Além da Zona do Crepúsculo

Em alguns mundos, o sol nunca se põe. Ou nasce. Se um planeta leva a mesma quantidade de tempo para girar uma vez em torno de seu eixo, assim como para orbitar uma vez sobre sua estrela-mãe, essa estrela parecerá ficar imóvel no céu. Tais planetas mostram apenas uma face à sua estrela, uma situação conhecida como travamento das maré.

Um planeta travado por maré é um mundo dividido. Por um lado, é sempre dia; por outro, noite eterna. A fronteira entre os dois apresenta um fino anel de eternidade em que o sol está se pondo para sempre (ou nascendo). Vários mundos em nosso próprio sistema solar estão travados por maré - incluindo a nossa lua.

Quando as forças gravitacionais desaceleram ou aceleram a rotação de um corpo astronômico, ele pode ficar travado ao corpo pai (neste exemplo, um planeta está travado à sua estrela). Sob essas condições, o corpo em órbita sempre mostra a mesma face ao corpo pai. Nossa lua está trancada na Terra e os cientistas suspeitam que muitos exoplanetas que orbitam relativamente perto de suas estrelas também possam estar trancados

Podem existir também muitos exoplanetas travados por maré em relação à sua estrela. Muitos desses planetas serão inóspitos, cozidos de um lado e congelados do outro. No entanto, os astrônomos há muito tempo pensam se esses mundos podem abrigar a vida. Agora, a sofisticada modelagem computacional e os novos dados estão esclarecendo mais sobre as atmosferas desses mundos distantes e trancados por maré. A pesquisa está adicionando peso à noção de que alguns podem não ser tão hostis.

Embora os astrônomos não tenham uma contagem exata do número de mundos travados por maré, é "uma expectativa básica" que muitos exoplanetas estejam gravitacionalmente ligados a suas estrelas dessa maneira, diz o cientista planetário Daniel Koll do MIT.

Muitos desses corpos serão lugares de extremos, ao mesmo tempo assados ​​e congelados. Considere um grande exoplaneta rochoso chamado 55 Cancri e, que orbita sua estrela do mesmo tipo G do nosso sol aproximadamente uma vez a cada 18 horas.

"É tão quente que você tem um oceano de magma permanente do lado do dia", diz Pierrehumbert. “E então você obtém vapor de rocha que evapora na atmosfera e depois se condensa em direção à noite. Então você tem chuva feita de monóxido de silício e coisas assim".

Mas um planeta trancado por maré com uma atmosfera parecida com a da Terra pode redistribuir o calor com bastante eficiência, diz Koll. O resultado pode ser um ambiente propício à vida - um objetivo antigo dos caçadores de planetas.

Ar e água

Por volta da virada do século passado, os astrônomos pensaram erroneamente que Vênus poderia estar trancado por maré. “Entre as duas regiões distintas da noite e do dia perpétuos, deve haver uma ampla zona de crepúsculo suave, onde as condições climáticas podem ser mais adequadas à existência de uma raça de seres inteligentes”, escreveu EV Heward em 1903.

Otimismo sobre a habitabilidade da “zona do crepúsculo” também surgiu no mundo da ficção científica, diz o geofísico da Universidade de Chicago Dorian Abbot. A idéia era que a região entre o lado claro e escuro do planeta fosse suave o suficiente para que a água existisse na forma líquida e talvez permitisse que a vida sobrevivesse.

A pesquisa lançou dúvidas sobre essa teoria. A zona do crepúsculo - que os astrônomos chamam de “terminador” - seria um lugar ruim para organismos que precisam da luz do sol para sobreviver.

Crepúsculo, a transição gradual do dia para a noite, mostrada aqui do espaço, capturou a imaginação das pessoas como um lugar que pode sustentar a vida em exoplanetas. Mas uma zona crepuscular, ou terminador, na linguagem astronômica, pode não ser a única parte habitável de um exoplaneta se tiver uma atmosfera adequada.

Mas você não precisa de uma zona crepuscular para sustentar a vida se tiver a atmosfera certa, diz Abbot.

Uma atmosfera transporta calor ao redor do planeta, tornando as condições que poderiam suportar água líquida - e talvez a vida - mais difundidas. "Não seria apenas no terminador", diz Abbot, "estaria em todo lugar".

Há um ato de equilíbrio: a atmosfera precisa ser densa o suficiente para transportar calor, mas não tão densa que se torne sufocante.

Uma simulação de 2016 desenvolvida por Abbot e Koll indica que é possível obter o equilíbrio certo: alguns exoplanetas trancados por maré podem hospedar atmosferas "certas" que movimentam o calor de maneira eficiente o suficiente para manter o lado noturno quente.

"Seria estranho, porque seria permanentemente noite, mas você ainda pode ter condições em que uma vida semelhante à nossa possa existir", diz Koll. Considere os pólos da Terra, onde a vida persiste, mesmo sendo a luz do Sol escassa.

Na Terra, os oceanos são atores-chave na circulação global de calor; a água retém mais energia térmica que o ar e é muito mais eficiente para movimentar esse calor. Assim, junto com a atmosfera, os oceanos podem ter um papel importante em manter o lado diurno e noturno de um exoplaneta trancado por maré temperado.

Os oceanos também levam à evaporação, estimulando a formação de nuvens que também podem desempenhar um papel importante na regulação das condições de um planeta, diz Feng Ding, pesquisador de Harvard que estuda atmosferas de exoplanetas. As nuvens que se formam quando a água se acumula na atmosfera podem servir como uma espécie de manta refletora, devolvendo a radiação estelar recebida e ajudando a resfriar um planeta.

Algumas simulações de computador sugerem que as nuvens poderiam manter as temperaturas baixas o suficiente para formar oceanos, mesmo em exoplanetas que poderiam estar fervendo de outra forma. E essas nuvens criariam chuva. No lado do dia do planeta, fortes correntes ascendentes criadas onde a luz solar é mais intensa moveriam o ar quente e úmido para cima, criando tempestades torrenciais, diz Pierrehumbert.

Essa chuva pode ajudar a regular a temperatura de um exoplaneta trancado por maré, especialmente se também houver terra. Na Terra, a chuva reage com as rochas expostas, capturando um pouco de carbono como mineral e removendo-o da atmosfera, o que ajuda a resfriar o planeta. Com o tempo, esse desgaste químico também pode manter os níveis de dióxido de carbono aceitáveis ​​em um planeta trancado por maré, diz Pierrehumbert.

Outros gases atmosféricos também podem tornar um exoplaneta mais hospitaleiro, especula ele. O nitrogênio, por exemplo, ajuda a evitar a perda de água, prendendo-a na atmosfera, onde é exposta a menos raios ultravioleta que separam o vapor de água em oxigênio e hidrogênio. Uma atmosfera carregada de nitrogênio ajudaria a manter os oceanos líquidos que servem como principais reguladores de temperatura.

Este pôster fictício do turismo espacial apresenta os exoplanetas que orbitam a estrela anã vermelha TRAPPIST-1. Pensa-se que cada um dos sete planetas que orbitam a fraca estrela anã vermelha esteja travado por maré. Os turistas estão visitando o planeta TRAPPIST-1e, que fica na zona habitável da estrela, tornando-o o planeta mais provável para suportar água líquida.

Os cientistas podem alimentar muitas dessas variáveis ​​em simulações por computador, mas grande parte da pesquisa atmosférica dos exoplanetas é  especulativa. Os dados que fundamentariam todas essas variáveis ​​ainda são escassos.

Mas novos instrumentos, como o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA, expandirão bastante o número de exoplanetas que foram detectados. E quando o Telescópio Espacial James Webb da NASA finalmente for lançado em 202, permitirá observações ainda mais detalhadas dos exoplanetas, incluindo dados sobre a composição de suas atmosferas.

Esses dados ajudarão os astrônomos a refinar seus modelos e a entender melhor as condições que poderiam tornar qualquer planeta habitável - incluindo os longínquos e trancados por maré. Com o potencial de trilhões de exoplanetas existentes, pode haver um com oceanos rasos onde a vida pode se formar, continentes agradáveis ​​onde os organismos crescem ou rastejam e uma atmosfera onde eles podem subir ao céu. Lá, sob a luz eterna de um sol alienígena sempre presente, a vida poderia prosperar.

Fonte: Astronomy