Estudo do efeito de estufa torna mais fácil encontrar mundos habitáveis

Lucianomendez / Wikimedia

Conceito artístico do exoplaneta Upsilon Andromedae, com as suas enormes luas

Uma nova investigação da NASA está a ajudar a refinar a nossa compreensão de candidatos a planeta para lá do nosso Sistema Solar que possam suportar vida.

“Usando um modelo que simula mais realisticamente as condições atmosféricas, descobrimos um novo processo que controla a habitabilidade dos exoplanetas, que nos irá guiar na identificação de candidatos em estudos futuros”, afirma Yuka Fujii investigadora do Instituto Goddard para Estudos Espaciais da NASA e autora principal do artigo científico publicado no The Astrophysical Journal.

Os modelos anteriores simularam condições atmosféricas ao longo de uma dimensão, a vertical. Tal como noutros estudos recentes de habitabilidade, a nova investigação usou um modelo para calcular condições em todas as três dimensões, permitindo que a equipa simulasse a circulação da atmosfera e as características especiais dessa circulação, que os modelos unidimensionais não conseguem fazer.

O novo trabalho vai ajudar os astrónomos a atribuir o escasso tempo de observação aos candidatos mais promissores para a habitabilidade.

A água líquida é necessária para a vida como a conhecemos, de modo que a superfície de um mundo alienígena (por exemplo, um exoplaneta) é considerada potencialmente habitável se a sua temperatura permitir que a água líquida esteja presente por tempo suficiente (milhares de milhões de anos) para que a vida possa prosperar.

Se o exoplaneta estiver muito longe da sua estrela principal, será demasiado frio e os seus oceanos congelam. Se o exoplaneta estiver muito próximo, a luz da estrela será muito intensa e os oceanos acabarão por evaporar para o espaço.

Isto acontece quando o vapor de água sobe para uma camada na atmosfera superior chamada estratosfera e é quebrado nos seus componentes elementares (hidrogénio e oxigénio) pela luz ultravioleta da estrela. Os átomos extremamente leves de hidrogénio podem então escapar para o espaço. Diz-se que os planetas no processo de perda dos seus oceanos entraram num efeito de estufa “húmido” devido às suas estratosferas húmidas.

Para que o vapor de água suba à estratosfera, os modelos anteriores previam que as temperaturas de superfície a longo prazo deveriam ser maiores do que na Terra – mais de 66ºC. Estas temperaturas produziriam fortes tempestades convectivas. No entanto, verifica-se que estas tempestades não são a razão pela qual a água atinge a estratosfera para planetas com rotação lenta que entram num efeito de estufa húmido.

“Encontrámos um papel importante do tipo de radiação que uma estrela emite e o efeito que tem na circulação atmosférica de um exoplaneta na produção do efeito de estufa húmido,” comenta Fujii.

Para os exoplanetas que orbitam perto das estrelas-mãe, a gravidade de uma estrela será forte o suficiente para diminuir a rotação de um planeta. Isso pode fazer com que sofra de efeito de bloqueio de maré, tendo o mesmo lado sempre apontado para a estrela – um dia eterno – e o outro sempre na direção oposta – noite eterna.

Quando isto acontece, formam-se nuvens espessas no lado diurno do planeta e agem como um guarda-sol para proteger a superfície de grande parte da luz estelar. Embora isto possa manter o planeta fresco e evitar que o vapor de água suba, a equipa descobriu que a radiação da estrela no infravermelho próximo pode fornecer o calor necessário para despoletar a entrada do planeta no efeito de estufa húmido.

O infravermelho próximo é um tipo de luz invisível ao olho humano. A água como vapor no ar e as gotículas de água ou cristais de gelo nas nuvens absorvem fortemente a radiação no infravermelho próximo, aquecendo o ar. À medida que o ar aquece, sobe, transportando a água até à estratosfera onde forma o efeito de estufa húmido.

Este processo é especialmente relevante para os planetas em redor de estrelas de baixa massa que são mais frias e muito mais fracas que o Sol. Para serem habitáveis, os planetas devem estar muito mais próximos dessas estrelas do que a nossa Terra está do Sol.

A uma distância tão curta, estes planetas provavelmente sofrem grandes efeitos de maré das suas estrelas, fazendo com que girem lentamente. Além disso, quanto mais fria for uma estrela, mais radiação no infravermelho próximo emite.

O novo modelo demonstrou que dado que estas estrelas emitem a maior parte da sua luz nos comprimentos de onda no infravermelho próximo, resultando num efeito de estufa húmido até em condições comparáveis ou um pouco mais quentes que as dos trópicos da Terra.

Para exoplanetas mais perto das suas estrelas, a equipa descobriu que o processo conduzido pela radiação no infravermelho próximo aumentou a humidade na estratosfera. Assim sendo, é possível, ao contrário das previsões dos antigos modelos, que um exoplaneta mais próximo da sua estrela-mãe possa permanecer habitável.

Esta é uma observação importante para os astrónomos que procuram mundos habitáveis, uma vez que as estrelas de baixa massa são as estrelas mais comuns da Galáxia. Os seus números aumentam as hipóteses de que um mundo habitável possa ser encontrado, e o seu tamanho pequeno aumenta a probabilidade de detetar sinais planetários.

O novo trabalho ajudará os astrónomos a selecionar os candidatos mais promissores na busca por planetas que possam suportar vida. “Enquanto soubermos a temperatura da estrela, podemos estimar quais os planetas perto das suas estrelas com potencial para ter um efeito de estufa húmido,” comenta Anthony Del Genio do Instituto Goddard para Estudos Espaciais da NASA, coautor do artigo.

“A tecnologia atual será empurrada até ao limite com o objetivo de detetar pequenas quantidades de vapor de água na atmosfera de um exoplaneta. Se houver água suficiente para ser detetada, isso provavelmente significa que o planeta tem um efeito de estufa húmido”.

Neste estudo, os investigadores assumiram um planeta com uma atmosfera como a da Terra, mas coberto inteiramente por oceanos. Estes pressupostos permitiram que a equipa visse claramente como a mudança da distância orbital e o tipo de radiação estelar afetavam a quantidade de vapor de água na estratosfera.

No futuro, a equipa planeia variar características planetárias como a gravidade, o tamanho, a composição atmosférica e a pressão superficial para ver como afetam a circulação de vapor de água e a habitabilidade.

ZAP // CCVAlg

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