A última pesquisa da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, aponta que muitos exoplanetas anteriormente considerados como “candidatos habitáveis”, mesmo que estejam localizados na zona habitável de suas estrelas e tenham temperaturas de superfície adequadas para a existência de água líquida, ainda são muito provavelmente completamente inadequados para a vida se forem muito áridos.
A equipe de pesquisa descobriu que para um planeta rochoso semelhante em tamanho ao da Terra, a fim de manter um ambiente de superfície estável e habitável ao longo de uma longa escala de tempo geológico, seu volume de água superficial precisa atingir pelo menos cerca de 20% a 50% do volume total dos oceanos da Terra. Isto significa que um grande número dos chamados "planetas desérticos" - mesmo que as suas órbitas estejam na posição "certa" - estão provavelmente longe de serem adequados para sustentar a vida em termos de recursos hídricos.
Até o momento, os astrônomos confirmaram mais de 6.000 exoplanetas e espera-se que existam bilhões de objetos semelhantes em toda a Via Láctea. Uma parte significativa dela cai dentro da zona habitável da estrela, onde as temperaturas teoricamente permitem a existência de água líquida. Contudo, a equipa da Universidade de Washington sublinha que estar “no lugar certo” é apenas parte da equação; o planeta ainda precisa de ter um mecanismo de regulação climática estável a longo prazo, e isso depende em grande parte da forma como a água interage com a litosfera e a atmosfera.
Haskell White-Giannella, o primeiro autor do artigo e estudante de doutoramento em ciências da terra e do espaço, disse que ao procurar vida no vasto universo e nos recursos de observação limitados, devemos aprender a “filtrar” alguns alvos planetários de uma forma direcionada. Este estudo centra-se em planetas áridos com reservas de água superficial extremamente baixas, muito menos do que o oceano inteiro da Terra, para avaliar se podem realmente ser habitáveis.
Os resultados da pesquisa foram publicados no Planetary Science Journal. O núcleo está no processo chave do ciclo geológico planetário do carbono. Na Terra, este ciclo impulsionado pela água transporta carbono entre a atmosfera e o interior do planeta ao longo de milhões de anos, ajudando a regular as temperaturas globais da superfície.
Na Terra, os vulcões liberam dióxido de carbono na atmosfera, que então se dissolve na água da chuva. A água da chuva reage quimicamente com as rochas superficiais e os rios transportam materiais carbonáceos para o oceano, onde são depositados no fundo do mar. Juntamente com os movimentos das placas tectónicas, a crosta oceânica rica em carbono foi subduzida por baixo dos continentes e, durante processos como a construção de montanhas, o carbono foi trazido de volta à superfície durante um longo período de tempo.
No entanto, se um planeta não tiver água suficiente para sustentar chuvas constantes e generalizadas, este “termostato” do ciclo do carbono entra em colapso. À medida que a precipitação e o desgaste enfraquecem, a eficiência com que o dióxido de carbono é “extraído” da atmosfera diminui significativamente, enquanto a libertação vulcânica continua. O resultado é que o dióxido de carbono na atmosfera continua a acumular-se, o efeito de estufa aumenta, a temperatura aumenta ainda mais e a água restante evapora a um ritmo acelerado, formando em última análise um ciclo vicioso que torna a superfície do planeta demasiado quente e inabitável.
White-Giannella apontou que isso significa que mesmo planetas secos semelhantes à Terra localizados na zona habitável provavelmente não são alvos ideais para a busca por vida. O estudo também lembra que em trabalhos teóricos anteriores, o mecanismo do ciclo do carbono em planetas áridos tem sido relativamente carente de exame sistemático, o que pode tornar as pessoas excessivamente otimistas sobre o potencial habitável dos “exoplanetas desérticos”.
Dado que a observação direta de exoplanetas rochosos ainda é extremamente difícil, os cientistas baseiam-se frequentemente em simulações numéricas para explorar a sua evolução climática a longo prazo e as características do ciclo da água. Neste trabalho, a equipa de investigação melhorou o modelo existente do ciclo do carbono, recaracterizou processos-chave como a evaporação e a precipitação, especialmente para ambientes áridos, e introduziu factores que eram frequentemente ignorados no passado, como o impacto dos campos eólicos na distribuição do vapor de água e na eficiência da evaporação.
Joshua Krissanson-Totten, coautor do artigo e professor assistente do Departamento de Ciências da Terra e do Espaço da Universidade de Washington, disse que este tipo de modelo refinado do ciclo do carbono "baseado em mecanismo" foi originalmente usado para compreender a evolução climática e a regulação da temperatura da Terra em sua longa história geológica, e agora está sendo estendido ao estudo de exoplanetas. Os novos resultados mostram que mesmo que um planeta árido tenha uma certa quantidade de água superficial nas fases iniciais, terá uma grande probabilidade de perder água devido a um desequilíbrio no ciclo do carbono nas fases posteriores, evoluindo de um mundo potencialmente habitável para um “planeta desequilibrado” quente e inabitável.
A pesquisa também voltou sua atenção para um “experimento natural” próximo: Vênus. Vénus é semelhante em tamanho à Terra e formou-se na mesma época, e alguns modelos até sugerem que pode ter tido tanta água como a Terra nos seus primeiros dias. No entanto, hoje a temperatura da superfície de Vênus é comparável à de um forno de pizza a lenha, e a pressão na superfície é tão alta que “parece que dez baleias azuis estão pressionando-a ao mesmo tempo”.
A comunidade científica há muito debate por que a Terra e Vênus seguiram caminhos evolutivos tão diferentes. White-Giannella e Crisanson-Totten propuseram que Vênus pode ter desencadeado um desequilíbrio no ciclo do carbono e um processo de efeito estufa descontrolado precocemente porque estava mais perto do Sol e tinha uma quantidade inicial de água ligeiramente menor. À medida que o dióxido de carbono continua a acumular-se na atmosfera e a temperatura aumenta gradualmente, uma grande quantidade de água acaba por ser perdida e a vida, se já existiu, perde o seu habitat.
Nos próximos anos, espera-se que múltiplas missões a Vénus respondam a este “mistério do planeta irmão” e testem as principais inferências do modelo do ciclo do carbono mencionado acima. White-Giannella acredita que embora seja quase impossível para os humanos pousarem na superfície de qualquer exoplaneta real no tempo previsível, Vênus – “o análogo mais próximo de exoplanetas semelhantes à Terra” – fornece uma janela única.
A equipa de investigação espera que os dados destas missões ajudem a verificar o quadro teórico do desequilíbrio do ciclo do carbono em planetas áridos e sejam utilizados para interpretar as características atmosféricas e os estados evolutivos de exoplanetas distantes. Krissanson-Totten observou que esta investigação tem implicações importantes na forma como avaliamos o “inventário real” de planetas potencialmente habitáveis no Universo. Muitos alvos que antes eram classificados como “candidatos habitáveis” provavelmente serão reclassificados sob critérios mais rigorosos de conteúdo de água e ciclo de carbono.