Todos nós sabemos que para ter vida no mundo, são necessários três itens essenciais: água, calor e comida. Agora adicione a isso um fator chamado “entropia”. Ele Desempenha um papel na determinação se um determinado planeta pode sustentar e desenvolver vida complexa.
O cientista Luigi Petraccone, pesquisador de química da Universidade de Nápoles, na Itália, analisou a entropia planetária. Ele está interessado em saber como os cientistas selecionam planetas que poderiam ser habitáveis. Ele lançou um artigo que examina algo chamado “produção de entropia planetária”. (PEP). Veja como funciona.
Um mundo habitável precisa de uma biosfera com coisas vivendo dentro dela. Toda a vida cresce e se expande, utilizando os recursos disponíveis de água, calor e alimentos. Acontece que a entropia ocorre dentro da biosfera mundial. E precisa de um PEP relativamente alto.
Isso aumenta a probabilidade de ter sistemas vivos complexos e significa que seria um bom alvo para exploração. E, de acordo com o artigo de Petraccone, não importa qual seja a base química dessa vida – seja carbono, silício ou algum outro elemento. O que importa é como a vida avança para uma complexidade maior.
O que é entropia?
Antes de mergulharmos no artigo de Petraccone, vamos falar sobre entropia. A definição do dicionário em física é: “uma quantidade termodinâmica que representa a indisponibilidade da energia térmica de um sistema para conversão em trabalho mecânico”.
A segunda lei da termodinâmica exige que o universo se mova em uma direção na qual a entropia aumenta.
Isso parece um pouco complexo, então vamos pensar na entropia como uma medida de aleatoriedade ou desordem num sistema. Um sistema ordenado tem energia exatamente suficiente para fazer as coisas que precisa.
Se produzir (ou ganhar) mais energia, isso será expresso em um estado de entropia mais elevado. Os seres vivos são altamente ordenados e requerem uma entrada constante de energia para manter um estado de baixa entropia.
Produzem resíduos e subprodutos e, claro, perdem energia como parte do processo da vida. Quanto mais energia entra em um sistema e subsequentemente é perdida por esse sistema para o ambiente, menos ordenadas e mais aleatórias as coisas ficam. Essencialmente, quanto maior se torna o seu estado de entropia.
A entropia na biologia entra em ação quando olhamos para os sistemas que contribuem para a vida em um planeta. Petraccone escreve:
“A extensão da produção de entropia é proporcional à capacidade de tais sistemas de dissipar energia livre e, assim, de “viver”, de evoluir, de crescer em complexidade. Geralmente, um certo limiar de produção de entropia deve ser excedido para o surgimento de estruturas auto-organizadas complexas. Assim, a produção de entropia pode ser considerada como o impulso termodinâmico que impulsiona o surgimento e a evolução da vida.”
Isso nos leva à “produção de entropia planetária” (PEP) que pode ajudar os cientistas a identificar planetas prováveis amigáveis à vida.
Os mais habitáveis serão aqueles onde a vida pode gerar mais entropia. Quanto mais complexas e dinâmicas forem as formas de vida, mais entropia produzirão e maior valor PEP manterão. Petraccone propõe que diferentes planetas terão maior ou menor potencial energético, prevendo quais planetas têm maior probabilidade de serem habitáveis.
Aplicando a produção de entropia planetária a uma busca de vida
Descobrir onde e se a vida acontece em um planeta é importante. Primeiro, ele precisa estar dentro da zona habitável circunstelar (CHZ) de sua estrela. É aí que a água pode existir na superfície em estado líquido.
Também importa onde o planeta orbita no CHZ. Se estiver muito próximo da borda interna, poderá perder toda a água que tiver devido ao aquecimento estelar (e ao efeito estufa descontrolado). Se estiver mais perto da borda externa, pode não ser tão hospitaleiro quanto na área central do CHZ. Além disso, um determinado planeta pode estar na parte perfeita da zona, mas tem outros desafios para sustentar uma biosfera.
Por que não procurar planetas em toda a CHZ? Existem diferenças termodinâmicas entre as bordas internas e externas do CHZ. A borda interna é mais vantajosa para o desenvolvimento de biosferas complexas.
Tanto a PEP como a energia livre disponível para planetas semelhantes à Terra aumentam com a temperatura estelar. Com essa informação, Petraccone e a sua equipe aplicaram os seus cálculos para avaliar o PEP e a energia livre para uma amostra selecionada de planetas habitáveis propostos.
Os cientistas também precisam descobrir o limite superior do valor PEP mundial e a energia livre correspondente que ele recebe em função da temperatura estelar e dos parâmetros orbitais planetários.
Petraccone escreve, por exemplo, que apenas planetas semelhantes à Terra no CHZ das estrelas G e F podem ter um valor PEP superior ao valor da Terra (Terra é o que usamos para comparação). Isso significa que provavelmente sustentariam vida, ao contrário dos planetas em outras partes da zona habitável.
Por que usar o PEP como justificativa para a habitabilidade planetária?
Curiosamente, entre os exoplanetas habitáveis recentemente propostos, os chamados “Hycean” mundos parecem ser os melhores candidatos termodinamicamente. Estes são planetas com oceanos de água líquida e atmosferas ricas em hidrogênio. Nosso planeta é um bom exemplo e pode ser usado como um “roteiro” para avaliação.
Os cientistas já estão estudando a melhor combinação entre terra e oceanos para um mundo habitável, usando a Terra como análogo. Situa-se perto da borda interna do CHZ do Sol, o que o coloca no lugar certo para ter um valor PEP mais alto.
Se presumirmos que o valor PEP da Terra é necessário para a vida, então isso permite que os cientistas planetários criem uma “zona habitável entrópica” (ou EHZ). Inclui a distância de uma estrela onde um planeta possui água líquida, além de um alto valor de PEP.
Aplicando esses critérios aos planetas, parece que os mundos em torno de estrelas de baixa massa não desenvolveriam um EHZ suficientemente elevado para sustentar a vida. Nem as estrelas M e K. No entanto, alguma fração dos mundos ao redor das estrelas F e G poderia pousar na “zona” da sorte e prosseguir para desenvolver a vida.
Selecionando esses possíveis planetas habitáveis
Hoje em dia vemos cada vez mais descobertas de exoplanetas em torno de estrelas próximas. Examiná-los todos em busca de vida é quase impossível. Portanto, os cientistas precisam de alguns critérios úteis para priorizar os alvos de estudo.
Juntamente com outros fatores, a produção de entropia parece ser um bom indicador de se um determinado mundo pode ou não acolher vida – e quão complexa é essa vida.
Curiosamente, uma grande vantagem de usar o PEP e a presença na zona habitável como forma de avaliar um mundo é que não requer suposições sobre a sua condição atmosférica. Nem estes fatores implicam quaisquer conclusões sobre a base química dos sistemas vivos em qualquer mundo.
Eles simplesmente fornecem uma maneira para os cientistas avaliarem um mundo enquanto examinam milhares de exoplanetas para estudos mais aprofundados.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
