Possibilidade de habitabilidade em planetas extremamente inclinados

Título: Atmospheric Dynamics in High Obliquity Planets

Autores: Ana H. Lobo e Simona Bordoni

Instituição do primeiro autor: California Institute of Technology

Status: Publicado na Icarus [acesso fechado]

Imagine um cruzamento entre a Terra e Urano – um planeta com água e alta insolação (luz do sol), mas com a inclinação louca de 98º de Urano. Atualmente, nenhum planeta assim existe em nosso sistema solar, mas é possível que houvesse bilhões de anos atrás. A inclinação de Marte varia muito ao longo de milhões de anos e teoriza-se que Marte já teve oceanos globais. Os autores do artigo de hoje propõem uma questão fundamental: seria um planeta semelhante à Terra e de alta obliquidade habitável?

Olhe para o GCM


Para responder a essa pergunta, os pesquisadores usam um modelo de circulação geral (GCM). Um GCM é uma simulação avançada que resolve as equações de fluidos para uma atmosfera planetária. Ele leva em consideração vários fatores, como limites terrestres e aéreos, formação de nuvens, variabilidade sazonal e química atmosférica. Os autores optaram por modelar um planeta como a Terra, mas com um “oceano de laje” de profundidade de 1 metro em todo o planeta, em vez da verdadeira topografia da Terra. Essa configuração é chamada de “aquaplaneta” e tem o benefício de isolar os efeitos da obliquidade na atmosfera de outros fatores em potencial. Os modelos foram executados com obliquidades variando de 10º a 85º.

Verões quentes e invernos gelados

Ao contrário da Terra, em um planeta com mais de 54º de obliquidade, os pólos recebem mais luz solar, em média, que o equador. Isso resulta em forte aquecimento dos pólos durante o verão e rápido resfriamento durante o inverno, o que pode ser visto na Figura 1. Em um planeta com inclinação de 23,5º (painel superior), as latitudes médias indicam invernos e verões amenos. No entanto, um planeta com inclinação de 85º (painel inferior) aquece cerca de 20ºK a mais no verão e esfria 20ºK a mais no inverno. Uma diferença de temperatura média de 20 K pode não parecer muito, mas é a diferença entre Miami em julho e o Pólo Norte.

O painel do meio mostra precipitação média anual (linhas sólidas) e evaporação (linhas tracejadas). A diferença determina a umidade atmosférica. Os padrões médios em um planeta de 23,5º são quase invertidos em um planeta de 85º, causando desertificação da região equatorial e mudanças de umidade. A principal razão para esse padrão de precipitação são as mudanças na capacidade de armazenamento atmosférico.

Figura 1. Temperaturas sazonais de um planeta com 23,5º (superior) comparado a um planeta com 85º (inferior). As mudanças de temperatura do norte do verão para o inverno em um planeta de alta obliquidade são muito mais extremas e repentinas do que as da Terra. Figura 2 no artigo.

Guerras de armazenamento


Três fatores primários contribuem para a umidade atmosférica. (1) O fluxo médio de umidade é o transporte de vapor de água pelos ventos convergentes. Por exemplo, na Terra, os ventos entre 30º N e 30º S (das células de Hadley) sopram em direção ao equador, empurrando o vapor de água na mesma direção. (2) O transporte por redemoinho é devido aos ventos locais. (3) O armazenamento de vapor de água é a quantidade de água que pode ser mantida no ar sem condensar em nuvens ou chuva e geralmente aumenta com a temperatura.


A Figura 3 compara esses três fatores. Para um planeta com inclinação de 23,5º (painéis esquerdos), a maior parte da precipitação líquida é causada pelo fluxo médio de umidade próximo ao equador. Em contraste, o planeta com 85º (painéis à direita) apresenta intensa precipitação devido às mudanças na capacidade de armazenamento. Essa diferença se encaixa no que foi mostrado na Figura 1: planetas de alta obliquidade têm variações de temperatura muito mais extremas. Quando o planeta com 85º aquece no verão do norte, sua capacidade de armazenamento aumenta muito e a atmosfera se enche de água. Contudo, o inverno nesse planeta ocorre rapidamente, diferentemente das estações graduais da Terra, assim a súbita queda de temperatura despenca a capacidade de armazenamento atmosférico, fazendo com que toda a água se precipite.

Figura 2. Precipitação sazonal em um planeta com 23,5º (esquerda) em comparação com um planeta com 85º (direita). O painel do meio mostra a precipitação sazonal média (linha sólida) em comparação com a evaporação (linha tracejada) para os mesmos planetas. Regiões com maior evaporação do que a precipitação tornam-se desertos, que trocam a localização por um planeta de alta obliquidade em comparação com a Terra. Figura 6 no jornal.

Então, o planeta seria habitável?

Embora os planetas de alta obliquidade com estações globais de monções e temperaturas extremas não pareçam com o nosso lar, os autores do artigo de hoje mostraram que algumas regiões ainda podem ser habitáveis em lugares diferentes do que seriam na Terra. A execução de um modelo mais realista com oceanos profundos, ao invés de um aquaplaneta, provavelmente aumentaria as chances de habitabilidade porque a água amortece as temperaturas extremas. Na busca interminável por vida extraterrestre, os astrônomos de exoplanetas não devem descartar planetas extremamente inclinados.

Figura 3. Capacidade média de fluxo de umidade, transporte de Foucault e armazenamento de vapor de água no início do verão (painéis à esquerda) em comparação com o final do verão (painéis à direita) para 23,5º e 85º. A precipitação em um planeta de 23,5º é dominada pelo fluxo de umidade, mas em um planeta com 85º, é a capacidade de armazenamento de vapor de água. Figura 13 no artigo.

Adaptado de Potential Habitability of Extremely Tilted Planets, escrito por Will Saunders.

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