O que precisamos para ter um Exoplaneta totalmente coberto por água?

Título: The Effect of Orbital Configuration on the Possible Climates and Habitability of Kepler-62f

Autores: Aomawa Shields, Rory Barnes, Eric Agol, Benjamin Charnay, Cecilia Bitz and Victoria Meadows

Instituição do primeiro autor:  University of California, Los Angeles

Status: Accepted for publication in ASTROBIOLOGY [acesso aberto]

Por que a água é importante na busca de exoplanetas?

Astrônomos adoram buscar por novos exoplanetas e, em particular, por aqueles que tenham condições favoráveis à presença da água em estado líquido.  A água tem a capacidade de participar de diversos processos bioquímicos e, se estamos interessados na procura de vida como a conhecemos, encontrar água é um bom lugar para começar. Não é à toa que a água sempre será o “Santo Graal” da busca por sinais de vida em outros mundos, já que todas as formas de vida que conhecemos na Terra a utilizam como solvente natural.

 

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Impressão artística do Exoplaneta Kepler-62f – Fonte NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

 

O artigo de hoje discute os resultados do estudo de um exoplaneta, o Kepler-62f. Ele é o mais distante planeta em um sistema composto por cinco exoplanetas que estão a uma distância de 1.200 anos-luz da Terra. Como todos os bons candidatos para abrigar pequenos homens verdes – Steven Spielberg fellings – , o exoplaneta Kepler-62f encontra-se dentro da zona habitável de sua estrela hospedeira, a Kepler 62, que é um pouco menor que o nosso Sol com dois terços da sua massa. No entanto, antes de enviar patrulhas de busca por vida em um mundo distante, é importante lembrar que ter uma distância favorável entre estrela-planeta é apenas uma das peças do quebra-cabeça. Neste artigo, os autores exploram alguns dos outros fatores chave em jogo, como diferentes configurações orbitais e de clima para estudar como isso poderia afetar a habitabilidade do Kepler-62f.

Modelando o Exoplaneta

Muitas características de Kepler-62f ainda são um mistério; com a tecnologia atual ainda é muito difícil estudar a composição química de exoplanetas com detalhes. Entretanto, já conhecemos o seu raio e seu período orbital. Os autores começam usando simulações de N-corpos para identificar a excentricidade do planeta, que é uma medida de quão circular é a sua órbita. Uma órbita com uma excentricidade de zero seria um círculo perfeito. Eles encontram que a excentricidade de Kepler-62f tem um limite superior de 0,32, como mostrado na Figura 1. Acima desse limite, a órbita é altamente instável e o planeta poderia ser lançado sem cerimônia fora do sistema.

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Figura 1. Depois de inúmeras simulações, este gráfico ilutstra a fração de órbitas estáveis para Kepler-62f obtido através da simulação do N-corpos por 106 anos com diferentes excentricidades iniciais. Podemos ver que a proporção de órbitas estáveis cai para próximo de zero em e = 0,32.

 

Os autores então aplicam um modelo em 3-D do clima aqui na Terra ao exoplaneta Kepler-62f, conhecido como Modelo de Circulação Geral (GCM). Eles usam isso para estudar o que acontece ao modificar-se as excentricidades e as composições climáticas do exoplaneta. Juntando os limites de excentricidade da simulação de N-corpos, os autores encontram múltiplas combinações plausíveis de propriedades orbitais e atmosféricas que permitem água líquida na superfície de Kepler-62f. O trabalho foca em algumas variáveis importantes, como os níveis de CO2, a excentricidade, a obliquidade e a taxa de rotação do exoplaneta.

 

Resultados

Assumindo os níveis atuais de CO2 na Terra, os autores encontram superfícies cobertas de gelo em todos os cenários estudados. À medida que se aumenta o nível de CO2 na atmosfera, a temperatura da superfície do planeta também se eleva, como mostra a Figura 2.

Os resultados mostram que as temperaturas atuais da Terra são possíveis a 5 bar de CO2 em toda a extensão das excentricidades. Isso permite um ciclo de carbono ativo, e os melhores cenários para condições habitáveis são aqueles com alta excentricidade e alta densidade de CO2.

Outro resultado é que as órbitas síncronas resultam em temperaturas de superfície mais baixas, assim como as órbitas mais circulares. Alguns cenários identificados resultam em condições de habitabilidade temporárias. Por exemplo, alta obliquidade (mais de 60% de inclinação) do exoplaneta poderia acarretar em temperaturas acima do nível congelamento nos hemisférios, mesmo com baixos níveis de CO2.

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Figura 2. Temperatura da superfície em função da concentração de CO2 no modelo GCM. Os pontos azuis mostram órbitas circulares, pontos vermelhos mostram órbitas com excentricidades altas (e = 0,32). O aumento do CO2 na atmosfera aumenta a temperatura da superfície no planeta. Órbitas excêntricas também tendem a ter temperaturas na superfície ligeiramente maiores.

 

O que mais a seguir?

Este trabalho é um exemplo de como as descobertas de exoplanetas nos permitem aplicar a ciência planetária a um novo conjunto de estudos de caso (obrigado, Kepler!).
O planeta escolhido neste artigo é apenas um dos muitos exoplanetas localizados em zonas habitáveis que foram recentemente descobertos. Este trabalho poderia ser aplicado a outros exoplanetas e, assim,  ajudar a focar pesquisas futuras sobre aqueles com maiores chances de habitabilidade. Encontrar vida em outros planetas ainda está muito distante, mas se, como Sagan disse: “Em algum lugar, algo incrível está esperando para ser conhecido”, então este trabalho nos ajuda a saber onde procurar.

Original em inglês: What do you have to do to get a water covered planet around here, por Harriet Brettle

 

 

 

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