No caminho para achar a “Terra 2.0”

Ainda pode demorar um bom tempo, mas estamos no caminho para descobrir a cobiçada “Terra 2.0”. É o que afirma o astrônomo Jonathan Fraine, da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos, responsável pela primeira detecção de vapor d’água na atmosfera de um planeta de porte relativamente pequeno fora do Sistema Solar.

Está aberta a temporada de caça à Terra 2.0. Quando a encontraremos?
Está aberta a temporada de caça à Terra 2.0. Quando a encontraremos?

O achado, divulgado ontem e publicado na última edição da revista científica britânica “Nature”, é mais um degrau na escalada que envolve passarmos da simples descoberta de mundos extra-solares para sua caracterização detalhada. “Terra 2.0”, claro, é um apelido que se dá a um planeta que reúna praticamente as mesmas condições que o nosso, em termos de dimensões, composição e temperatura.

Menos de duas semanas atrás, outro grupo de astrônomos havia anunciado outro resultado importante nessa busca, ao detectar nuvens de água num objeto similar a um planeta gigante gasoso, maior do que Júpiter. O achado de Fraine e seus colegas dá um passo adiante, ao fazer a detecção num planeta do tamanho aproximado de Netuno — intermediário entre Júpiter e a Terra. E usa uma tecnologia que, ao menos em tese, poderia permitir a detecção de vapor d’água na atmosfera de um planeta rochoso, como o nosso, ainda que um pouco maior.

“A habilidade de estudar as atmosferas de superterras já está ao nosso alcance”, destaca Fraine, em entrevista ao Mensageiro Sideral. A técnica consiste em analisar a luz que vem da estrela-mãe e passa de raspão pelas bordas do planeta antes de chegar até nós, carregando consigo a “assinatura” de compostos químicos que tenha encontrado pelo caminho.

Nesse primeiro momento, por uma questão de facilidade de observação, os astrônomos devem se concentrar na caracterização de planetas mais quentes que a Terra. São inabitáveis, mas já nos darão pistas importantes de como são compostas de fato as tais superterras — planetas maiores que o nosso, mas menores que Netuno, que não têm nenhum exemplar similar em nosso Sistema Solar.

Com o avançar das técnicas e a chegada de novos instrumentos, o estudo de planetas na zona habitável de outras estrelas — a região do sistema em que a superfície planetária recebe a quantidade certa de radiação para ter água em estado líquido — será possível. Para esses mundos, encontrar vapor d’água na atmosfera será como determinar que se trata de um planeta provavelmente amigável à vida.

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Na entrevista, Fraine nos conta de particularidades de sua mais recente descoberta, que só foi possível graças à combinação de observações de três telescópios espaciais e pela sorte de o tal planeta, designado HAT-P-11b, ser livre de nuvens na alta atmosfera.

Concepção artística do planeta HAT-P-11b. Ao passar à frente da estrela, ele permite o estudo de sua atmosfera.
Concepção artística do planeta HAT-P-11b. Ao passar à frente da estrela, ele permite o estudo de sua atmosfera.

Localizado a 122 anos-luz da Terra, ele gira em torno de uma estrela similar ao Sol, mas com quantidade bem maior de elementos pesados em sua composição — um fator que os astrônomos chamam genericamente de “metalicidade” e que pode ter consequências importantes para a formação e a configuração final desses planetas.

O pesquisador, que ainda está por terminar seu doutorado, também revela seu envolvimento em um grande levantamento que pretende investigar a atmosfera de dúzias de exoplanetas em uma tacada só. E fala sobre o que podemos esperar dos futuros telescópios e observatórios na busca pela Terra 2.0. Confira a seguir a conversa que ele teve com o Mensageiro Sideral.

***

Mensageiro Sideral – O fato de que vocês tiveram de usar o Hubble, o Spitzer e o Kepler ao mesmo tempo para fazer essa descoberta mostra como é difícil obter informações espectrais precisas da atmosfera de um exoplaneta. Quão severamente isso limita nossa capacidade atual de caracterizar esses mundos, e como isso vai melhorar com a próxima geração de telescópios em terra e no espaço?

Astrônomo Jonathan Fraine, da Universidade de Maryland, nos EUA.
Astrônomo Jonathan Fraine, da Universidade de Maryland, nos EUA.

Jonathan Fraine – Grande parte do tempo destinado à pesquisa científica é gasto considerando todas as explicações alternativas para os sinais que estamos medindo. Para nossa descoberta, usamos os telescópios espaciais Kepler, Hubble e Spitzer por duas razões importantes e independentes. A primeira, claro, foi medir o espectro mais completo que pudéssemos ter, do óptico ao infravermelho. Especificamente para o vapor d’água, usamos a Câmera de Campo Largo 3 (WFC3) do Hubble para determinar a abundância de água na atmosfera do HAT-P-11b. Mas ainda era possível que a água que estivéssemos detectando não fosse do planeta, mas estivesse localizada em manchas estelares da estrela-mãe; água já foi detectada nas manchas solares da nossa estrela-mãe. Ao combinar medições simultâneas do Kepler e do Spitzer, determinamos que as manchas estelares eram de fato muito quentes para sustentar vapor d’água, e pudemos confirmar que a água que detectamos estava mesmo na atmosfera exoplanetária.

A próxima geração de grandes telescópios irá definitivamente melhorar nossa compreensão do Universo, da cosmologia aos exoplanetas, buracos negros e nosso próprio Sistema Solar. Mas eles vão precisar de outras observações de apoio também. Nosso trabalho com o HAT-P-11b reflete o valor de observações simultâneas e em vários comprimentos de onda para sermos capazes de distinguir entre propriedades planetárias e propriedades estelares.

Mensageiro Sideral – Seria possível obter agora resultados similares aos que vocês conseguiram para planetas do tamanho da Terra ou de superterras, ou estamos limitados à classe dos mundos do tamanho de Netuno no momento?

Fraine – A habilidade de estudar as atmosferas de superterras já está ao nosso alcance. Temos a tecnologia, a WFC3 do Hubble, e já a usamos; infelizmente, a física entrou no nosso caminho. Inesperadas nuvens de grande altitude são mantidas pelas propriedades químicas e dinâmicas de suas atmosferas. Os exoplanetas GJ 1214b e HD 97658b, ambos superterras, foram observados tanto com a WFC3 como com o Spitzer, mas ambos não tiveram detecções moleculares. O cenário mais provável é que as nuvens na alta atmosfera estejam bloqueando ou espalhando toda a luz para longe dos nossos detectores. Isso significa que não podemos confirmar nada sobre a composição desses planetas diretamente, mas podemos indiretamente concluir que nuvens estão obscurecendo a atmosfera que existe embaixo delas.

A descoberta mais significativa da nossa pesquisa é na verdade que encontramos uma atmosfera limpa num exoplaneta pequeno. Antes do nosso resultado, os outros quatro planetas (superterras e Netunos) que observamos com o Hubble todos tinham nuvens em sua alta atmosfera. A comunidade começou a inferir que todos os exoplanetas pequenos e quentes se formavam de maneira a produzir essas nuvens. Se essa inferência fosse verdadeira, então não teríamos sido capazes de usar espectroscopia de transmissão — a técnica que usamos no HAT-P-11b — para determinar as abundâncias moleculares de pequenos exoplanetas. Mas agora que de fato descobrimos uma atmosfera limpa em um exoplaneta pequeno, passa a ser um jogo de estatística. Minha equipe está atualmente buscando essas estatísticas. Nós e outros grupos estamos aí fora procurando céus claros em outros planetas, tentando entender onde e como as nuvens se formam, assim como qual é a diversidade de composições para os exoplanetas pequenos e grandes. Os exoplanetas dão contexto à nossa própria existência, mas primeiro temos de colocar contexto estatístico nessa nossa descoberta em particular.

Um exoplaneta nublado em comparação com o HAT-P-11b, que tem céus livres e permite o estudo de sua atmosfera.
Um exoplaneta nublado em comparação com o HAT-P-11b, que tem céus livres e permite o estudo de sua atmosfera.

Mensageiro Sideral – Detectar vapor d’água em um exoplaneta é uma perspectiva empolgante, já que água é tão essencial à vida. Mas é uma coisa achá-la num Netuno quente e outra encontrá-la numa Terra temperada, um planeta como o nosso, certo? Haveria alguma diferença técnica, em termos de traços espectrais, entre detectar vapor d’água como parte de um ciclo hidrológico ou simplesmente como vapor na alta atmosfera?

Fraine – Você está precisamente correto. O HAT-P-11b não é um mundo habitável segundo nosso entendimento. Mas a técnica que nós usamos, espectroscopia de transmissão, pode de fato ser usada para estudar planetas menores, possivelmente do tamanho da Terra. No entanto, para colocar isso em contexto, a atmosfera do HAT-P-11b é cerca de 25% vapor d’água, e a atmosfera da Terra é cerca de 1% vapor d’água (e isso varia de acordo com a umidade local). Então a busca pela Terra 2.0 pode estar no futuro distante, mas pelo menos sabemos que o trem está no trilho certo. Para chegar lá, precisaremos de telescópios grandes e especializados, com instrumentos precisos e sensíveis focados na caracterização de exoplanetas. E eles provavelmente terão de estar no espaço, pois, se vamos procurar um mundo como a Terra, nossa própria atmosfera irá interferir significativamente com as assinaturas do exoplaneta. Seria como procurar uma rosa vermelha enquanto se usa óculos de lentes vermelhas.

Mensageiro Sideral – Um dos lampejos mais interessantes do seu trabalho parece ser a ligação relacionada à metalicidade. Precisamos agora presumir que metalicidades diferentes produzem planetas diferentes. Quão diferente o HAP-P-11b é do nosso bom e velho Netuno, além da temperatura, que é bem mais alta nesse exoplaneta?

Fraine – Nosso próprio Netuno é enriquecido em elementos pesados cerca de 50 vezes mais que a composição solar — essa é a chamada “metalicidade”. Nossos resultados para o HAT-P-11b mostram que a atmosfera do exoplaneta poderia ter até 700 vezes a metalicidade solar. O cenário mais provável está na casa de 200 vezes a metalicidade solar, mas esse resultado não é tão fortemente presumível a partir dos dados, então mencionamos no trabalho um limite superior de 700 vezes a solar. A metalicidade é uma medida importante de formação de planetas, pois estabelece a disponibilidade de elementos para semear a química atmosférica. Especialmente na faixa dos Netunos quentes e dos planetas do tamanho das superterras. Essa faixa de massas, raios e temperaturas é muito variada em propriedades gerais como densidade e composição. Portanto, adicionar mais material — especialmente muito mais material — pode induzir a mudanças de abundância atmosférica entre grandes categorias de composições, como metano versus monóxido de carbono, ou atmosfera com nuvens versus atmosfera limpa.

Medir a metalicidade relativa à estrela-mãe pode nos ajudar a entender onde e como no ambiente natal rico em gás — o disco protoplanetário — cada planeta se formou. Neste ponto, ainda não temos indicações significativas sobre os impactos da metalicidade, mas os intervalos e os valores mais prováveis apontam que o HAT-P-11b surgiu de um processo de formação similar ao que levou ao surgimento do nosso Netuno, chamado de “acreção de núcleo”, ou “de dentro para fora”, como gosto de chamá-lo.

Mensageiro Sideral – Você fez ou planeja fazer medições similares em outros sistemas exoplanetários?

Fraine – Já trabalhei em projetos similares antes, especificamente com a GJ 1214b (uma superterra muito estudada). Minha equipe usou o Telescópio Espacial Spitzer para olhar para a GJ 1214 (a estrela-mãe) por 20,2 dias quase continuamente. Estávamos procurando uma Terra habitável escondida no sistema. Não encontramos esse planeta, mas fomos capazes de medir com precisão incrivelmente alta o raio do planeta que de fato existe lá em dois comprimentos de onda, fornecendo a primeira confirmação altamente significativa de uma atmosfera com nuvens. Nossa equipe também usou essas mesmas observações para medir a temperatura do GJ 1214b, que é frio demais para os instrumentos atuais [mas quente em comparação com a Terra], de modo que precisamos de muitas medições repetidas.

Estou atualmente trabalhando em mais duas observações com a WFC3 do Hubble, ambas para Jupíteres Quentes. E também faço parte de uma colaboração chamada ACCESS (Levantamento de Espectroscopia de Exoplanetas de Arizona-CfA-Católica), onde estamos realizando um levantamento uniforme e de larga escala de dezenas de espectros de exoplanetas usando o telescópio Magellan de 6,5 metros, no Chile. Aliás, estou neste momento no Havaí obtendo dados no telescópio Keck, de 10 metros, para esse mesmo projeto colaborativo.

A ciência dos exoplanetas busca colocar em contexto nossa existência, ao estudar a diversidade desses mundos em suas diferentes arquiteturas e composições planetárias. Estou fazendo a minha parte ao medir a composição de tantos exoplanetas quanto possível com os melhores instrumentos para o serviço. Terminarei meu doutorado neste ano também e espero continuar esses projetos como meu próximo passo na carreira.

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Comentários

  1. A resposta pode estar no que chamamos de quântico ?
    Ou seja nos infinitésimos, infinitesimais dos infinitos
    caminhos pelo qual a matéria (massa) se exprime ?
    E caso não seja qual teria a maior probabilidade de
    ser :

    1 ( ) a petrobrás existiu, mas foi roubada em nome
    do povo e para os PeTroladrões.

    2 ( ) Existiu e sempre existirá, principalmente na
    forma do vil mental Au, em contas que até
    o papai do céu tem dúvida, na SuiSSa.

    3 ( )Existe um grupo de escravos que tenta desesperadamente colar um BROCHE na cabeça
    de cada brasileiro dizendo : #eusoupetrobrás

    4 ( ) A Foster era de minha inteira confiança, falou
    a verdade e foi pra RUAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA..

    5 ( ) É melhor rezar para Maomé, Alá, Ala Lá ôôô,
    ou viver eternamente pedindo favor para um
    país de Ladrão de safados petralhas ?

    6 ( ) O seu filho pode trabalhar em uma empresa
    pública na área de veterinária de forma digna e em
    menos de 02 (dois anos) se tornar acionista de uma
    empresa de Telecom, está garantido.

    7 ( ) Tem mais, quer saber, procura por Pelotas e visita do ex Presidente Lulla…o que você espera de uma pessoa capaz de externar seu pensamento de forma torpe e torpe ???

    8 ( ) Somos o País Tricampẽao, apoiados no tripè :
    -samba
    -futebol
    -carnaval, ou não ?

  2. Salvador Nogueira, a terra dois é aqui. O nosso livro Eram Terrestres ou Extraterrestres publicado pelas http://www.editoraquerome.com.br e http://www.garciaedizioni.com.br é um livro de ficção científica que aventa a possibilidade da existência de um planeta semelhante a Terra, que órbita em torno da estrela Sirius, com habitantes inteligentes os quais em viajem espacial se perderam no espaço e chegaram a nosso planeta. Aqui criaram a humanidade e deram nome a este planeta de Terra, o mesmo nome de seu planeta de origem. Fico feliz com o seu comentário.
    Saudações, Fernando Queiroz Mello.

  3. Um pergunta

    Podemos dobrar o espaço? ele ficará com vincos (buracos negros)

    Podemos dobrar a velocidade da luz e se conseguirmos será que ela se apaga ?

  4. Salvador, “Existem mais coisas entre o céu e a terra do que sonha a nossa vã tecnologia, o que nos falta é ter uma certeza; Existe vida lá fora, temos muitas suposições, mas considero que nossos observadores do além nos trarão a qualquer momento uma grande novidade.

  5. Deveriam colocar mais telescópios em órbitas de outros planetas fazendo um trampolim de imagens…por exemplo….usando as órbitas de Marte, Jupiter, Saturno, Urano, Netuno e Plutão…cada qual com seu Hubble vasculhando o universo….

      1. O objetivo da busca de planetas habitáveis, não é para destruir novos mundos e sim manter o nosso vivo caso haja uma catástrofe inevitável, como um meteoro de grande porte vindo em nossa direção seria inevitável a extinção da raça humana. Os estudos espaciais se da para continuidade da vida.

  6. Será que ainda existem pessoas que acreditam na não existência de vida fora da Terra???? Que somente a Terra, essa coisinha inexistente, abriga vida???

  7. Ó Salvador que tudo sabe e tudo vê…hahaha…me tire uma duvida que me atormenta a alguns anos
    Seria possível que todas as bilhões de galaxias observadas hoje não seriam apenas algumas milhões? Eu explico…sabe-se que a luz pode ser desviada pela gravidade certo? entao….estas bilhões de galaxias na verdade poderiam ser algumas poucas porem vistas em diferentes períodos de sua existencia…a luz emitida por elas vagariam ai pelo espaço sendo desviadas por objetos com massa elevada como planetas super gasosos ou buraco negros ate chegarem a nossos telescópios? …poderiamos estar vendo inclusive nossa própria galaxia do passado. Outra duvida seria se um fóton poderia orbitar um buraco negro supermassivo

    1. Pedro, não. Já procuraram essa história de galáxias repetidas. E a radiação cósmica de fundo aponta um cosmos plano.

      1. Desculpe a ignorância, mas pra todos os lados que olhamos vemos estrelas e galaxias. Como ele seria plano se vivemos em um universo em quatro dimensões?

          1. Plano? Eu sempre achei que a matematica do provasse (nao sei dizer bem como) que o universo era curvo, mas que apenas aparece plano pois ele possui uma curvatura “infinita”

  8. Salvador, bom dia!

    Com o perdão da ignorância declarada, uma curiosidade de um entusiasta: Quanto o entrevistado diz “Inesperadas nuvens de grande altitude”, esta falando de nuvens de, por exemplo, amõnia, como as de saturno, e isso impede a detecção “visível” e espectral de eventuais nuvens formadas de água abaixo delas?

    Pergunto isso, pois, no meu entender de leigo, pode ser que exista sim vapor d’água em exoplanetas de tamanho aproximado da Terra e na chamada “zona de habitabilidade”, mas os instrumentos atuais não permitem fazer esta leitura, seja por estas nuvens de grande altitude “atrapalharem” a leitura, seja pela pequena quantidade de água na atmosfera (1% como na Terra) em detrimento de outros gases como Nitrogênio. Seria isso?

  9. como bem observado, são pequenos passos porque a capacidade dos instrumentos ainda é limitada e também será na nova geração.

    novos telescópios no espaço seria o mais interessante e adequado para encontrar novas terras, mas também precisariam ser maiores as lentes.

    sobre a dificuldade de se analisar os planetas com muitas nuvens, eu acho que esses casos são de planetas não tão interessantes para se encontrar a vida porque podem ser nuvens com monóxido de carbono ou outros gases tóxicos, ou seja, na melhor das hipóteses são mundos pré-terra (como era nosso planeta quando inabitado).

    a maioria dos planetas que são mais fáceis de se enxergar com esses instrumentos são grandes demais e, ou, quentes demais por conta da limitação da tecnologia. Enfim, se uma mera observação já é tão difícil e ainda somos tribais com nossos deuses inventados à exaustão, daí vemos como somos primatas.

    é, star trek é mero sonho (infantil, embora interessante)

  10. Bom dia, inicialmente, parabéns pela excelente e esclarecedora matéria, mas uma dúvida que me ocorreu ao ler, conforme entrevista, estão investindo em nova geração de telescópios para melhorar nossa detecção e compreensão do universos e seus astros, como o entrevistado mesmo disse telescópios estabelecidos em terra, devido à interferência da atmosfera, não propiciariam boas observações, seria interessante, então, que instalássemos telescópios potentes em nosso satélite natural? Eles teriam a mesma eficácia dos que orbitam a Terra ou existe uma diferença entre esses “fixos” e “móveis”?

    Abraço

      1. Acho que a própria lua atrapalharia um pouco, não? O albedo muito alto limitaria observações durante o dia usando nos comprimentos de luz visíveis e a temperatura do solo afetaria observações em infravermelho.

          1. Não precisamos esperar tanto. O Telescópio Espacial James Webb fará esse serviço quando for lançado em 2018. E não usará luz visível, mas infravermelho para poder, quem sabe, bater uma foto de um planeta, assim como as fotos do nosso próprio planeta.

  11. Bom dia Salvador!

    Se um dia eu tivesse a oportunidade de visitar o observatório no Chile e contemplar por alguns minutos (preferia horas), já teria valido estar vivo. Existe programas daquela instituição aberta ao público e leigo? Existe algum link na internet que possamos acompanhar as observações? Desculpe-me pelos longos comentários.

    1. Tetsuo, estive por lá e as observações são menos românticas do que você imaginaria. Tudo por computador, longe do telescópio. Mas o céu é de tirar o fôlego!

    1. Ele é o primeiro autor do trabalho, ou seja, o sujeito que de fato mais trabalhou na descoberta. Não tenho preconceito com (falta de) títulos acadêmicos.

    2. Pobreza é o seu comentário Jonas. Caso tivesse prestado atenção na entrevista teria percebido que o cara é um expoente um nicho de estudo dificílimo. O que importa ser um estudante ainda? Todos os gênios já passaram pelo jardim de infância. Salvador, parabéns pela entrevista, instigante como sempre! Parabéns também pela paciência nos comentários!

    3. Certamente a titulação do aluno já deve ser maior que a sua, não?

      Gente inteligente não cospe pra cima e esta não parece ser uma qualidade forte sua.

    4. Vc tem graduação pelo menos? Seu comentário deixa claro que não tem, ou se tem foi adquirida numa dessas “Unibotequins” que pululam por aí.

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