JWST mostrou que pode detectar as impressões digitais da vida em exoplanetas

componentes da vida espalhado por todo o universo. Enquanto a Terra é o único lugar conhecido no universo onde existe vida, a descoberta de vida extraterrestre é O objetivo principal A partir de astronomia moderna E a ciência planetária.

Somos dois estudiosos que estudam planetas exteriores E a astrobiologia. Graças em grande parte aos telescópios de última geração como James Webb, pesquisadores como nós em breve poderão medir a composição química das atmosferas dos planetas ao redor de outras estrelas. Felizmente, um ou mais desses planetas terão uma impressão digital química para a vida.

Existem vários exoplanetas conhecidos em zonas habitáveis ​​- órbitas não muito próximas de uma estrela de água fervente, mas não muito longe de um planeta congelado – mostrados em verde tanto para o sistema solar quanto para o sistema estelar Kepler-186 com seus planetas rotulados como b, c, d , e, E o. Crédito da imagem: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech/Wikimedia Commons

Planetas exteriores habitáveis

vida Pode existir no sistema solar Onde há água líquida – como aquíferos em Marte ou nos oceanos da lua de Júpiter, Europa. No entanto, a busca por vida nesses locais é muito difícil, pois é difícil chegar e detectar a vida exige o envio de uma sonda para devolver as amostras físicas.

Muitos astrônomos acreditam que existe um arquivo Boa chance de vida em planetas orbitando outras estrelasE este pode ser o lugar A vida será encontrada primeiro.

Cálculos teóricos indicam que há algo próximo 300 milhões de planetas potencialmente habitáveis Só na Via Láctea e Muitos planetas habitáveis ​​do tamanho da Terra Dentro de apenas 30 anos-luz da Terra – essencialmente os vizinhos da humanidade na galáxia. Até agora, os astrônomos fizeram isso Descubra mais de 5.000 exoplanetasincluindo centenas de potencialmente habitáveis, usando métodos indiretos que mede como um planeta afeta sua estrela próxima. Essas medições podem fornecer aos astrônomos informações sobre a massa e o tamanho de um exoplaneta, mas não mais do que isso.

Cada material absorve certos comprimentos de onda de luz, como mostrado neste diagrama que descreve os comprimentos de onda de luz prontamente absorvidos por diferentes tipos de clorofila. Crédito da imagem: Daniele Puglisi/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Procurando por assinaturas bio

Para descobrir a vida em um planeta distante, os astrobiólogos estudarão a luz das estrelas existente Interagir com a superfície ou atmosfera do planeta. Se a atmosfera ou superfície for transformada pela vida, a luz pode levar uma pista chamada ‘bioassinatura’.

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Durante a primeira metade de sua existência, a Terra tinha uma atmosfera sem oxigênio, embora abrigasse vida simples e unicelular. A pegada vital da Terra era muito fraca durante esta era inicial. Isso mudou de repente 2,4 bilhões de anos atrás Quando uma nova família de algas evoluiu. As algas usavam a fotossíntese que produz oxigênio livre – oxigênio que não está quimicamente ligado a nenhum outro elemento. A partir desse momento, a atmosfera cheia de oxigênio da Terra deixou uma marca vital forte e facilmente detectável na luz que passa por ela.

Quando a luz reflete na superfície de um material ou passa através de um gás, é mais provável que certos comprimentos de onda permaneçam presos no gás ou na superfície do material do que outros. Este ajuste seletivo dos comprimentos de onda da luz é a razão para as diferentes cores dos objetos. As folhas são verdes porque a clorofila é particularmente boa para absorver a luz nos comprimentos de onda vermelho e azul. Quando a luz atinge o papel, os comprimentos de onda vermelho e azul são absorvidos, deixando principalmente a luz verde refletindo de volta em seus olhos.

O padrão de luz perdida é determinado pela composição específica do material com o qual a luz interage. Por esta razão, os astrônomos podem aprender algo sobre a composição da atmosfera ou superfície de um exoplaneta medindo a cor específica da luz que vem de um planeta.

Esse método pode ser usado para identificar a presença de certos gases atmosféricos associados à vida – como oxigênio ou metano – porque esses gases deixam impressões digitais muito específicas na luz. Também pode ser usado para detectar cores estranhas na superfície de um planeta. Na Terra, por exemplo, a clorofila das plantas e outros pigmentos e algas na fotossíntese usam comprimentos de onda específicos de luz. Esses corantes Produção de cores diferenciadas Ele pode ser detectado usando uma câmera infravermelha sensível. Se você vir essa cor refletida na superfície de um planeta distante, provavelmente indica a presença de clorofila.

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Telescópios no espaço e na Terra

O Telescópio Espacial James Webb é o primeiro telescópio capaz de detectar sinais químicos de exoplanetas, mas é limitado em suas capacidades. Crédito da imagem: NASA/Wikimedia Commons

É preciso um telescópio incrivelmente poderoso para detectar essas mudanças sutis na luz de um exoplaneta potencialmente habitável. Atualmente, o único telescópio capaz de tal façanha é o novo telescópio Telescópio Espacial James Webb. como isso é As operações científicas começaram Em julho de 2022, James Webb realizou uma leitura fofa Exoplaneta gigante gasoso WASP-96b. O espectro mostrou a presença de água e nuvens, mas é improvável que um planeta grande e quente como WASP-96b hospede vida.

No entanto, esses dados iniciais mostram que James Webb é capaz de detectar sinais químicos fracos na luz de exoplanetas. Nos próximos meses, Webb estava preparada para virar seus espelhos para TRAPPIST-1eum planeta potencialmente habitável do tamanho da Terra a apenas 39 anos-luz da Terra.

Webb pode procurar biometria estudando e capturando planetas à medida que passam na frente de suas estrelas hospedeiras Luz das estrelas que flui através da atmosfera do planeta. Mas o Webb não foi projetado para procurar vida, então o telescópio só é capaz de examinar alguns dos mundos potencialmente habitáveis ​​mais próximos. Ele também pode detectar alterações feitas em Níveis de dióxido de carbono, metano e vapor de água na atmosfera. Enquanto certas combinações desses gases Pode sugerir vidaWebb é incapaz de detectar a presença de oxigênio não ligado, que é a indicação mais forte de vida.

Conceitos pioneiros para futuros telescópios espaciais, e ainda mais poderosos, incluem planos para bloquear a luz brilhante da estrela hospedeira da Terra para detectar a luz estelar refletida do planeta. Essa ideia é semelhante a usar a mão para bloquear a luz do sol para ver melhor algo à distância. Os futuros telescópios espaciais poderiam usar pequenas máscaras internas ou uma grande espaçonave semelhante a um pára-quedas para fazer isso. Uma vez que a luz das estrelas é bloqueada, é muito mais fácil estudar a luz refletida em um planeta.

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Existem também três enormes telescópios terrestres atualmente em construção que poderão procurar impressões digitais biométricas: Telescópio Gigante de MagalhãesO Telescópio de trinta metros e a telescópio muito grande europeu. Cada um é muito mais poderoso do que os telescópios da Terra e, embora obstruídos pela atmosfera da Terra que distorce a luz das estrelas, esses telescópios podem explorar as atmosferas dos mundos mais próximos em busca de oxigênio.

Animais, incluindo vacas, produzem metano, assim como muitos processos geológicos. Crédito da imagem: Jernej Furman/Wikimedia Commons, CC POR

É biologia ou geologia?

Mesmo usando os telescópios mais poderosos nas próximas décadas, os astrobiólogos só poderão detectar as poderosas bioassinaturas produzidas por mundos completamente alterados pela vida.

Infelizmente, a maioria dos gases liberados pela vida terrestre também pode ser produzida por processos não biológicos – vacas e vulcões liberam metano. A fotossíntese produz oxigênio, mas a luz solar também o faz quando divide as moléculas de água em oxigênio e hidrogênio. lá Uma boa chance para os astrônomos detectarem alguns falsos positivos Ao procurar uma vida distante. Para ajudar a descartar falsos positivos, os astrônomos precisarão entender um planeta interessante o suficiente para entender se ele é. Processos geológicos ou atmosféricos podem imitar uma bioassinatura.

A próxima geração de estudos de exoplanetas tem o potencial de transcender o nível de Evidência incomum Necessidade de provar a existência da vida. O primeiro lançamento de dados do Telescópio Espacial James Webb nos dá uma noção do progresso emocionante que está chegando em breve.Conversação

Chris EmbiDistinto Professor Universitário de Astronomia, Universidade do Arizona E a Daniel AbayProfessor de astronomia e ciências planetárias, Universidade do Arizona

Este artigo foi republicado de Conversação Sob uma Licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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