Análogo da Terra - Earth analog

Antes da busca científica e do estudo de planetas extrasolares , a possibilidade era discutida por meio da filosofia e da ficção científica. O princípio da mediocridade sugere que planetas como a Terra devem ser comuns no Universo , enquanto a hipótese de Terras Raras sugere que eles são extremamente raros. Os milhares de sistemas estelares exoplanetários descobertos até agora são profundamente diferentes do sistema solar , apoiando a hipótese de terras raras .

Os filósofos apontaram que o tamanho do universo é tal que um planeta quase idêntico deve existir em algum lugar. Em um futuro distante , a tecnologia pode ser usada por humanos para produzir artificialmente um análogo da Terra por terraformação . A teoria do multiverso sugere que um análogo da Terra poderia existir em outro universo ou mesmo ser outra versão da própria Terra em um universo paralelo .

Em 4 de novembro de 2013, os astrônomos relatou, com base em Kepler missão espacial de dados, que poderia haver tantos como 40 bilhões do tamanho da Terra planetas que orbitam nas zonas habitáveis de Sun-como estrelas e estrelas anãs vermelhas dentro da Via Láctea . Pode-se esperar que o planeta mais próximo esteja a 12 anos-luz da Terra , estatisticamente. Em setembro de 2020, os astrônomos identificaram 24 contendores de planetas superhabitáveis (planetas melhores que a Terra), entre mais de 4.000 exoplanetas confirmados atualmente, com base em parâmetros astrofísicos , bem como na história natural de formas de vida conhecidas na Terra.

As descobertas científicas desde a década de 1990 influenciaram muito o escopo dos campos da astrobiologia , os modelos de habitabilidade planetária e a busca por inteligência extraterrestre (SETI).

História

Percival Lowell descreveu Marte como um planeta seco, mas semelhante à Terra e habitável para uma civilização extraterrestre
Dunas de areia no deserto do Namibe na Terra (topo), em comparação com as dunas em Belet on Titan

Entre 1858 e 1920, Marte foi considerado por muitos, incluindo alguns cientistas, como sendo muito semelhante à Terra, apenas mais seco com uma atmosfera densa, inclinação axial semelhante, órbita e estações do ano, bem como uma civilização marciana que construiu grandes canais marcianos . Essas teorias foram propostas por Giovanni Schiaparelli , Percival Lowell e outros. Como tal, Marte na ficção retratou o planeta vermelho como semelhante à Terra, mas com uma paisagem semelhante a um deserto. Imagens e dados das sondas espaciais Mariner (1965) e Viking (1975-1980), no entanto, revelaram o planeta como um mundo estéril com crateras. No entanto, com as descobertas contínuas, outras comparações da Terra permaneceram. Por exemplo, a hipótese do oceano de Marte teve suas origens nas missões Viking e foi popularizada durante a década de 1980. Com a possibilidade de água passada, havia a possibilidade de que a vida pudesse ter começado em Marte e mais uma vez foi percebido como sendo mais parecido com a Terra.

Da mesma forma, até a década de 1960, muitos acreditavam que Vênus , incluindo alguns cientistas, era uma versão mais quente da Terra com uma atmosfera densa e quente e empoeirada ou úmida com nuvens de água e oceanos. Vênus na ficção foi freqüentemente retratado como tendo semelhanças com a Terra e muitos especularam sobre a civilização venusiana . Essas crenças foram dissipadas na década de 1960, quando as primeiras sondas espaciais reuniram dados científicos mais precisos sobre o planeta e descobriram que Vênus é um mundo muito quente com a temperatura da superfície em torno de 462 ° C (864 ° F) sob uma atmosfera ácida com uma pressão superficial de 9,2 MPa (1.330 psi).

A partir de 2004, a Cassini – Huygens começou a revelar a lua de Saturno, Titã, como um dos mundos mais semelhantes à Terra fora da zona habitável. Apesar de ter uma composição química dramaticamente diferente, descobertas como a confirmação dos lagos , rios e processos fluviais de Titã em 2007, comparações avançadas com a Terra. Outras observações, incluindo fenômenos meteorológicos, têm auxiliado na compreensão dos processos geológicos que podem operar em planetas semelhantes à Terra.

O telescópio espacial Kepler começou a observar os trânsitos de planetas terrestres potenciais na zona habitável a partir de 2011. Embora a tecnologia fornecesse um meio mais eficaz para detectar e confirmar planetas, não foi possível concluir definitivamente o quão parecidos com a Terra os planetas candidatos realmente são. Em 2013, vários candidatos a Kepler com menos de 1,5 raio da Terra foram confirmados orbitando na zona habitável de estrelas. Não foi até 2015 que o primeiro candidato do tamanho próximo à Terra orbitando um candidato solar, Kepler-452b , foi anunciado.

Atributos e critérios

A probabilidade de encontrar um análogo da Terra depende principalmente dos atributos que se espera sejam semelhantes, e variam muito. Geralmente considera-se que seria um planeta terrestre e tem havido vários estudos científicos com o objetivo de encontrar tais planetas. Muitas vezes estão implícitos, mas não limitados a, critérios como tamanho do planeta, gravidade da superfície, tamanho e tipo da estrela (ou seja, analógico solar ), distância orbital e estabilidade, inclinação e rotação axial, geografia semelhante , oceanos , condições do ar e do tempo , magnetosfera forte e até a presença de vida complexa semelhante à da Terra . Se houver vida complexa, pode haver algumas florestas cobrindo grande parte da terra. Se houver vida inteligente, algumas partes do terreno podem ser cobertas por cidades . Alguns fatores presumidos de tal planeta podem ser improváveis ​​devido à própria história da Terra. Por exemplo, a atmosfera da Terra nem sempre foi rica em oxigênio e esta é uma bioassinatura do surgimento da vida fotossintética . A formação, presença e influência sobre essas características da Lua (como as forças das marés ) também podem representar um problema para encontrar um análogo da Terra.

Tamanho

Comparações de tamanhos: Kepler-20e e Kepler-20f com Vênus e Terra

O tamanho é freqüentemente considerado um fator significativo, já que planetas do tamanho da Terra são considerados mais prováveis ​​de serem terrestres por natureza e serem capazes de reter uma atmosfera semelhante à da Terra.

A lista inclui planetas dentro do intervalo de 0,8-1,9 massas da Terra, abaixo dos quais são geralmente classificados como sub-Terra e acima como super-Terra . Além disso, apenas planetas conhecidos por se enquadrarem na faixa de 0,5–2,0 raio da Terra (entre a metade e o dobro do raio da Terra) estão incluídos.

De acordo com os critérios de tamanho, os objetos de massa planetária mais próximos por raio ou massa conhecidos são:

Nome Massas da Terra ( M 🜨 ) Raios da Terra ( R 🜨 ) Observação
Kepler-69c 0,98 1,7 Originalmente pensado para estar na zona habitável circunstelar (CHZ), agora considerado muito quente.
Kepler-9d > 1,5 1,64 Extremamente quente.
COROT-7b <9 1,58
Kepler-20f <14,3 1.03 Um pouco maior e provavelmente mais massivo, quente demais para ser semelhante à Terra.
Tau Ceti b 2 Extremamente quente. Não conhecido por trânsito.
Kepler-186f 1,1 Órbitas na zona habitável.
terra 1 1 Órbitas em zona habitável .
Vênus 0,815 0,949 Muito mais quente.
Kepler-20e <3,08 0,87 Muito quente para ser como a Terra.
Proxima b > 1,27 > 1,1 Exoplaneta mais próximo da Terra.

Esta comparação indica que o tamanho por si só é uma medida pobre, especialmente em termos de habitabilidade . A temperatura também deve ser considerada como Vênus e os planetas de Alpha Centauri B (descoberto em 2012), Kepler-20 (descoberto em 2011), COROT-7 (descoberto em 2009) e os três planetas de Kepler-42 (todos descobertos em 2011 ) são muito quentes e Marte , Ganimedes e Titã são mundos frígidos, resultando também em uma grande variedade de condições superficiais e atmosféricas. As massas das luas do Sistema Solar são uma fração minúscula da Terra, enquanto as massas dos planetas extrasolares são muito difíceis de medir com precisão. No entanto, as descobertas de planetas terrestres do tamanho da Terra são importantes, pois podem indicar a provável frequência e distribuição de planetas semelhantes à Terra.

Terrestre

Superfícies como esta da lua de Saturno, Titã (tomada pela sonda Huygens ), apresentam semelhanças superficiais com as planícies aluviais da Terra

Outro critério frequentemente citado é que um análogo da Terra deve ser terrestre, ou seja, deve possuir uma geologia de superfície semelhante - uma superfície planetária composta de materiais de superfície semelhantes. Os exemplos conhecidos mais próximos são Marte e Titã e, embora existam semelhanças em seus tipos de formas de relevo e composições de superfície, também existem diferenças significativas, como a temperatura e as quantidades de gelo.

Muitos dos materiais da superfície da Terra e formas de relevo são formados como resultado da interação com a água (como argila e rochas sedimentares ) ou como um subproduto da vida (como calcário ou carvão), interação com a atmosfera, de forma vulcânica ou artificial. Um verdadeiro análogo da Terra, portanto, pode precisar ter se formado por meio de processos semelhantes, tendo possuído uma atmosfera, interações vulcânicas com a superfície, água líquida passada ou presente e formas de vida .

Temperatura

Existem vários fatores que podem determinar as temperaturas planetárias e, portanto, várias medidas que podem fazer comparações com a da Terra em planetas onde as condições atmosféricas são desconhecidas. A temperatura de equilíbrio é usada para planetas sem atmosferas. Com a atmosfera, um efeito estufa é assumido. Finalmente, a temperatura da superfície é usada. Cada uma dessas temperaturas é afetada pelo clima, que é influenciado pela órbita e rotação (ou travamento das marés) do planeta, cada um dos quais introduz outras variáveis.

Abaixo está uma comparação dos planetas confirmados com as temperaturas conhecidas mais próximas da Terra.

Comparações de temperatura Vênus terra Kepler 22b Marte
Temperatura de equilíbrio global 307 K
34 ° C
93 ° F
255 K
−18 ° C
−0,4 ° F
262 K
−11 ° C
22,2 ° F
206 K
−67 ° C
−88,6 ° F
+ Efeito de gases de efeito estufa 737 K
464 ° C
867 ° F
288 K
15 ° C
59 ° F
295 K
22 ° C
71,6 ° F
210 K
−63 ° C
−81 ° F
Travado pela maré Quase Não Desconhecido Não
Albedo do Global Bond 0.9 0,29 0,25
Refs.

Analógico solar

Outro critério de um análogo da terra com vida ideal é que ele orbite um análogo solar ; isto é, uma estrela muito parecida com o nosso sol. No entanto, esse critério pode não ser totalmente válido, pois muitos tipos diferentes de estrelas podem fornecer um ambiente local hospitaleiro para a vida. Por exemplo, na Via Láctea , a maioria das estrelas é menor e mais escura que o Sol. Uma dessas estrelas, TRAPPIST-1 , está localizada a 12 parsecs (39 anos-luz) de distância e é aproximadamente 10 vezes menor e 2.000 vezes mais escura que o nosso Sol, mas abriga pelo menos 6 planetas semelhantes à Terra em sua zona habitável . Embora essas condições possam parecer desfavoráveis ​​à vida como a conhecemos, espera -se que o TRAPPIST-1 continue queimando por 12 trilhões de anos (em comparação com nossos sóis restantes 5 bilhões de anos de vida), o que é tempo suficiente para a vida surgir por abiogênese . Para efeito de comparação, a vida evoluiu na Terra em apenas 1 bilhão de anos.

Água superficial e ciclo hidrológico

A água cobre 70% da superfície da Terra e é necessária para todas as formas de vida conhecidas
Kepler-22b , localizado na zona habitável de uma estrela semelhante ao Sol pode ser o melhor candidato exoplanetário para águas superficiais extraterrestres descobertas até agora, mas é significativamente maior do que a Terra e sua composição real é desconhecida

O conceito de zona habitável (ou Zona de Água Líquida) que define uma região onde pode existir água na superfície, é baseado nas propriedades da Terra e do Sol. Sob este modelo, a Terra orbita aproximadamente no centro desta zona ou na posição "Cachinhos Dourados". A Terra é o único planeta atualmente confirmado que possui grandes massas de água de superfície. Vênus está no lado quente da zona, enquanto Marte está no lado frio. Nenhum dos dois é conhecido por ter água superficial persistente, embora existam evidências de que Marte teve em seu passado antigo, e especula-se que o mesmo foi o caso de Vênus. Assim, os planetas extrasolares (ou luas) na posição Cachinhos Dourados com atmosferas substanciais podem possuir oceanos e nuvens de água como os da Terra. Além da água de superfície, um verdadeiro análogo da Terra exigiria uma mistura de oceanos ou lagos e áreas não cobertas por água ou terra .

Alguns argumentam que um verdadeiro análogo da Terra não deve apenas ter uma posição semelhante de seu sistema planetário, mas também orbitar um análogo solar e ter uma órbita quase circular de modo que permaneça continuamente habitável como a Terra.

Análogo extrassolar da Terra

O princípio da mediocridade sugere que há uma chance de que eventos inesperados possam ter permitido que um planeta semelhante à Terra se formasse em outro lugar que permitiria o surgimento de vida multicelular complexa. Em contraste, a hipótese da Terra Rara afirma que, se os critérios mais estritos forem aplicados, tal planeta, se existir, pode estar tão distante que os humanos talvez nunca o localizem.

Como o Sistema Solar provou ser desprovido de um análogo da Terra, a pesquisa se ampliou para planetas extrasolares . Os astrobiólogos afirmam que os análogos da Terra provavelmente seriam encontrados em uma zona habitável estelar , na qual água líquida poderia existir, fornecendo as condições para sustentar a vida. Alguns astrobiólogos, como Dirk Schulze-Makuch , estimaram que um satélite natural suficientemente massivo pode formar uma lua habitável semelhante à Terra.

História

Frequência estimada

Conceito artístico de planetas semelhantes à Terra

A frequência de planetas semelhantes à Terra na Via Láctea e no universo maior ainda é desconhecida. Ele varia de estimativas de hipóteses de Terras Raras extremas - um (isto é, Terra) - a inúmeras.

Vários estudos científicos atuais, incluindo a missão Kepler , visam refinar estimativas usando dados reais de planetas em trânsito. Um estudo de 2008 do astrônomo Michael Meyer da Universidade do Arizona de poeira cósmica perto de estrelas semelhantes ao Sol recentemente formadas sugere que entre 20% e 60% dos análogos solares têm evidências para a formação de planetas rochosos , não muito diferente dos processos que levaram a esses da Terra. A equipe de Meyer encontrou discos de poeira cósmica ao redor das estrelas e vê isso como um subproduto da formação de planetas rochosos.

Em 2009, Alan Boss da Instituição Carnegie de Ciência especula-se que poderia haver 100 bilhões de planetas terrestres em nosso Via Láctea galáxia sozinho.

Em 2011, o Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA e com base nas observações da missão Kepler, estima que cerca de 1,4% a 2,7% de todas as estrelas semelhantes ao Sol terão planetas do tamanho da Terra nas zonas habitáveis de suas estrelas. Isso significa que pode haver dois bilhões deles apenas na galáxia da Via Láctea, e supondo que todas as galáxias tenham um número semelhante ao da Via Láctea, nos 50 bilhões de galáxias no universo observável , pode haver até cem quintilhões . Isso corresponderia a cerca de 20 análogos da Terra por centímetro quadrado da Terra.

Em 2013, um Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics usando análise estatística de dados adicionais do Kepler sugeriu que há pelo menos 17 bilhões de planetas do tamanho da Terra na Via Láctea. Isso, no entanto, nada diz sobre sua posição em relação à zona habitável.

Um estudo de 2019 determinou que planetas do tamanho da Terra podem circular 1 em cada 6 estrelas semelhantes ao sol.

Terraforming

A concepção artística de uma Vênus terraformada , um potencial análogo da Terra

Terraformar (literalmente, "dar forma à Terra") de um planeta , lua ou outro corpo é o processo hipotético de modificar deliberadamente sua atmosfera, temperatura , topografia de superfície ou ecossistemas para serem semelhantes aos da Terra para torná-los habitáveis aos humanos.

Devido à proximidade e semelhança de tamanho, Marte e, em menor extensão, Vênus, foram citados como os candidatos mais prováveis ​​para terraformação.

Referências