A rotação dos planetas influencia a habitabilidade

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Em astronomia, a zona habitável é uma região do espaço em torno de uma estrela onde a água líquida pode ser encontrada na superfície de um planeta. Planetas e luas nessas regiões são os candidatos mais prováveis para serem habitáveis. Nosso sol tem uma temperatura de cerca de 5800K. Para as estrelas mais frias do que o nosso sol (anãs M, também conhecidas como anãs vermelhas, com temperaturas em torno de 3000-4000K) a região está mais perto. Para estrelas mais quentes (anãs A, com temperaturas de 10000K) a região está muito mais longe. Crédito: NASA.

Artigo traduzido de Astrobiology Magazine. Autor: Amanda Doyle

Atualmente conhecemos cerca de 2000, mas a maioria são gigantes gasosos inóspitos. Graças à missão Kepler da NASA, um punhado de planetas rochosos menores foi descoberto dentro das zonas habitáveis ​​de suas estrelas, e poderiam fornecer um nicho para a vida alienígena.

A zona habitável de uma estrela é tipicamente definida como o intervalo de uma estrela onde as temperaturas permitem que a água líquida exista sobre a superfície de um planeta. Na beira interior desta zona, o calor escaldante da estrela vaporiza a água do planeta para a atmosfera em um efeito estufa descontrolado. Na borda da zona habitável, as temperaturas são tão frias que nuvens de dióxido de carbono rebatem a pouca energia solar que chega, transformando o planeta num deserto gelado.

No entanto, este conceito é bastante simples. Na realidade, muitos outros fatores podem afetar a habitabilidade de um planeta. Uma nova pesquisa revelou que a taxa com que um planeta gira é fundamental em sua capacidade de suportar a vida. A rotação não só controla o comprimento do dia e da noite, mas também pode dar um puxão nos ventos que sopram através da atmosfera e influenciam a formação de nuvens.

A pesquisa foi aceita pelo Astrophysical Journal Letters e uma pré-publicação está disponível online em Arxiv.

A zona habitável tradicional está esboçada em azul, mostrando que Vênus está atualmente bem fora da zona. No entanto, para os planetas girando lentamente sob as condições atmosféricas adequadas, esta zona será estendida de modo que esteja muito mais próximo da estrela. Crédito de imagem: NASA.
A zona habitável tradicional está esboçada em azul, mostrando que Vênus está atualmente bem fora da zona. No entanto, para os planetas girando lentamente sob as condições atmosféricas adequadas, esta zona será estendida de modo que esteja muito mais próximo da estrela. Crédito de imagem: NASA.

A circulação de ar e as taxas de rotação

A radiação que a Terra recebe do Sol é mais forte no equador. O ar na região é aquecido até que sobe através da atmosfera e vai em direção aos polos do planeta, onde posteriormente esfria. Este ar frio desce através da atmosfera e é conduzido de volta em direção ao equador. Este processo de circulação da atmosfera é conhecido como Célula de Hadley.

Se um planeta está girando rapidamente, as Células de Hadley se limitam às baixas latitudes e são organizados em diferentes bandas que circundam o planeta. As nuvens tornam-se proeminentes nas regiões tropicais, que são importantes para refletir uma parte da luz de volta para o espaço. No entanto, para um planeta em uma órbita mais próxima em torno de sua estrela, a radiação recebida da estrela é muito mais extrema.

Isto vai diminuir a diferença de temperatura entre o equador e os polos e, finalmente, enfraquecer as Células de Hadley. O resultado é menos nuvens nas regiões tropicais disponíveis para proteger o planeta do intenso calor, e o planeta se torna inabitável.

Se, por outro lado, o planeta é um gira lentamente, então as Células de Hadley podem expandir-se para abranger todo o mundo. Isto porque a circulação atmosférica é aumentada devido à diferença de temperatura entre o lado do dia e da noite do planeta. Os dias e as noites são muito longos, de modo que a metade do planeta que é banhado por luz da estrela tem tempo de sobra para aproveitar o Sol. Em contraste, o lado noturno do planeta é muito mais frio, uma vez que foi protegido da estrela por algum tempo.

Uma Célula de Hadley é criada quando o ar quente sobe no equador e move-se para os pólos. O ar esfria e volta para o equador. Crédito: Lyndon State College Atmospheric Sciences.
Uma Célula de Hadley é criada quando o ar quente sobe no equador e move-se para os pólos. O ar esfria e volta para o equador. Crédito: Lyndon State College Atmospheric Sciences.

Esta diferença de temperatura é suficientemente grande para fazer com que o ar quente do lado do dia flua para o lado da noite, de uma maneira semelhante quando abrimos uma porta em um dia frio, o que resulta na fuga de ar quente a partir de uma sala aquecida. O aumento da circulação provoca mais nuvens no ponto subestelar, que é o ponto do planeta onde a estrela seria vista diretamente em cima, e onde a radiação é mais intensa. As nuvens no ponto subestelar em seguida cria um escudo a medida que a maioria da radiação nociva é refletida.

As nuvens de albedo elevadas podem permitir que um planeta permaneça habitável mesmo com níveis de radiação que se pensava serem muito altos, de modo que a borda interna da zona habitável é empurrada para muito mais perto da estrela.

“A rotação pode ter um efeito enorme, e vários planetas que se pensava anteriormente serem definitivamente não habitáveis agora podem ser considerados como candidatos”, diz Dorian Abbot, da Universidade de Chicago, e um co-autor do artigo.

Terra na órbita de Vênus

O estudo usou simulações de computador para mostrar que um planeta girando lentamente com a mesma composição atmosférica, massa e raio da Terra poderia ser potencialmente habitável, mesmo na distância de Vênus ao Sol. De acordo com os limites típicos de uma zona habitável, Vênus está situado mais perto do Sol do que a borda interna da zona. No estudo, o planeta simulado recebeu quase duas vezes mais radiação do que a Terra real recebe, e ainda a temperatura da superfície estava fria o suficiente para a vida prosperar devido às nuvens de blindagem.

Apesar da lenta rotação, o própria Vênus é na verdade um planeta escaldante, com uma atmosfera tão densa que esmagaria uma pessoa na superfície em segundos. Isso mostra que só porque um planeta está girando lentamente não significa automaticamente que ele é habitável: ele tem o potencial para ser habitável se existirem as condições adequadas.

Por exemplo, é possível que Vênus costumasse girar muito mais rápido, tendo dias mais curtos do que tem agora. A atmosfera de Vênus é enriquecida com deutério, o que indica que um oceano pode ter existido. Essa taxa de rotação rápida em um planeta tão próximo do Sol teria levado a um efeito estufa e a perda dos oceanos. No momento em que a rotação do planeta diminuiu para a sua taxa atual o dano já era irreversível.

Encontrar os rotadores lentos

Embora seja difícil medir as taxas de rotação do planeta, as futuras observações do Telescópio Espacial James Webb podem ser capazes de medir a rotação se as condições adequadas estiverem presentes. O Telescópio Espacial James Webb é um telescópio infravermelho que deve ser lançado em 2018, e será capaz de medir o nível de calor emitido por exoplanetas.

O telescópio seria capaz de medir a energia térmica emitida a partir de qualquer nuvem de albedo elevadas que são formadas ao longo do ponto subestelar. Uma temperatura extraordinariamente baixa do que se espera que seja o local mais quente do planeta pode indicar que o planeta é um rotador lento potencialmente habitável.

“Do espaço, a Terra parece que ter entre -70 e -50 graus Celsius em grandes regiões do Pacífico tropical ocidental por causa de nuvens altas lá, mesmo que a superfície tenha 30°C”, diz Abade.

Também é conhecido que muitos planetas que orbitam estrelas anãs M frias ou sofrem efeito de maré (o que significa que o mesmo lado do planeta enfrenta a estrela o tempo todo) ou são rotadores lentos.

Esta pesquisa enfatiza a importância de olhar além da zona habitável tradicional de planetas que poderiam abrigar vida, e verificar se os planetas que antes achávamos que eram muito quentes pode realmente ter direito à vida.

 

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