Concepção artística de um exoplaneta habitável. Mudanças sazonais e a presença de gases desequilibrados na atmosfera de um planeta podem indicar a existência de vida. (Créditos da imagem: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech).

As bioassinaturas e os gases atmosféricos que não deveriam existir sem a ação da vida podem ser duas maneiras possíveis de detectar a vida nos exoplanetas.

Encontrar qualquer vida que possa existir em outros planetas é extremamente desafiador. Mesmo em nosso próprio Sistema Solar, onde podemos enviar sondas para orbitar mundos de interesse, como Marte, é difícil avaliar se alguma vida microbiana está ou esteve presente. Ao estudar exoplanetas, só podemos olhar para a luz das estrelas brilhando através da atmosfera de um planeta, na esperança de que ele irá revelar linhas de absorção ou emissão que indicam os gases produzidos pela vida. Análises detalhadas das atmosferas de exoplanetas ainda estão em grande parte no âmbito de futuros telescópios, como o Telescópio Espacial James Webb (JWST, na sigla em inglês), mas entender o que procurar é um passo importante na busca por vida em outros planetas.

O oxigênio é produzido pela fotossíntese e é comumente considerado uma potencial bioassinatura em outros mundos, embora também seja possível que o oxigênio seja produzido a partir de fontes abióticas. Da mesma forma, o metano é produzido pela vida e é um potencial biomarcador, mas também pode ser produzido por outros meios. Agora, dois artigos recentes discutem novas maneiras de procurar por bioassinaturas estudando como a vida pode influenciar a atmosfera de um planeta.

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Um artigo de Stephanie Olson, da Universidade da Califórnia, em Riverside, e seus colegas, discute como as mudanças sazonais na atmosfera causadas pela vida podem ser usadas como uma bioassinatura. O segundo estudo é de Joshua Krissansen-Totton, da Universidade de Washington, juntamente com Olson e David Catling, e analisou as potenciais bioassinaturas produzidas pelos gases atmosféricos que só podem coexistir na presença da vida.

As estações em mudança

Os sinais de um exoplaneta que variam ao longo do tempo, como nas estações do ano, podem ajudar a excluir os falsos positivos ou negativos que ocorrem em observações instantâneas únicas. Entender como os gases atmosféricos variam ao longo de um ano na Terra ajudará a informar os cientistas sobre quais sinais procurar em outros planetas.

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“Em vez de simplesmente reconhecer que um planeta hospeda a vida, podemos dizer algo sobre como as atividades de sua biosfera variam no espaço e no tempo”, diz Olson.

A sazonalidade na atmosfera da Terra surge devido às interações entre a biosfera e a variação da radiação solar que atinge a Terra em diferentes pontos de sua órbita. Variações sazonais alteram o equilíbrio entre duas reações diferentes: fotossíntese e respiração aeróbica. A fotossíntese ocorre quando o dióxido de carbono e a água reagem para se tornar matéria orgânica e oxigênio, e a respiração aeróbica provoca a reação inversa, produzindo dióxido de carbono e água. A produção máxima de oxigênio ocorre durante os meses de verão, quando as temperaturas são quentes.

Os pesquisadores examinaram as variações sazonais do dióxido de carbono na Terra, um sinal que pode ser detectado em outros planetas, assumindo que a vida em outros lugares também é baseada em carbono. O dióxido de carbono é um componente atmosférico importante nos mundos habitáveis ​​devido ao papel que desempenha na regulação climática através do intemperismo.

Eles descobriram que o sinal sazonal de dióxido de carbono (CO₂) seria dominado por ecossistemas terrestres, que estão em contato direto com a atmosfera, indicando que a variação de CO₂ pode não ser detectável em mundos oceânicos. Isto é visto na Terra, onde o Hemisfério Sul, que é dominado pelo oceano, tem um sinal de variabilidade de CO₂ mais fraco do que o Hemisfério Norte. A sazonalidade do dióxido de carbono seria difícil de detectar em outros planetas, mas é um indicador poderoso da presença de vida, uma vez que é improvável que ocorra em planetas com um oceano, a menos que a vida esteja presente.

Eles também analisaram o cenário de um exoplaneta que é um análogo do início da Terra, onde a vida existia, mas onde ainda havia muito pouco oxigênio na atmosfera. Sinais de oxigênio fracos são difíceis de detectar, mas uma assinatura variável do ozônio (ozônio é uma molécula construída a partir de três átomos de oxigênio) pode ser mais visível no espectro de um exoplaneta. É mais provável que tal sinal seja detectado em um planeta com menos oxigênio do que a Terra atual, porque o ozônio pode criar um sinal mais forte que o oxigênio.

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“A sazonalidade seria difícil de detectar para um planeta que se parece com a Terra atual, pelo menos no caso do oxigênio”, explica Olson. “A razão é que os níveis básicos de oxigênio são altos hoje, e pequenas flutuações sazonais são muito difíceis de medir na superfície de nossos planetas, e seria ainda mais em um planeta distante”.

O ozônio é um proxy para o oxigênio na busca pela existência de oxigênio nas atmosferas de planetas potencialmente habitáveis. (Créditos da imagem: Lynette Cook).

Atmosferas em desequilíbrio

Krissansen-Totton, Olson e Catling também simularam atmosferas da Terra primitiva, mas desta vez procurando assinaturas de desequilíbrio, significando a presença de gases que normalmente não existiriam em uma atmosfera sem algum processo ativo, como a vida, produzindo-os. A Terra tem hoje um grande desequilíbrio atmosférico, mas eles calcularam que existe um desequilíbrio desde que a vida se formou na Terra e que a evolução do desequilíbrio segue o aumento do oxigênio atmosférico biogênico.

Na era arqueana (há cerca de 4 a 2,5 bilhões de anos), existia um desequilíbrio através da coexistência de dióxido de carbono, nitrogênio, metano e água líquida, que normalmente reagiriam para criar amônio e bicarbonato, removendo rapidamente o metano da atmosfera sem o presença de vida para reabastecê-lo. Dióxido de carbono e metano devem ser detectados pelo JWST, particularmente em planetas que orbitam anãs vermelhas. Se esses forem detectados, mas nenhum monóxido de carbono for encontrado, pode ser uma forte bioassinatura. Isso porque muitos dos cenários não biológicos que repor o metano também seriam esperados para produzir monóxido de carbono (CO), e porque a vida da superfície consome CO.

“Este é um metabolismo muito fácil de fazer; se houver CO e água ao redor, micróbios podem ganhar a vida combinando essas espécies para produzir CO e hidrogênio molecular (H₂), diz Krissansen-Totton.

A maior fonte de desequilíbrio na era proterozóica (há cerca de 2,5 a 0,54 bilhões de anos) foi a coexistência de nitrogênio, água e oxigênio. Tanto o oxigênio quanto o nitrogênio são produzidos pela vida, e sem vida para reabastecer o oxigênio, ele seria convertido em ácido nítrico no oceano.

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Reconhecer sinais de vida que usem diferentes vias metabólicas também pode ser possível se os gases atmosféricos estiverem em um desequilíbrio incomum, mas seria difícil detectá-los.

“Detectar micróbios que oxidam o ferro no oceano pode ser um desafio, já que esse metabolismo em particular não gera nenhum resíduo gasoso”, diz Krissansen-Totton. “Entre os metabólitos possíveis que produzem gases residuais estão algumas possibilidades promissoras. Por exemplo, o “gás do riso” (NO) é um gás biogênico que não esperaríamos ver em equilíbrio nas atmosferas de planetas sem vida. Da mesma forma, vários metabolismos do enxofre podem ser detectáveis, uma vez que modificam a abundância de moléculas orgânicas na atmosfera de um planeta para ficarem fora de equilíbrio”.

Encontrar análogos da Terra primitiva com sinais de sazonalidade ou desequilíbrio pode indicar que a vida não está apenas presente, mas evoluiu de maneira semelhante à vida em nosso próprio planeta.

Adaptado de Amanda Doyle para o Space.com.
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Giovane Almeida
Sou baiano, tenho 18 anos e sou fascinado pelo Cosmos. Atualmente trabalho com a divulgação científica na internet — principalmente no Ciencianautas, projeto em que eu mesmo fundei aos 15 anos de idade —, com ênfase na astronomia e biologia.

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