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out 24

Sobre as atmosferas dos exoplanetas, o que sabemos? E o que não sabemos?

O que acontece na atmosfera de um mundo gravitacionalmente amarrado na zona habitável de uma anã vermelha? Há um trabalho sólido que sugere através de simulações que há condições de habitabilidade a existir por lá, mas também é verdade que estamos na fase inicial das investigações e ainda não temos exemplos concretos para trabalharmos. Tirar conclusões precipitadas é sempre perigoso, principalmente quando estamos falando sobre detalhes da circulação atmosférica em um exoplaneta que ninguém jamais observou diretamente.

Representação artística que ilustra o exoplaneta Gliese 581 g. Crédito: NASA/Lynette Cook

Representação artística que ilustra o exoplaneta Gliese 581 g. Crédito: NASA/Lynette Cook

Vamos tomar, por exemplo, o recente caso de Gliese 581g, supondo que este exoplaneta realmente exista (há controvérsias quanto a isso, ou seja, a descoberta de Gliese 581g ainda carece de uma confirmação independente, veja a situação aqui na enciclopédia de exoplanetas), podemos colocá-lo na  zona de temperatura que favoreça a vida. Há um fato que não sabemos, entretanto, se estamos falando aqui de um mundo aquático coberto inteiramente com profundo oceano, um exoplaneta que migrou de uma região além da linha do gelo[1] para sua posição atual. Por outro lado, se até mesmo supormos que Gliese 581g seja um exoplaneta rochoso, com uma atmosfera substancial, nossas simulações da circulação atmosférica apenas representam o melhor que conhecemos. Isso é apenas o início deste jogo e devemos esperar surpresas.

 

Impressão artística mostra a área mais aquecida do exoplaneta Upsilon Andromedae b, que não reside na área sempre voltada para sua estrela, como era de se esperar em sistemas gravitacionalmente amarrados. Inexplicavelmente a mancha quente se situa 80 graus de longitude afastada da região mais próxima da estrela. Os astrônomos estão 'coçando suas cabeças' para resolver este enigma. Crédito: NASA/JPL

Impressão artística mostra a área mais aquecida do exoplaneta Upsilon Andromedae b, que não reside na área sempre voltada para sua estrela, como era de se esperar em sistemas gravitacionalmente amarrados. Inexplicavelmente a mancha quente se situa 80 graus de longitude afastada da região mais próxima da estrela. Os astrônomos estão ‘coçando suas cabeças’ para resolver este enigma. Crédito: NASA/JPL

Uma lição de um “Júpiter-quente”

Um exemplo instrutivo é o caso do exoplaneta Upsilon Andromeda b, que, embora não esteja obviamente em uma região habitável (reside em uma órbita tipo ‘Júpiter-quente’, amarrado gravitacionalmente a sua estrela, um sol da classe F, com um curto período de 4,6 dias), gerou informações úteis sobre as condições da sua própria atmosfera. A noção presumida de que um exoplaneta “preso gravitacionalmente” deverá ter a sua região mais quente no centro da face voltada para seu sol tornou-se falsa, a discrepância observada neste sistema é notável.. As observações recentes através do Telescópio Espacial Spitzer nos informam que ‘ponto quente’ em Upsilon Andromedae b está desviado de 80º de longitude da posição do exoplaneta mais próxima da estrela ou seja, está ao lado do exoplaneta. O local mais quente não é a área voltada para a sua estrela!

Ian Crossfield, principal autor do artigo, declarou sobre a descoberta em Upsilon Andromeda b:

“Nós realmente não esperávamos encontrar um ponto quente com tão grande deslocamento. Está claro que nós entendemos até menos ainda sobre a energética atmosfera de Júpiter quente do que antes pensávamos.”

O cenário encontrado em Upsilon Andromedae b é, portanto, um sinal de advertência, sobre os perigos dos excessos de extrapolações. Devemos considerar a ciência atmosférica de um exoplaneta, em todo caso, como uma disciplina ainda ‘recém-nascida’. Além das simulações atmosféricas em exoplanetas orbitando anãs vermelhas (Joshi, Haberl e Reynolds na NASA Ames Center fizeram o primeiro trabalho sobre isso em um artigo de 1997, na Icarus), temos nos concentrado quase inteiramente no estudo de Júpiteres quentes, usando seus trânsitos quando disponíveis para conhecer suas composições atmosféricas. Nós já encontramos água, metano, dióxido de carbono e monóxido de carbono em suas atmosferas, em uma série notável de investigações.

PIA13493 - exoplaneta Upsilon Andromedae b - a curva de calor medida pelo Spitzer mostrou onde fica a região quente deste exoplaneta, deslocada 80° da posição onde teoricamente deveria residir. Crédito: NASA/JPL/Caltech

PIA13493 – exoplaneta Upsilon Andromedae b – a curva de calor medida pelo Spitzer mostrou onde fica a região quente deste exoplaneta, deslocada 80° da posição onde teoricamente deveria residir. Crédito: NASA/JPL/Caltech

O observatório Spitzer mediu a luz total do exoplaneta Upsilon Andromedae b e sua estrela na faixa do espectro do infravermelho e descobriu uma distribuição de temperatura incomum. O sistema torna-se mais brilhante quando o exoplaneta está ao lado da estrela visto da Terra, e não quando ele está por trás da estrela, mostrando seu lado voltado para seu sol (Upsilon Andromedae b não realiza trânsito). Compete aos especialistas teóricos buscar uma solução para este último enigma atmosférico. Nas razões estão propostas desde as interações magnéticas exoplaneta versus estrela até os efeitos dos ventos supersônicos, mas suspeita-se que iremos em breve ouvir sobre novas possibilidades.

O perigo de se presumir prematuramente

Vamos voltar para a questão do exoplaneta orbitando uma anã vermelha. Temos que ser cautelosos ao fazer suposições tanto sobre o ainda não-confirmado exoplaneta Gliese 581g quanto sobre qualquer outro exoplaneta a ser descoberto orbitando na zona habitável de uma anã vermelha. Podemos ser até otimistas, mas há cenários com possibilidades que ainda desconhecemos. Suponhamos então que Gl 581 g seja, na verdade, um exoplaneta oceânico. O artigo escrito por Timothy Merlis e Schneider Tapio (Caltech) oferece resultados encorajadores sobre exoplanetas oceânicos bloqueados gravitacionalmente com temperaturas moderadas e uma super-rotação de sua atmosfera que mantém um clima ameno (curiosamente, neste estudo, as partes mais frias do exoplaneta são os pólos e não o ponto anti-estelar).

Cautela é o que nos resta…

É possível que um mundo rochoso na zona habitável seja igualmente moderado em suas temperaturas? Os seus padrões de precipitação iriam seguir as regras sugeridas por Merlis e Schneider para um mundo aquático? Podemos especular tudo o que quisermos sobre o ciclo hidrológico e assim por diante, mas é o encontro entre a teoria (e as simulações) com os dados observacionais que abastece o desenvolvimento cientifico, já que hoje só temos um caso conhecido, o de Upsilon Andromedae b. Até o dia em que tivermos coletado uma coleção de observações sobre exoplanetas amarrados gravitacionalmente a anãs vermelhas (além dos dados indiretos onde aparecem inseridos como fantasmas nas detecções pelo método de velocidade radial), a cautela contínua ao inferir sobre sua habitabilidade deve nortear as nossas estimativas.

Nota

[1] Em ciências planetárias, linha de congelamento (frost line), linha de neve (snow line) ou linha do gelo (ice line), são conceitos associados a uma distância especifica na proto-nebulosa solar a partir da proto-estrela central onde o ambiente se torna frio o suficiente para que os compostos de hidrogênio (água, amônia e metano) se condensem em grãos sólidos de gelo. Dependendo da densidade, tal temperatura foi estimada em cerca de 150 K. Em nosso Sistema Solar a linha de neve reside na distância de 2,7 UA do Sol, próxima ao meio do cinturão de asteróides. O termo se origina da noção de “linha de congelamento” em ciências do solo.

Fontes

  1. Centauri Dreams: Exoplanet Atmospheres: What We Don’t Know
  2. NASA/JPL: Astronomers Find Weird, Warm Spot on an Exoplanet

Artigos Científicos

  1. O artigo assinado por Merlis e Schneider com o título “Atmospheric dynamics of Earth-like tidally locked aquaplanets” publicado em ArXiv.org.
  2. O artigo sobre o exoplaneta Upsilon Andromedae b, assinado por Crossfield et al., intitulado “A New 24 micron Phase Curve for Upsilon Andromedae b”, foi publicado no The Astrophysical Journal.

6 comentários

3 menções

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  1. Guilherme.

    Ricardo, excelente trabalho o seu, nos trazendo matérias interessantes e didaticas quase diariamente.

    Sobre o planeta Gliese 581g, sabe-se que a variação de luminosidade da estrela é extremo, sabemos que não há estudos sobre os impactos de tal fenomeno no planeta, mas é possível que este fator torne o planeta inviável em termos de habitabilidade?

    1. ROCA

      Concordo plenamente, Gliese 581 é uma anã vermelha, uma flare-star. Vide item 3, abaixo…

      Eu não diria que a vida seja impossível, mas os problemas enfrentados pela vida em Gliese 581g (se ele existir) são muito diferentes dos que enfrentamos aqui na Terra, vejamos:

      1- Gliese 581 é uma anã vermelha que emite principalmente nas faixa do vermelho e infravermelho. Será factível a fotossíntese em Gliese 581g? Como seria a cor das folhas? Negras? Como trabalharia a clorofila?
      2- Gliese 581g está próximo demais de sua estrela e fica em rotação sincrônica. Como isso restringe a vida? Haveria vida no lado escuro e frio? E no lado sempre banhado pelo seu sol? e na faixa limite?
      3- Gliese 581 é uma anã vermelha e as anãs vermelhas são famosas pelas suas instabilidades. Muitas delas se comportam como ‘flare-stars’ onde, em questão de minutos, aumentam sua luminosidade repentinamente, aumentando 40% a 50%… como os seres conseguiriam sobreviver a uma variação tão brusca de radiação?
      4- Gliese 581g é uma super-terra. Desconhecemos os padrões deste tipo de exoplanetas… são eles rochosos com oceanos (como a Terra)? são eles meramente oceânicos? há superfície sólida? sua atmosfera é muito mais densa e opaca? Está coberto de nuvens tal que suas superfície estaria sempre ‘nas trevas’? Fotossíntese é factível em um mundo coberto eternamente por nuvens? Há água e precipitações?
      Todas essas e muitas, muitas outras são difíceis questões a responder.

      Veja: http://eternosaprendizes.com/2009/12/14/podem-as-super-terras-serem-superiores-para-hospedar-a-vida/

  2. ed

    Realmente, o elogio é muito oportuno, visto que frequentemente acesso este espaço e, meu consolo é que talvez seja o pecado de muitos, nunca me lembrei de agradecer o autor.
    A constar: quase que diariamente dou uma visitada.

    1. ROCA

      São vocês que nos animam a continuar.
      Muito obrigado, em meu nome e também dos demais colaboradores de eternos aprendizes.
      [ROCA]

  3. Erulos

    Prezado amigo
    Acompanho este blog e cada vez mais me surpreendo com a sua didática, com os temas muito muito interessantes e pela sua constante atualização e apenas hoje me lembrei que nunca lhe agradeci pela sua iniciativa e por estes pedaçinhos de conhecimento que compartilha conosco.. Muito obrigado!

    1. ROCA

      Obrigado pelo comentário.
      Lembre-se que retornar diariamente aqui também é uma forma de reconhecimento. Volte sempre, Erulos!

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    Construção do novo Rover da NASA transmitido em directo…

    Gostei muito do artigo, parabéns. Adicionei um Trackback directamente para o meu Bolg. ;)…

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