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Como a química ajuda a revelar oceanos em planetas distantes?

·4 min de leitura
Como a química ajuda a revelar oceanos em planetas distantes?
Como a química ajuda a revelar oceanos em planetas distantes?

Um estudo publicado no Astrophysical Journal Letters indica como os produtos químicos na atmosfera de um exoplaneta podem, em alguns casos, revelar se a temperatura em sua superfície é muito alta para a existência de água em estado líquido.

Em nosso sistema solar, os planetas são pequenos e rochosos (como a Terra) ou grandes e gasosos (como Netuno). No entanto, em torno de outras estrelas, foram encontrados mundos ligeiramente maiores do que a Terra, mas menores do que Netuno. E esses planetas podem ter superfícies rochosas ou oceanos de água líquida, mas a maioria provavelmente terá atmosferas muitas vezes mais espessas que a da Terra e opacas.

Planetas que têm entre 1,7 e 3,5 vezes o diâmetro da Terra são chamados de “sub-Netunos”. Não há planetas nessa faixa de tamanho no sistema solar da Terra, mas os cientistas acreditam que muitos sub-Neptunos têm atmosferas densas, potencialmente encobrindo superfícies rochosas ou oceanos líquidos. Imagem: NASA / JPL-Caltech
Planetas que têm entre 1,7 e 3,5 vezes o diâmetro da Terra são chamados de “sub-Netunos”. Não há planetas nessa faixa de tamanho no sistema solar da Terra, mas os cientistas acreditam que muitos sub-Neptunos têm atmosferas densas, potencialmente encobrindo superfícies rochosas ou oceanos líquidos. Imagem: NASA / JPL-Caltech

Nesse novo estudo, os pesquisadores mostram como a química dessas atmosferas pode revelar pistas sobre o que está por baixo – especificamente, quais planetas são quentes demais para suportar oceanos de água líquida.

Como a água líquida é um ingrediente necessário para a vida como a conhecemos, essa técnica pode ajudar os cientistas a restringir sua busca por exoplanetas potencialmente habitáveis.

Mais de 4,5 mil exoplanetas foram confirmados em nossa galáxia, além de mais de 7,7 mil candidatos ainda a serem confirmados. Mas estima-se que existam centenas de bilhões deles.

Estudo de perfis químicos ajudam a identificar possibilidade de água líquida

Alguns telescópios espaciais da Nasa equipados com espectrômetros podem revelar a composição química da atmosfera de um exoplaneta.

Um perfil químico da Terra, por exemplo, não seria capaz de revelar fotos de animais ou humanos na superfície do planeta, mas mostraria dióxido de carbono e metano produzidos por mamíferos e oxigênio produzido por árvores. Nenhum desses produtos químicos, por si só, seria um sinal de vida, mas, em combinação, eles apontariam para a possibilidade de que nosso planeta seja habitado.

No novo artigo, os pesquisadores mostram quais produtos químicos podem apontar para oceanos ocultos em exoplanetas entre 1,7 e 3,5 vezes o diâmetro da Terra. Como Netuno tem cerca de quatro vezes o diâmetro da Terra, esses planetas podem ser chamados de “sub-Netunos”.

Uma espessa atmosfera em um planeta sub-Netuno reteria o calor na superfície e aumentaria a temperatura. Se a atmosfera atingir um certo limite – normalmente cerca de 770ºC – ela passará por um processo chamado equilíbrio termoquímico, que muda seu perfil químico.

Depois que ocorre o equilíbrio termoquímico – e assumindo que a atmosfera do planeta é composta principalmente de hidrogênio, o que é típico de exoplanetas gasosos -, o carbono e o nitrogênio estarão predominantemente na forma de metano e amônia.

Esses produtos químicos estariam faltando em uma atmosfera mais fria e mais fina, onde o equilíbrio termoquímico não ocorreu. Nesse caso, as formas dominantes de carbono e nitrogênio seriam dióxido de carbono e moléculas de dois átomos de nitrogênio.

Um oceano de água líquida sob a atmosfera deixaria sinais adicionais, de acordo com o estudo, incluindo a ausência de quase toda amônia perdida, que seria dissolvida no oceano.

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O gás amônia é altamente solúvel em água, dependendo do pH do oceano (seu nível de acidez). Em uma ampla gama de níveis plausíveis de pH oceânico, os pesquisadores descobriram que a atmosfera deveria estar virtualmente livre de amônia quando há um oceano embaixo dela.

Além disso, haveria mais dióxido de carbono do que monóxido de carbono na atmosfera. Em contraste, após o equilíbrio termoquímico, deve haver mais monóxido de carbono do que dióxido de carbono, se houver quantidades detectáveis ​​de qualquer um deles.

“Se virmos as assinaturas do equilíbrio termoquímico, concluiremos que o planeta é quente demais para ser habitável”, disse Renyu Hu, pesquisador do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da Nasa, que liderou o estudo. “Vice-versa, se não virmos a assinatura do equilíbrio termoquímico e também as assinaturas do gás dissolvido em um oceano de água líquida, nós consideraremos como uma forte indicação de habitabilidade”.

James Webb pode identificar equilíbrio termoquímico de planetas

O telescópio espacial James Webb da Nasa, com lançamento previsto para 18 de dezembro, carregará um espectrômetro capaz de estudar a atmosfera de exoplanetas.

Telescópio James Webb tem capacidade de identificar sinais de equilíbrio termoquímico em atmosferas sub-Netuno Imagem: Vadim Sadovski – Shutterstock
Telescópio James Webb tem capacidade de identificar sinais de equilíbrio termoquímico em atmosferas sub-Netuno Imagem: Vadim Sadovski – Shutterstock

Cientistas como Hu trabalham para prever que tipos de perfis químicos Webb verá nessas atmosferas e o que eles podem revelar sobre esses mundos distantes. O observatório tem a capacidade de identificar sinais de equilíbrio termoquímico em atmosferas sub-Netuno – em outras palavras, sinais de um oceano escondido – conforme identificado no artigo.

À medida que Webb descobrir novos planetas ou fizer estudos mais aprofundados de planetas conhecidos, essa informação pode ajudar os cientistas a decidir quais deles são dignos de observações adicionais, especialmente se os pesquisadores querem ter como alvo planetas que possam abrigar vida.

“Não temos evidências de observação direta para nos dizer quais são as características físicas comuns dos sub-Neptunos”, disse Hu. “Muitos deles podem ter atmosferas de hidrogênio massivas, mas alguns ainda podem ser planetas oceânicos. Espero que este artigo motive muito mais observações em um futuro próximo para descobrir”, finalizou.

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