Vamos descobrir em breve uma exolua tal como a lua Pandora do filme Avatar?

Nesta concepção artística vemos um planeta gigante hipotético com uma enorme lua 'tipo-Terra' similar a exolua Pandora do filme Avatar. Pesquisas recentes mostram que se econtrarmos tal exolua na zona habitável de uma estrela próxima, o telescópio James Webb Space Telescope será capaz de estudar sua atmosfera e detectar gases importantes para a vida tais como o dióxido de carbono, o metano, o vapor d'-água e o oxigênio. Crédito: David A. Aguilar, CfA

O novo sucesso do cinema “Avatar” se passa em uma lua habitável e habitada chamada Pandora, que orbita o planeta fictício gigante gasoso Polyphemus no sistema real de Alfa Centauri.

Embora as luas que conseguem suportar a vida como Pandora ou a lua coberta de florestas de Endor (do filme Star Wars) sejam criações da ficção científica, os astrônomos estão ainda por descobrir as luas extrasolares (exoluas). Entretanto, a existência de exoluas tem relevância científica e os pesquisadores poderão em breve não só conseguir descobri-las como também analisar suas atmosferas buscando por sinais da presença de vida como a conhecemos, tais como a existência de oxigênio e de vapor d’-água.

“Se Pandora existisse, nós potencialmente poderemos detectá-la e estudar sua atmosfera nos próximos anos”, disse a astrofísica Lisa Kaltenegger do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, Massachusetts. EUA.

Os planetas gasosos do nosso sistema Solar têm muitas luas e se o mesmo padrão se mantém verdadeiro para os planetas alienígenas e suas exoluas em nossa galáxia, então “há uma pletora de habitats potenciais [a serem descobertos]”, afirmou Kaltenegger em entrevista para a SPACE.com.

Um paraíso tropical em uma exolua orbitando um exoplaneta tipo Saturno?

Na busca de luas alienígenas…

Até agora, as buscas por exoplanetas têm descoberto centenas de objetos do tamanho de Júpiter em uma faixa de órbitas ao redor de suas estrelas hospedeiras. Estes planetas gigantes são mais fáceis de se encontrar porque são enormes. Entretanto, esses mega-mundos não servem como lares para a vida como a conhecemos. Por outro lado, os cientistas têm especulado se exoluas rochosas orbitando exoplanetas gigantes gasosos poderiam ser hospitaleiras ao desenvolvimento da vida, se o exoplaneta estiver orbitando dentro da zona de habitação de sua estrela mãe, a região hipotética quente o suficiente para manter a existência prolongada da água líquida em sua superfície.

“Todos os gigantes gasosos em nosso sistema Solar têm luas rochosas e luas congeladas”, afirmou Kaltnegger. “Tal levanta a hipótese de que Júpiteres-alienígenas também possuam luas. Algumas destas podem até ser do tamanho da Terra e capazes de sustentar uma densa atmosfera”.

A missão Kepler

De fato, a missão Kepler da NASA, lançada em março de 2009, poderá encontrar luas alienígenas, as exoluas. Atualmente o time do Kepler está buscando por planetas alienígenas, os exoplanetas, que cruzam suas estrelas hospedeiras, eclipsando a luz estelar por uma quantidade ínfima, mas detectável. Este trânsito exoplanetário pode durar algumas horas e para serem vistos necessitam do perfeito alinhamento entre a estrela, seu exoplaneta e a nossa linha de visão.

“Antes não tínhamos encontrado uma maneira de detectar e separar a luz do exoplaneta e suas exoluas, uma vez que ambos estão tão juntos e o sinal do exoplaneta seria aproximadamente 100 vezes maior que o de sua exolua por causa de sua enorme superfície [em relação à de sua lua]”, disse Kaltenegger. “Mas agora nós conseguimos encontrar maneiras de como detectar sua presença!”.

A gravidade de uma exolua empurra seu exoplaneta acelerando ou freando seu trânsito pela sua estrela mãe, dependendo de como a lua está posicionada, ela explicou. As variações resultantes em cada intervalo de tempo irão indicar a presença da exolua. Além disso, quando a exolua passa entre a estrela e nós, esta fará o exoplaneta parecer ligeiramente mais tênue e esta é uma mudança que os cientistas também poderão possivelmente ser capazes de detectar.

Exolua massiva, de tamanho similar ao da Terra, orbitando um exoplaneta gigante gasoso.

Como investigar o céu da lua alienígena?

Uma vez encontrada a exolua, a próxima questão óbvia seria se a mesma tem ou não uma atmosfera consistente. Se ela tem os seus gases irão absorver uma fração da luz estelar durante o trânsito, deixando uma fugaz assinatura de sua composição química.

Uma lua de tamanho similar a Terra poderia ser estudada se as condições fossem favoráveis. Por exemplo, a separação entre a exolua e seu exoplaneta necessita ter o tamanho suficiente para que consigamos captar somente a exolua em trânsito, enquanto seu exoplaneta não está na frente da sua estrela em relação a nossa linha de visão.

Em um artigo submetido a Astrophysical Journal Letters, Kaltenegger calculou que Alfa Centauri A, a estrela mencionada no filme “Avatar”, seria o exemplo de um alvo excepcional que os cientistas poderiam vasculhar como o telescópio orbital de nova geração James Webb Space Telescope a ser lançado em futuro próximo.

“Alfa Centauri A é uma estrela brilhante bem próxima e muito semelhante ao nosso Sol, assim ela nos dá um sinal forte”, explicou Kaltenegger. “Você iria necessitar apenas alguns trânsitos para encontrar água, oxigênio, dióxido de carbono e metano em uma exolua ‘tipo Terra’, tal como Pandora [se existir]”.

Infelizmente, sabemos que Alfa Centauri A não possui um exoplaneta gigante [massivo como Saturno, Júpiter ou maior]. Ainda assim, “existem diversas estrelas próximas que tem exoplanetas gigantes”, disse Kaltenegger, “e alguns destes exoplanetas orbitam nas zonas habitáveis de suas estrelas, tornando-os sistemas potenciais ‘tipo-Pandora’.”

Para saber mais sobre o sistema tríplice Alfa Centauri e sua possibilidade de abrigar planetas leia: Poderá Alfa Centauri abrigar planetas tipo Terra em sua zona habitável?

O 'por-do-sol' em uma exolua oceânica. Crédito: Dan Durda

A zona dos ‘cachinhos dourados’

Embora Alfa Centauri nos ofereça possibilidades interessantes, as estrelas anãs vermelhas poderiam ser alvos melhores quando tentamos encontrar planetas ou luas candidatas a hospedar a vida. A zona habitável de uma anã vermelha é bem mais próxima da estrela, o que aumenta a chance de se detectar uma exoplaneta em trânsito.

Contudo, existe um dilema associado à zona de habitação de uma anã vermelha: o exoplaneta terá que estar tão próximo de sua estrela mãe que apresentará uma ressonância gravitacional que manterá preso a sua estrela, mostrando sempre a mesma face para a mesma, similar ao que acontece com a Lua em relação à Terra. Assim, um dos lados do exoplaneta amarrado gravitacionalmente iria ser definitivamente torrado pela luz constante de sua estrela enquanto que o outro lado estaria em noite eterna, em constante escuridão, recebendo potencialmente os ventos fortes advindos do lado sempre aquecido.

Exolua congelada orbitando um exoplaneta joviano por Dan Durda

As vantagens das exoluas

Por outro lado (boa notícia!), a exolua de um exoplaneta amarrado na zona de habitação de uma anã vermelha não sofreria de tal problema. A exolua seria gravitacionalmente ligada ao seu planeta e não à sua estrela. Mostrando a mesma face para o seu planeta a exolua teria um ciclo regular de dias e noites tal como a Terra. Sua atmosfera teria assim a possibilidade de contar com temperaturas moderadas e toda a superfície da exolua seria banhada pela luz do sol alienígena, habilitando a existência de plantas.

E tem muito mais! “As luas alienígenas orbitando exoplanetas gigantes gasosos podem ser mais aprazíveis e até mais habitáveis que as super-Terras ou planetas do tamanho da Terra amarrados gravitacionalmente [em anãs vermelhas]”, reforçou Kaltenegger. “Nós devemos certamente manter em nossas mentes que nosso objetivo final é encontrar a vida alienígena”.

A doce (!?) vida exolunar

Se há luas extrasolares candidatas a hospedar a vida, estas também deverão enfrentar uma gama de desafios para serem capazes de abrigar as criaturas-dragão que o filme “Avatar” nos mostrou.

Devemos também nos lembrar dos problemas trazidos pela presença próxima de um planeta gigante gasoso… Vejamos os efeitos nocivos que conhecemos nas luas de Júpiter e Saturno:

• As luas de Júpiter existem dentro de um intenso cinturão de radiação saturado de elétrons e íons capturados pelo intenso campo magnético do planeta gigante;
• As intensas forças gravitacionais de Saturno levaram a efeitos extraordinários de maré que podem eventualmente ter destroçado luas em potencial e produzido seus anéis;
• Até hoje, os efeitos de Saturno em sua enorme lua Titã, 400 vezes maior que o efeito de nossa Lua sobre a Terra, pode gerar erupções vulcânicas e fortíssimas marés.

Quando analisamos se uma exolua rochosa consegue suportar a vida como a conhecemos, Kaltenegger explicou que o primeiro passo é verificar se a exolua é massiva o suficiente para sustentar uma atmosfera consistente. Enquanto a nossa Lua é pequena demais para isto, a lua de Saturno Titã é massiva o suficiente para manter sua atmosfera. Por outro lado, o calor é um ponto de atenção quando se fala de sustentar os gases atmosféricos, lembrou Kaltenegger, “se você aquecer Titã a temperaturas similares as daqui na Terra, Titã perderia uma parte considerável de sua atmosfera atual”. “Assim, ser massivo é bom”, ela disse. A cientista notou que é desejável que a exolua tenha pelo menos um décimo da massa da Terra, conforme diversos estudos anteriores. Titã tem apenas 2,3% da massa da Terra e não preenche este requisito.

A magnetosfera é essencial

A seguir o próximo passo é saber se a exolua tem uma magnetosfera forte o suficiente para protegê-la dos ventos estelares de partículas, da radiação cósmica e da perigosa radiação de seu planeta hospedeiro, que poderiam erodir sua atmosfera. “Ganimedes é a maior lua do Sistema Solar e possui uma magnetosfera”, lembrou Kaltnegger (Ganimedes possui 2,5% da massa da Terra).

A força das marés

As marés em tais luas extrasolares seriam eventos muito fortes – “talvez um paraíso para os exosurfistas”, disse Kaltnegger. “Observando a lua Io de Júpiter, nós devemos esperar um grande potencial para um vulcanismos induzido pelas marés, principalmente se o exoplaneta possuir mais de uma exolua [de grande porte, como Júpiter]”.

Os céus nestas exoluas devem ser absolutamente dramáticos: “Eu especularia que teríamos uma aurora extraordinária a partir das interações entre o campo magnético da exolua e o da sua estrela e seu planeta”, falou a cientista. “As cores da aurora, é claro, dependeriam da composição química de sua atmosfera, mas devem conduzir a espetaculares shows luminosos nos céus da exolua”.

Em exoplanetas mais massivos, exoluas maiores!

Muitos dos exoplanetas já observados são bem mais massivos que Júpiter, o planeta mais massivo do sistema Solar. “O bom disto é que se temos um planeta mais massivo, as luas serão maiores também, aproximadamente, o que significa que são mais passíveis de sustentar atmosferas”, disse Kaltenegger. “Assim nós talvez encontremos situações interessantes onde exista um gigante gasoso com quatro exoluas totalmente habitáveis. Tal depende, novamente, da presença de magnetosferas e atmosferas próprias. Mas, de repente, nós abrimos oportunidades para encontrar habitats completamente inéditos, fascinantes, diferentes e potencialmente bem estranhos…

Fontes e referências

Space.com: Moons Like Avatar’s Pandora Could Be Found por Charles Q. Choi

Centauri Dreams: Detecting Habitable Exomoons

ArXiv.org:

• Characterizing Habitable Exo-Moons por L. Kaltenegger
• Pathways Towards Habitable Moons por David M. Kipping, Stephen J. Fossey, Giammarco Campanella, Jean Schneider, Giovanna Tinetti

Eternos Aprendizes:

• Poderá Alfa Centauri abrigar planetas tipo Terra em sua zona habitável?
• Como usar o observatório espacial Kepler para descobrir exoluas habitáveis?
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• Métodos propostos para detecção de exoluas