Se a Terra fosse um exoplaneta, os alienígenas poderiam dizer que tem vida?

Como a Terra se pareceria para os astrônomos alienígenas? O que suas observações lhes diriam sobre a Terra se eles estivessem procurando nos céus por sinais de habitabilidade como nós? É um experimento de pensamento divertido.

Mas o experimento é mais do que apenas divertido: é cientificamente instrutivo. De muitas maneiras, é mais fácil estudar nosso planeta e como ele se pareceria de longe e então extrapolar esses resultados até ver onde eles vão.

Um novo estudo mostra que encontrar evidências de vida na Terra pode depender da estação em que os astrônomos estão observando.

Quase nada na ciência espacial gera tanto entusiasmo quanto encontrar um planeta potencialmente habitável. As manchetes se espalham como um vírus pela Internet com apenas pequenas modificações de site para site.

Até agora, temos apenas vislumbres e pistas de exoplanetas que podem ser capazes de sustentar a vida. Temos um longo caminho a percorrer.

Será preciso muita ciência e raciocínio inovador antes de chegarmos a um ponto em que possamos dizer “Sim. Este planeta distante é habitável”.

Um novo estudo pode ser parte de chegar a esse ponto, examinando a aparência externa da Terra ao longo de diferentes estações.

O estudo se chama “Earth as an Exoplanet: II. Earth’s Time-Variable Thermal Emission and its Atmospheric Seasonality of Bio-Indicators” (tradução livre: A Terra como um exoplaneta: II. Emissão Térmica Variável no Clima da Terra e sua Sazonalidade Atmosférica de Bioassinaturas). Está disponível no site de pré-publicação arXiv.org, e o autor principal é Jean-Noel Mettler. Mettler é estudante de doutorado no Departamento de Física da ETH Zurique, estudando Exoplanetas e Habitabilidade.

As raízes históricas deste tipo de pesquisa remontam aos anos 70, quando as naves espaciais visitavam os planetas do nosso Sistema Solar. Pioneer 10 e 11 (Júpiter e Saturno) e Voyager 1 e 2 (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno) realizaram sobrevoos de alguns dos irmãos da Terra.

Foi o início de uma caracterização mais aprofundada de outros planetas. Ao medir UV e infravermelho, os cientistas aprenderam muito sobre as propriedades das atmosferas planetárias, superfícies e equilíbrio geral de energia.

Mas hoje, vivemos na época da ciência dos exoplanetas. Estamos estendendo o mesmo tipo de observações para planetas a anos-luz de distância.

A desconcertante variedade de planetas que descobrimos é interessante por si só, mas se há um Santo Graal na ciência dos exoplanetas, deve ser a habitabilidade. Queremos saber se mais alguma coisa vive em algum lugar lá fora.

À medida que nossa tecnologia avança, os astrônomos estão obtendo instrumentos mais poderosos para estudar planetas distantes. Uma civilização tecnológica em outro lugar da Via Láctea provavelmente faria a mesma coisa.

Este estudo examina o espectro de emissão infravermelha da Terra, o efeito de diferentes geometrias de observação nesses espectros e como as observações apareceriam para um observador muito mais distante.

Os pesquisadores também avaliaram como a mudança das estações afeta os espectros. “Aprendemos que há variabilidade sazonal significativa no espectro de emissão térmica da Terra, e a força das características espectrais de bioassinaturas, como N2O, CH4, O3 e CO2, depende fortemente da estação e da geometria de visualização.”

O estudo analisou quatro geometrias de observação diferentes: uma centrada nos polos Norte e Sul, uma na região equatorial africana e uma na equatorial do Pacífico.

Os espectros foram observados com o Atmospheric Infrared Sounder a bordo do satélite Aqua da NASA .

Os pesquisadores descobriram que não há uma amostra única e representativa do espectro de emissões térmicas da Terra. As mudanças sazonais tornam isso impossível.

“Em vez disso”, afirma o paper, “há variabilidade sazonal significativa no espectro de emissão térmica da Terra, e a força dos recursos de absorção de bioassinaturas depende fortemente da estação e da geometria de visualização”.

Os pesquisadores também descobriram que as emissões térmicas variaram muito observando a geometria. A variabilidade nas leituras foi muito maior ao longo do tempo acima das massas de terra do que acima dos oceanos. A Vista Equatorial Africana e a Vista do Polo Norte foram centradas em massas de terra e apresentaram maior variabilidade.

“Especificamente, a visão polar do hemisfério norte (PN) e a visão equatorial centrada na África (AEq) mostraram variabilidades anuais de 33% e 22% no comprimento de onda de pico da Terra em ≈10,2 µm, respectivamente”, concluiu o paper.

Mas a estabilidade térmica dos oceanos significava menos variabilidade. “Por outro lado, as geometrias de visualização com fração de alto mar, como o polo do hemisfério sul (PS) e a vista equatorial centrada no Pacífico (PEq), apresentam menores variabilidades anuais devido à grande inércia térmica dos oceanos.”

A conclusão geral desta pesquisa é que um planeta vivo e dinâmico como a Terra não pode ser caracterizado por um único espectro de emissões térmicas. Há muita coisa acontecendo aqui na Terra, e este estudo nem mesmo se aprofundou nas nuvens e seus efeitos.

“É necessário um trabalho futuro para investigar como a fração de nuvens, a sazonalidade das nuvens e suas propriedades de fase termodinâmica afetam a detecção e o resultado da sazonalidade atmosférica”, escreveram os autores.

Os autores disseram que algumas variações são pequenas e serão difíceis de desvendar ao observar planetas distantes. Uma confusão nos dados podem obscurecê-las.

“Mesmo para a Terra e especialmente para vistas equatoriais, as variações no fluxo e na força das características de absorção nos dados integrados ao disco são pequenas e tipicamente ≈10 por cento. Desvendar essas variações em meio ao ruído em futuras observações de exoplanetas será um desafio.”

A complexidade da Terra a torna um alvo difícil para esse tipo de observação, e os autores reconhecem isso.

“Essa complexidade torna a caracterização remota de ambientes planetários muito desafiadora”, explicaram.

“Usando a Terra como nosso banco de testes, aprendemos que um planeta e suas características não podem ser descritos por um único espectro de emissão térmica, mas são necessárias medições de várias épocas, preferencialmente em luz refletida e emissão térmica”.

A maioria de nossas detecções de exoplanetas são baseadas em alguns trânsitos desses planetas na frente de suas estrelas. Isso tem suas limitações.

O Telescópio Espacial James Webb visa estudar os espectros de alguns exoplanetas com mais poder, então estamos nos aproximando do dia em que precisaremos entender melhor o que estamos vendo.

Este estudo testou um novo método de observação de exoplanetas em infravermelho médio, em vez de luz reflexiva. Embora haja variação sazonal e variação geométrica observada, “descobrimos que nosso resultado é relativamente insensível a efeitos diurnos ou sazonais, ao contrário do caso das medições de luz refletida”.

Mettler e seus co-pesquisadores acham que seu método pode contribuir com dados únicos para observações de exoplanetas na luz refletida.

“Concluímos, portanto, que observar exoplanetas com emissão térmica pode fornecer informações únicas e complementares necessárias para a caracterização de planetas terrestres em torno de outras estrelas.”