Bem-vindo de volta à nossa série Fermi Paradox, onde damos uma olhada nas possíveis soluções para a famosa pergunta de Enrico Fermi, “Onde estão todos?” Hoje, examinamos a possibilidade de que planetas capazes de sustentar vida sejam simplesmente raros.
Em 1950, o físico ítalo-americano Enrico Fermi sentou-se para almoçar com alguns de seus colegas no Laboratório Nacional de Los Alamos, onde havia trabalhado cinco anos antes como parte do Projeto Manhattan. De acordo com vários relatos, a conversa se voltou para alienígenas e a recente onda de OVNIs. Nisso, Fermi emitiu uma declaração que ficaria nos anais da história: “Onde estão todos?”
Isso se tornou a base do Paradoxo de Fermi, que se refere às estimativas de alta probabilidade para a existência de inteligência extraterrestre (ETI) e à aparente falta de evidências. Setenta anos depois, ainda não respondemos a essa pergunta, o que levou a muitas teorias sobre por que o “Grande Silêncio” perdura. Hoje, abordamos outro, que é a possibilidade de planetas com vida como a Terra serem muito raros.
Isso é o que é conhecido popularmente como “Hipótese da Terra Rara”, que argumenta que o surgimento da vida e a evolução da complexidade requerem uma combinação de condições astrofísicas e geológicas que simplesmente não são comuns em nosso Universo. Isso contradiz as noções anteriormente defendidas por cientistas proeminentes e pesquisadores do SETI, que eram da opinião de que a Terra era típica de planetas rochosos localizados em todo o Universo.
Princípio de Copérnico
A prevalência assumida de vida inteligente é consistente com a ideia de um Universo isotrópico, o que significa que é o mesmo em todas as direções em uma escala macroscópica. Também é consistente com o Princípio de Copérnico, que argumenta que algo é amostrado aleatoriamente, é provável que seja representativo da maioria. No reino da astronomia e cosmologia, este princípio argumenta que planetas semelhantes à Terra são comuns em nosso Universo.
Mas e se esse não for o caso? E se a Terra não for realmente representativa do todo e estiver em uma classe reservada para poucos planetas? E se a Terra for um outlier? E se o “Pálido Ponto Azul” que todos conhecemos e amamos for ainda mais raro e precioso do que acreditamos? Dado o fato de que ainda não encontramos nenhuma evidência de inteligência extraterrestre (ETI) no Universo, este não parece o cenário mais plausível?
Origens
O termo “Terra Rara” leva o nome do livro Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe (2000), de Peter Ward e Donald E. Brownlee – professores de paleontologia e astronomia da Universidade de Washington (respectivamente). Ambos são membros do Programa de Astrobiologia da UW, e Brownlee foi até o principal investigador da missão de retorno de amostra de asteróide Stardust da NASA.
Conforme os autores o descrevem, o argumento da Terra Rara se resume a duas hipóteses centrais: uma, a vida microbiana é comum em sistemas planetários; e dois, a vida avançada (animais) é rara no Universo. Quando combinadas, essas duas hipóteses levam à conclusão inevitável de que planetas semelhantes à Terra evoluem de uma série de eventos e circunstâncias que são bastante raros, tornando a Terra um lugar muito especial.
Este argumento foi em resposta às suposições e preconceitos inerentes que os autores identificaram na Equação de Drake (criação do astrônomo Frank Drake e do famoso astrônomo / comunicador científico Carl Sagan), que essencialmente afirma que a vida inteligente deve ser abundante. Ward e Brownlee afirmaram que esta hipótese é certamente impressionante, mas questionou sua credibilidade:
“A solução para a Equação de Drake inclui suposições ocultas que precisam ser examinadas. Mais importante, ele assume que, uma vez que a vida se origina em um planeta, ela evolui para uma complexidade cada vez mais alta, culminando em muitos planetas no desenvolvimento da cultura. Certamente foi o que aconteceu em nossa Terra.”
“A vida se originou aqui há cerca de 4 bilhões de anos e depois evoluiu de organismos unicelulares para criaturas multicelulares com tecidos e órgãos, chegando ao clímax em animais e plantas superiores. É esta história de vida particular – de complexidade crescente até um grau de evolução animal – um resultado inevitável da evolução, ou mesmo comum? Poderia, de fato, ser um resultado muito raro?”
Uma questão de probabilidade
Para recapitular, Francis Drake compartilhou a equação que leva seu nome durante uma reunião nas instalações do Green Bank em 1961. O assunto dessa reunião foi a Busca por Inteligência Extraterrestre (SETI), que era um campo emergente na época. De acordo com Drake, a equação resultou de suas tentativas de criar uma agenda e abordar tudo o que os pesquisadores do SETI precisavam saber.
Matematicamente, a equação pode ser expressa da seguinte forma:
N = R * X FP X NE X FL X FI X FC X L
Onde N é o número de civilizações em nossa galáxia, R * é a taxa média de formação de estrelas, fp é a fração de estrelas que possuem planetas, ne é o número de planetas que podem suportar vida, fl é o número que desenvolverá vida , fi é o número que desenvolverá vida inteligente, fc é o número de civilizações avançadas e L é o tempo que essas civilizações teriam para transmitir seus sinais para o espaço.
Embora extensas pesquisas e pesquisas tenham ajudado os astrônomos a colocar restrições mais rígidas na Equação de Drake, a maioria de suas variáveis ainda está sujeita a muitas suposições e incertezas. Por exemplo, os astrônomos agora estimam que existem entre 250 e 500 bilhões de estrelas em nossa galáxia, que formam novas estrelas a uma taxa de cerca de três massas solares por ano.
A descoberta de mais de 4.000 planetas extrasolares nas últimas décadas também permitiu aos astrônomos ter uma noção muito melhor de quantas estrelas têm planetas e o número de planetas que provavelmente serão habitáveis. Na verdade, com base nos dados do Kepler, um estudo realizado em 2013 estimou que poderia haver até 40 bilhões de planetas do tamanho da Terra orbitando nas zonas habitáveis de suas estrelas, 11 bilhões dos quais orbitariam estrelas semelhantes ao Sol.
No entanto, ainda há uma grande incerteza na Equação de Drake, especialmente quando se trata do surgimento da vida, a taxa na qual a vida dará origem à vida inteligente e tudo o que se segue. Obviamente, a equação pretendia servir como um argumento probabilístico e ilustrar os tipos de desafios que os pesquisadores do SETI enfrentaram, principalmente pela identificação das variáveis incertas.
Equação de Terra Rara
Por causa disso, Ward e Brownlee apresentaram uma versão revisada da equação perto do final de seu livro.
N = N * X NE X FG X FP X FPM X FI X FC X FL X FM X FJ X FME
– N * é o número de estrelas na Via Láctea;
– ne é o número médio de planetas em HZ de uma estrela;
– fg é a fração de estrelas no HZ galáctico;
– fp é a fração de estrelas na Via Láctea com planetas;
– fpm é a fração dos planetas rochosos;
– fi é a fração de planetas habitáveis onde surge a vida microbiana;
– fc é a fração de planetas onde a vida complexa evolui;
– fl é a fração da vida de um planeta onde a vida complexa está presente;
– fm é a fração de planetas habitáveis com uma grande lua;
– fj é a fração de sistemas com grandes gigantes gasosos;
– fme é a fração de planetas com um baixo número de eventos de extinção.
Como você pode imaginar, muitos desses mesmos parâmetros também estão sujeitos a suposições. Mas usando a Terra como modelo e empregando o Princípio de Copérnico, é fácil ver como seria difícil encontrar planetas que atendessem a todos os critérios listados acima. Além disso, Ward e Brownlee listam três outros fatores que eram peculiares à Terra e que se acredita terem contribuído para o surgimento e evolução da vida.
Primeiro, há a presença de placas tectônicas, que têm sido fundamentais para a estabilidade climática aqui na Terra. Graças a uma abundância de isótopos radioativos abaixo da crosta terrestre, há calor suficiente para manter o manto em um estado viscoso e conduzir as placas tectônicas. Esse processo é o que permite o sequestro de carbono (na forma de rochas carbonáticas) e a liberação periódica de CO2 por meio da atividade vulcânica.
Isso garantiu um nível relativamente estável de CO2 em nossa atmosfera ao longo do tempo, o que ajudou a garantir um certo grau de estabilidade climática e que as temperaturas médias permaneceram dentro de faixas toleráveis. Em segundo lugar, Ward e Brownlee citaram evidências geológicas que indicaram que duas vezes na história do nosso planeta, a Terra estava muito fria e coberta de gelo.
Essas épocas de “bola de neve” ocorreram há cerca de 2,2 bilhões e 635 milhões de anos atrás, ambas coincidindo com desenvolvimentos importantes na vida terrestre. Para o primeiro, a glaciação coincidiu com a evolução da vida fotossintética, que reduziu drasticamente os gases de efeito estufa na atmosfera ao metabolizar e liberar oxigênio – também conhecido como. o Grande Evento de Oxigenação (cerca de 2,4 a 2,0 bilhões de anos atrás).
O último período Snowball coincidiu com a Explosão Cambriana (ca. 570 e 530 milhões de anos atrás) que foi caracterizada por uma explosão de diversificação de espécies e o aparecimento de quase todas as linhagens de animais que existem hoje. Em outras palavras, dois eventos-chave na evolução da vida na Terra parecem ter seguido (ou estar associados a) um período Snowball Earth.
Terceiro, Ward e Brownlee discutiram a ideia então popular de que a vida bacteriana pode ter evoluído em Marte antes da Terra, devido ao fato de ter esfriado antes. Como Marte também tem gravidade mais baixa, o material ejetado produzido por impactos de asteróides poderia ter atingido a Terra na forma de meteoritos, semeando a Terra com vida. Se for verdade, um planeta rochoso que não tem um planeta semelhante a Marte ao lado teria menos probabilidade de desenvolver vida.
Críticas
Embora a hipótese de terras raras seja atraente de várias maneiras, os críticos apontaram uma série de falhas. Para começar, milhares de exoplanetas foram descobertos desde que Ward e Brownlee compartilharam sua teoria, o que permitiu aos astrônomos obter uma melhor compreensão dos tipos de planetas que existem lá fora.
Por exemplo, dos 4.197 exoplanetas que foram confirmados em 3.109 sistemas estelares, 1.456 foram rochosos – 1.296 Superterras e 160 do tamanho da Terra. No caso das estrelas anãs vermelhas, os planetas rochosos parecem ser muito comuns. Os exemplos incluem Proxima b, o exoplaneta mais próximo de nosso Sistema Solar, e os sete planetas rochosos de TRAPPIST-1 (três dos quais orbitam com a zona habitável da estrela).
Em segundo lugar, o estudo de exoplanetas e corpos dentro do Sistema Solar mostrou que Ward e Brownlee estavam incorretos em algumas de suas suposições sobre as placas tectônicas. Por exemplo, eles alegaram que não havia evidência de atividade semelhante em corpos dentro do Sistema Solar, mas a missão New Horizons revelou características em Plutão e Caronte (sua maior lua) que são indicativas de tectônica gelada.
Também existem várias linhas de evidência que indicam que Marte, considerado em grande parte geologicamente inativo hoje, experimentou placas tectônicas no passado. Essa evidência inclui a “dicotomia marciana”, que se refere ao nítido contraste de elevação entre os hemisférios norte e sul. Luas como Europa também experimentaram subducção e renovação em suas superfícies geladas.
Além disso, não está claro se as placas tectônicas são ou não necessárias para a existência de vida. Embora tenha desempenhado um papel na evolução da vida desde o seu início, há 3 bilhões de anos, época em que os organismos fotossintéticos já haviam surgido. Da mesma forma, pesquisas recentes descobriram que os planetas que não têm placas tectônicas (também conhecidos como planetas com “tampa estagnada”) podem reter calor suficiente para serem habitáveis.
Terceiro, não está claro se a presença de uma grande Lua é necessária ou não para que a vida surja em um planeta rochoso. Além disso, pesquisas recentes mostraram que o impactador que criou a Lua (consistente com a Hipótese do Impacto Gigante) poderia ter se formado em uma órbita estável no Ponto Lagrange da Terra, o que significaria que a existência de grandes luas pode não ser tão rara como se pensava anteriormente .
Outro parâmetro-chave, a existência de um planeta do tamanho de Júpiter em um sistema externo, também foi examinado. No passado, os astrônomos acreditavam que a órbita de Júpiter evitava que impactadores de grande escala chegassem à Terra (evitando, assim, eventos de extinção). Mas estudos mais recentes mostraram que a influência gravitacional de Júpiter pode ter realmente causado mais impactos do que prevenido.
Além de tudo isso, os cientistas questionaram a definição de “zona habitável” nos últimos anos, com alguns sugerindo que poderia ser muito mais restrita do que se pensava anteriormente. Outra pesquisa indicou que planetas habitáveis também podem ser encontrados em órbitas mais longas, indicando que os HZs são realmente mais largos. Também é possível que a Terra não represente o auge da habitabilidade e pode haver uma classe de mundos “superhabitáveis”.
Uma pesquisa considerável também foi dedicada a como nossa própria noção de habitabilidade é baseada inteiramente no período geológico atual da Terra. Em muitas conjunturas no passado, as condições atmosféricas e climáticas eram significativamente diferentes na Terra do que são hoje. No entanto, acredita-se que essas condições tenham sido essenciais para a evolução da vida em diferentes estágios.
Conclusão
Como a Equação de Drake, o Paradoxo de Fermi e todas as tentativas de resolvê-los, a Hipótese de Terras Raras está sujeita à incerteza. A razão para isso é simples: a humanidade conhece apenas um planeta onde existe vida (Terra). Ter apenas esse modelo nos limita severamente quando se trata de procurar vida, que pode existir em uma variedade de ambientes e condições químicas.
Para começar, é uma conclusão precipitada que a vida precisaria de água para prosperar, já que esse é o caso aqui na Terra. No entanto, o estudo de exoplanetas (particularmente aquelas estrelas anãs vermelhas em órbita) indicou que esses planetas podem ter uma superabundância de água. Da mesma forma, a presença de gás oxigênio não é uma garantia de que um planeta tenha vida, especialmente porque o gás oxigênio é tóxico para muitas formas de vida
Usando a lua de Saturno, Titã, como modelo, alguns cientistas argumentaram que poderia existir vida metanogênica em nosso Universo. Extremófilos, como aqueles que vivem em torno de fontes hidrotermais no fundo do oceano, também indicam que a vida pode emergir e prosperar em ambientes extremos. Os muitos “mundos oceânicos” que existem em nosso Sistema Solar também podem ser uma indicação de que planetas rochosos podem não ser o melhor lugar para procurar vida.
No final, não saberemos com certeza se existe vida lá fora (e em que condições ela pode existir) até que comecemos a encontrar alguma! A parte da beleza é que só precisamos encontrá-la uma vez para que o Paradoxo de Fermi seja resolvido. Além disso, cada forma de vida e ambiente portador de vida que descobrimos expandirá nossa definição de vida ou servirá para reforçá-la.
Escrevemos muitos artigos interessantes sobre o Paradoxo de Fermi, a Equação de Drake e a Busca por Inteligência Extraterrestre (SETI).
Publicado em 08/11/2020 20h28
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