outras palavras, quanto mais longe estivermos da estrela, menor será a temperatura que a sua radiação induzirá na superfície de um planeta.

Quando lidamos com estrelas normais, como é o caso das estrelas semelhantes ao Sol, é possível definir um intervalo de distâncias à estrela no qual a temperatura induzida é tal que possibilitaria a existência de água em estado líquido na superfície de um planeta. Como a água líquida é considerada fator preponderante para o surgimento e desenvolvimento da vida na forma em que a conhecemos, esse intervalo de distâncias é denominado zona habitável. A distâncias maiores da ZH as baixas temperaturas só permitiriam que a água na superfície de um planeta existisse em forma de gelo, enquanto a distâncias menores da ZH as temperaturas seriam tão altas que a água evaporaria.

No caso do nosso sistema solar, tanto a Terra quanto Marte se encontram dentro da ZH do Sol. A Terra encontra-se no limite interno da ZH, a 150 milhões de quilômetros do Sol, enquanto Marte está próximo da borda externa da ZH, a 225 milhões de quilômetros.

A localização da ZH varia de estrela para estrela. Em estrelas mais quentes que o Sol, a ZH está mais distante da estrela, e nas mais frias fica, obviamente, mais próxima – o conceito de quente e frio deve ser interpretado em termos da temperatura na superfície da estrela. O nosso Sol possui uma temperatura de 5,5 mil graus Celsius. Estrelas mais frias que o Sol podem ter temperaturas de até 2,5 mil graus, enquanto as mais quentes podem superar os 30 mil graus.

Devemos destacar, entretanto, que a existência da ZH em volta de uma estrela não implica necessariamente que ali exista água, e menos ainda vida. O melhor exemplo disto é o próprio planeta Marte. A ZH garante apenas que, se existisse água, ela estaria em estado líquido.

Também cabe destacar que a água poderia existir em estado líquido fora da ZH de uma estrela. De fato, a água poderia estar presa abaixo da superfície de um planeta, formando lagos ou oceanos subterrâneos. Nestes casos, o calor que mantém a água líquida não vem da radiação da estrela, mas do próprio interior do planeta. Em nosso Sistema Solar isso acontece, por exemplo, na lua de Júpiter, Europa, e na lua de Saturno, Encélado: ambos os corpos mostram evidência de abundante água líquida retida abaixo das grossas camadas de gelo que cobrem as suas superfícies.

Foi em 2007 que uma equipe liderada pelo astrônomo Stéphane Udry detectou um planeta em volta da estrela Gliese 581, distante de nós 20 anos luz, na constelação de Libra. Esse planeta, batizado de Gliese 581 d, resultou ser o primeiro exoplaneta localizado na ZH da sua estrela. Como Gliese 581 é uma estrela bem mais fria do que o nosso Sol, o planeta está a uma distância de apenas 30 milhões de quilômetros da estrela. A massa desse planeta é sete vezes maior que a da Terra, motivo pelo qual é considerado uma “superterra”. Se o Gliese 581 d fosse composto apenas de rocha, teria o dobro do tamanho da Terra. Mas, se fosse composto de um pequeno núcleo rochoso e um extenso envoltório gasoso, ele seria ainda maior, assemelhando-se aos planetas

Urano e Netuno. Entre esses dois extremos, o Gliese 581 d poderia ser ainda o que se denomina um “mundo de água”, composto de um núcleo rochoso coberto de uma grossa camada de água líquida, formando um oceano que cobriria toda a sua superfície e seria centenas de vezes mais profundo que os oceanos da Terra.

Após 2007, pelo menos outras seis superterras têm sido detectadas em ZH de estrelas, sendo esses exoplanetas os melhores candidatos conhecidos até o momento para ter a chance de abrigar algum tipo de vida.

Nesse contexto, a descoberta do Kepler 186 f torna-se muito significativa, pois ele é o primeiro planeta descoberto em uma ZH que não é uma superterra.

De fato, seu tamanho é apenas 10% maior que a Terra e a sua massa não deve ser superior a 1,5 vez à da Terra. Com essas características, sua composição deve ser basicamente rochosa, e ele poderia ter uma atmosfera tênue e abrigar oceanos de água semelhantes aos da Terra. Entretanto, é importante salientar que o único item que conhecemos de fato sobre esse planeta é o seu tamanho, pouco maior que a Terra, e a sua distância da estrela, 55 milhões de quilômetros, que o coloca na respectiva ZH. Nada sabemos sobre a sua composição ou sobre a presença de água ou atmosfera ou vida e, nesse sentido, o Kepler 186 f só pode ser considerado pelos astrônomos como primo distante da Terra.

O Kepler 186 f é o primeiro de muitos primos da Terra que os astrônomos esperam descobrir nos próximos anos, entre os quais poderá haver irmãos e até gêmeos da Terra. Previsões recentes feitas com base nos quase 1,8 mil exoplanetas descobertos até hoje e nas observações do satélite Kepler estimam que existam na nossa galáxia algo como 40 bilhões de planetas como esses, que poderiam potencialmente abrigar vida. Por mera coincidência, esse número não é muito diferente que o previsto pela equação de Drake, há mais de 50 anos.

*Astrônomo do Observatório Nacional

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Site (em inglês)
Open Exoplanet Catalogue –
www.openexoplanetcatalogue.com
Habitable Zone Gallery
www.hzgallery.org
NASA Planet Quest
http://planetquest.jpl.nasa.gov/
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