A “Terra 2.0" ideal será um planeta do tamanho da Terra e massa terrestre a uma distância similar Terra-Sol de uma estrela que é muito parecida com a nossa. Ainda temos que encontrar um mundo assim, mas estamos trabalhando duro para estimar quantos desses planetas podem existir na nossa galáxia. Com tantos dados à nossa disposição, é intrigante a variedade de estimativas. Créditos da imagem: NASA AMES/JPL-CALTECH/T. PYLE

Uma civilização alienígena classificaria a Terra como um planeta “interessante”?

Se eles nos vissem como éramos antes da recente revolução industrial, haveria alguma razão para se preocupar particularmente conosco?

Atenção! Esse é um texto traduzido, publicado originalmente na revista Forbes, e possui autoria do astrofísico Ethan Siegel. Confira a publicação original aqui.

Em todo o Universo, trilhões de galáxias podem ser vistas, cada uma contendo tipicamente bilhões e bilhões de estrelas. Aqui na Terra, a vida não apenas surgiu, prosperou e se tornou complexa e diferenciada, mas inteligente, tecnologicamente avançada e até espacial, em certo nível. Mas esses últimos avanços — levando-nos à era do espaço e da informação — são extremamente recentes e o espaço é enorme. Se uma civilização alienígena nos visse, pareceríamos interessantes da perspectiva deles? Tayte Taliaferro quer saber, perguntando:

Eu estava pensando na projeção da luz através do espaço. Minha cortina estava aberta e vi as estrelas e algo de um livro surgiu na minha cabeça. Dizia que as estrelas que vemos são basicamente reprises. A luz é de há muito tempo, nem sabemos se a estrela ainda existe ou não.

[…] Quaisquer sinais que enviamos, ou mudanças em nosso planeta que possam ser observadas para provar uma vida inteligente aqui, levariam bilhões de anos para alcançar qualquer coisa viva e capaz de responder! O que você acha?

Eu acho que essas são ótimas questões a serem ponderadas, e que a ciência tem muito a dizer sobre o que os alienígenas veriam olhando a Terra.

As órbitas dos oito principais planetas variam em excentricidade e a diferença entre periélio [momento em que a órbita da Terra está mais próxima do Sol] e afélio [momento em que a órbita da Terra está mais distante do Sol] em relação ao Sol. Não há razão fundamental para que alguns planetas sejam mais ou menos excêntricos que um ao outro; é simplesmente o resultado das condições iniciais das quais o Sistema Solar se formou. No entanto, as chances de um trânsito astronômico são muito maiores para um planeta interior como Mercúrio, que faz 4 desses trânsitos astronômicos a cada ano na Terra e tem quase 2% de chance de um bom alinhamento, do que qualquer um dos planetas externos, que levam mais tempo para transitar e têm chances muito menores de um alinhamento suficientemente bom. Créditos da imagem: NASA/JPL-CALTECH/R. HURT

Em nosso Sistema Solar, a Terra é um planeta rochoso com uma atmosfera fina que orbita nosso Sol chamada de zona habitável: a uma distância em que a água líquida, dada uma atmosfera semelhante à Terra, pode existir de forma estável na superfície do planeta. Marte e Vênus também podem estar nessa região do espaço, mas Vênus está atualmente muito quente e Marte é muito frio (e com uma atmosfera muito fina) para que a vida semelhante à Terra prospere lá.

Atualmente, nossos dois métodos mais prolíficos para encontrar planetas fora do Sistema Solar são:

1. o método de oscilação estelar [conhecido também como velocidade radial], em que um planeta em órbita puxa sua estrela hospedeira, fazendo-a oscilar ao longo da linha de visão do espectador e permitindo que os cientistas determinem o período e a massa do planeta (até a incerteza de sua orientação orbital), e
2. o método de trânsito astronômico, em que um planeta em órbita transita pela face de sua estrela hospedeira da perspectiva de um observador externo, periodicamente fazendo com que a estrela hospedeira diminua à medida que o disco do planeta bloqueia uma parte da luz da estrela.

O trânsito astronômico principal (à esquerda) e a detecção do exoplaneta mergulhando atrás da estrela hospedeira (à direita) do exoplaneta Kepler KOI-64. O principal declive de fluxo é como os trânsitos planetários são inicialmente encontrados; as informações adicionais ajudam o cientista a determinar propriedades além do raio e do período orbital. Créditos da imagem: LISA J. ESTEVES, ERNST J. W. DE MOOIJ E RAY JAYAWARDHANA, VIA HTTP://ARXIV.ORG/ABS/1305.3271

Se uma civilização alienígena suficientemente avançada estivesse examinando a Terra a uma grande distância, e nós estivéssemos na orientação certa para o nosso mundo transitar pela face do Sol da perspectiva deles, eles teriam razões extraordinárias para ter esperança de descobrir que nosso mundo era habitado.

É verdade: a luz só pode viajar a uma velocidade finita (a velocidade da luz), o que significa que mesmo as estrelas mais próximas só agora estão recebendo sinais do nosso planeta que foram emitidos anos ou décadas atrás. Estrelas mais distantes em nossa galáxia veem a Terra como a séculos ou milênios atrás, enquanto observadores em galáxias distantes nos veem como éramos há milhões ou bilhões de anos. Ainda assim, as assinaturas de que nosso planeta está habitado podem ser encontradas a alguns bilhões de anos-luz de distância, já que os alienígenas podem capturar um espectro da atmosfera da Terra sempre que ocorre um trânsito astronômico.

Esta é uma ilustração dos diferentes elementos no programa de exoplanetas da NASA, incluindo observatórios terrestres, como o Observatório WM Keck, e observatórios espaciais, como Hubble, Spitzer, Kepler, Satélite de Pesquisa de Exoplanetas em Trânsito [TESS, em inglês], telescópio espacial James Webb, Telescópio de Pesquisa de Infravermelho de Campo Amplo [WFIRST, em inglês] e missões futuras. O poder do TESS e James Webb combinados revelará as exoluas mais parecidas com a Lua até o momento, possivelmente até na zona habitável de suas estrelas, enquanto telescópios terrestres de 30 metros, como o WFIRST, e possivelmente um observatório espacial de última geração, como o LUVOIR ou o HabEx, é necessário para realmente encontrar o que a humanidade sonha há tanto tempo: um mundo habitado fora do nosso Sistema Solar. Créditos da imagem: NASA

Quando a Terra passa na frente do Sol (ou qualquer planeta passa na frente de sua estrela hospedeira), a luz das estrelas [pode] colidir com:

• a superfície da Terra simplesmente fica bloqueada, causando uma queda de fluxo anunciando a presença do planeta,
• nada, faltando inteiramente o planeta, simplesmente flui livremente da estrela para o observador, criando a luz de fundo,
• a atmosfera da Terra (mas não a superfície) passará amplamente, mas os átomos e moléculas presentes absorverão uma fração dessa luz.

A luz absorvida excitará os átomos ou moléculas com os quais colide, o que pode resultar em um traço de absorção ou emissão aparecendo no espectro atmosférico. Já usamos essa técnica para descobrir átomos como hidrogênio e hélio — e até moléculas como água — nas atmosferas de planetas além do nosso próprio Sistema Solar.

Quando um planeta transita em frente à sua estrela hospedeira uma atmosfera está presente, parte da luz não é apenas bloqueada, ela também a permeia, criando linhas de absorção ou emissão que um observatório sofisticado o suficiente poderia detectar. Se houver moléculas orgânicas ou grandes quantidades de oxigênio molecular, poderemos detectar isso também, em algum momento no futuro. É importante considerar não apenas as assinaturas da vida que conhecemos, mas também da vida possível que não encontramos aqui na Terra. Créditos da imagem: ESA/DAVID SING

Se uma civilização alienígena fosse capaz de observar nosso planeta a qualquer momento nos últimos 2 a 2,5 bilhões de anos, eles descobririam um planeta cuja atmosfera era composta principalmente de gás nitrogênio, mas com uma fração muito grande e substancial de oxigênio molecular também. O vapor de água e o gás argônio formariam cerca de 1% da atmosfera cada um, e então haveria vestígios de dióxido de carbono, metano, ozônio e alguns outros compostos notáveis.

Essa combinação de gases seria uma “evidência incontestável” para toda a vida se a encontrássemos em um mundo que não seja o nosso. Conhecemos algumas vias inorgânicas para chegar a quantidades substanciais de oxigênio em um planeta, mas atingir um nível de 5% ou mais parece ser extremamente desfavorecido sem vida. A presença de oxigênio em uma atmosfera principalmente de nitrogênio é ainda mais favorável à vida; portanto, se a Terra transitasse pela face do Sol em busca de uma civilização alienígena, seríamos um mundo tremendamente interessante, mesmo durante a era dos dinossauros.

Embora as proporções exatas dos diferentes componentes atmosféricos da Terra ao longo de toda a sua história sejam desconhecidas, havia grandes quantidades de metano presentes na atmosfera antes de 2,5 bilhões de anos atrás e praticamente nenhum oxigênio. Com a chegada do oxigênio, o metano foi destruído e a maior era glacial do planeta começou. No entanto, essas mudanças atmosféricas foram impulsionadas por processos biológicos; a detecção de uma atmosfera biologicamente alterada pode ser nosso primeiro indício de vida alienígena além do Sistema Solar. Créditos da imagem: VICTOR PONCE/UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SAN DIEGO

Essa é uma maneira sólida de procurar mundos potencialmente habitados, mas só funciona para planetas alinhados por acaso com sua estrela hospedeira do ponto de vista de um observador externo e distante. É como os observatórios futuros, como o Telescópio Espacial James Webb ou os telescópios terrestres de 30 metros atualmente em construção, planejam procurar os mundos em trânsito mais próximos da Terra em busca de possíveis bioassinaturas.

No entanto, certamente [não detectaremos] a maioria dos mundos habitados se a técnica de trânsito for a única utilizada. Se o alinhamento estiver desativado em uma quantidade mínima — uma fração de grau para um planeta como a Terra — o trânsito simplesmente não ocorrerá e não teremos como sondar seu conteúdo atmosférico. Mas toda a esperança não está perdida, porque há outra técnica que não depende de um alinhamento de sorte e pode ser trazida ao nosso alcance com melhorias previsíveis na tecnologia: imagem direta.

Esta imagem de luz visível do Hubble revela o planeta recém-descoberto, Fomalhaut b, orbitando sua estrela hospedeira. Esta é a primeira vez que um planeta foi observado além do sistema solar usando luz visível. No entanto, será necessário mais um avanço na imagem direta para revelar uma exolua, ou assinaturas avançadas que podem ser atribuídas a alienígenas inteligentes. Créditos da imagem: NASA, ESA, P. KALAS, J. GRAHAM, E. CHIANG E E. KITE (UNIVERSITY OF CALIFORNIA, BERKELEY), M. CLAMPIN (NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER, GREENBELT, MD.), M. FITZGERALD (LAWRENCE) LABORATÓRIO NACIONAL DE LIVERMORE, LIVERMORE, CALIF.), E K. STAPELFELDT E J. KRIST (LABORATÓRIO DE PROPULSÃO DE JATO DA NASA, PASADENA, CALIF.)

Devido ao poder do Telescópio Espacial Hubble (e, mais tarde, da óptica adaptativa terrestre), já tiramos nossas primeiras imagens diretas de exoplanetas e até testemunhámos eles orbitando ativamente suas estrelas hospedeiras. Utilizando instrumentos como um coronógrafo ou uma sombra estelar [1], podemos bloquear a luz da estrela hospedeira que orbita o planeta potencialmente habitado, capturando a imagem apenas do planeta de seu interesse.

A partir de apenas um pixel, se estivermos dispostos a esperar e observar o mundo distante por um longo período de tempo, poderemos não apenas saber se ele é habitado ou não, mas também poderemos procurar alguns dos recursos mais impressionantes que encontramos no Terra. Ao tirar uma imagem direta de um planeta e quantificar os vários comprimentos de onda da luz que chegam em momentos diferentes, há uma lista muito longa de propriedades que poderíamos aprender.

O conceito de “sombra estelar” pode permitir imagens diretas de exoplanetas já nos anos 2020. Este desenho conceitual ilustra um telescópio usando uma sombra de estrela, permitindo-nos capturar imagem dos planetas que orbitam uma estrela enquanto bloqueiam a luz da estrela para melhor do que uma parte em 10 bilhões. Créditos da imagem: NASA E NORTHROP GRUMMAN

A partir de mudanças de curto período e assinaturas espectroscópicas recorrentes, podemos determinar qual é o período orbital do planeta.

A partir das cores do planeta, poderíamos determinar quanto do mundo é coberto de água versus terra versus gelo e detectar a presença de nuvens, se existirem.

Ao longo de um ano (em que o planeta faz uma translação completa em torno de sua estrela hospedeira), podemos determinar:

• suas propriedades orbitais (das fases),
• se as massas terrestres ficam verdes e marrons e verdes novamente com o passar das estações (a partir de observações fotométricas),
• e, com tecnologia suficientemente avançada, poderíamos até determinar se há iluminação artificial de qualquer tipo que ilumina inesperadamente o lado noturno do planeta.

Esta imagem composta da Terra à noite mostra os efeitos da iluminação artificial sobre como nosso planeta aparece ao longo da parte que não é iluminada pela luz solar. Essa imagem foi construída com base em dados de 1994 e 1995, e os 25 anos que se seguiram viram um aumento de aproximadamente duas vezes na quantidade de luz que os humanos criam à noite na Terra. Conquistamos a noite, mas apenas a um grande custo ambiental. Com um telescópio avançado o suficiente, uma civilização alienígena poderia detectar essas luzes artificiais e inferir que a Terra é habitada por “alienígenas inteligentes”. Créditos da imagem: CRAIG MAYHEW E ROBERT SIMMON, NASA GSFC; DADOS DE MARC IMHOFF/NASA GSFC & CHRISTOPHER ELVIDGE/NOAA NGDC

Para um observador localizado a menos de 100 anos-luz de distância, essa iluminação artificial seria visível para um telescópio grande o suficiente e otimizada para visualizar esse tipo de luz fraca. É uma incrível façanha tecnológica os seres humanos terem conquistado a escuridão da noite através da iluminação artificial, mas há um custo: a perda da escuridão natural que plantas, animais e outros seres vivos se adaptaram a mais de bilhões de anos de evolução.

No entanto, há um benefício que muitas vezes não consideramos: o fato de termos modificado a aparência natural do nosso planeta significa que uma espécie exótica suficientemente inteligente que nos observa pode inferir a existência de uma espécie que altera o planeta. Não é nenhum gol de bicicletinha, mas essa assinatura é uma forte dica de que o planeta não é apenas habitado, mas habitado por uma espécie inteligente e tecnologicamente avançada.

À esquerda, uma imagem da Terra da câmera DSCOVR-EPIC. À direita, a mesma imagem reduzida para uma resolução de 3x3 pixels, semelhante ao que os pesquisadores verão em futuras observações de exoplanetas. Créditos da imagem: NOAA/NASA/STEPHEN KANE

Sem um segundo exemplo de vida no Universo, podemos apenas especular quais são as chances de vida que surgem em um planeta potencialmente habitável. Poderia haver bilhões de outros mundos na galáxia com vida neles agora, ou a Terra poderia ser o único. Poderia haver vida complexa que se sustenta por centenas de milhões ou bilhões de anos em uma infinidade de planetas na Via Láctea, ou a Terra poderia ser [a única].

E, finalmente, pode haver milhares de espécies exóticas espaçadoras em nossa galáxia, ou seres humanos podem ser as criaturas mais avançadas de todo o universo visível. Até encontrarmos um segundo exemplo de vida para saber que não estamos sozinhos, tudo o que podemos fazer é especular e impor limites ao que não está lá fora.

Existem quatro exoplanetas conhecidos que orbitam a estrela HR 8799, os quais são mais massivos que o planeta Júpiter. Todos esses planetas foram detectados por imagens diretas obtidas durante um período de sete anos, com os períodos desses mundos variando de décadas a séculos. Como em nosso Sistema Solar, os planetas internos giram em torno de sua estrela mais rapidamente, e os planetas externos giram mais lentamente, conforme previsto pela lei da gravidade. Com a próxima geração de telescópios como JWST, GMT e ELT, podemos medir planetas do tipo Terra ou Superterra ao redor das estrelas mais próximas a nós. Créditos da imagem: JASON WANG/CHRISTIAN MAROIS

Os mesmos sinais que buscamos de outras civilizações — assinaturas atmosféricas, recursos de superfície que evoluem de uma maneira específica, satélites e naves espaciais, até sinais deliberados e ricos em informações como ondas de rádio FM — tornam nossa própria civilização detectável igualmente (ou mais) por extraterrestres avançados. Mesmo a uma grande distância, uma Terra habitada seria identificável, mas uma Terra habitada por seres tecnologicamente avançados só é detectável pelas civilizações próximas o suficiente para nos ver em nosso estado recentemente alcançado.

Embora a maioria das galáxias do Universo esteja a muitos bilhões de anos-luz de distância, existem milhões e milhões de estrelas localizadas a poucas centenas de anos-luz da Terra. Isso significa milhões de planetas, milhões de chances na vida e até milhões de possibilidades para alienígenas inteligentes. Se mesmo um mundo próximo estiver habitado, mesmo as grandes distâncias cósmicas não nos impedirão de descobrir sobre eles, assim como elas serão mais do que capazes de descobrir sobre nós também.

A velocidade da luz pode ser um fator limitante, mas com tempo suficiente, o impacto dos seres humanos será visível para qualquer ser residente em qualquer uma das mais de 60 bilhões de galáxias. Pode não ser a conversa mais rápida, mas encontrar um único exemplo de vida alienígena além da Terra mudaria para sempre nossa concepção de existência. Mal posso esperar para descobrirmos!

Notas do tradutor

1. Utilizei a tradução literal, “sombra estelar” para starshade porque não encontrei correspondência técnica traduzida. Esse termo se refere, de forma resumida, a um projeto da NASA que está desenvolvendo um instrumento a ser mandado ao espaço para bloquear a luz de estrelas para obter imagens diretas no espectro visível de exoplanetas. Saiba mais: https://science.nasa.gov/technology/technology-stories/starshade-enable-first-images-earth-sized-exoplanets

O objetivo das traduções é tornar acessível conteúdos e discussões que possam fomentar ainda mais nosso cenário científico, principalmente para quem está iniciando os estudos. Qualquer crítica ou sugestão é só entrar em contato. Espero que tenha gostado!

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