Cientistas analisam possível vegetação em exoplanetas do sistema TRAPPIST-1

A descoberta do sistema planetário TRAPPIST-1 no início deste ano gerou bastante tumulto entre os caçadores de planetas e astrobiólogos. O sistema contém sete mundos que se pensa serem de tamanho da Terra e rochosos, com três dos planetas orbitando na zona habitável da estrela. Embora ainda não se conheça muito sobre as condições nestes mundos, a perspectiva de encontrar a vida em pelo menos um desses planetas é intrigante – e um grupo de cientistas agora está dizendo que a descoberta poderia abrir novas perspectivas na investigação de climas planetários de exoplanetas do tamanho da Terra.

Pesquisadores da Europa desenvolveram um novo modelo para estudar se a água líquida poderia ser mantida em superfícies planetárias em diversas condições. Seu modelo considera o efeito da distribuição terra / oceano e até mesmo a fração de vegetação que poderia cobrir a superfície de um planeta. Em suas descobertas, um planeta – TRAPPIST-1d – se destacou como potencialmente o planeta mais habitável nesse sistema.

Tommaso Alberti, físico da Universidade da Calábria na Itália,escreveu em um e-mail para o site Seeker:

Podemos investigar as principais características de cada planeta usando um modelo simples, particularmente útil quando poucas informações são conhecidas sobre características planetárias, pois para modelos mais complexos precisamos conhecer vários recursos planetários.

Alberti e seus colegas dizem em seu artigo que seu modelo é um simples modelo de equilíbrio energético de clima-vegetação. Eles o usaram para estudar os sete planetas TRAPPIST-1, a fim de determinar sua dependência climática em três coisas: o albedo global (ou seja, a energia da estrela que se reflete de volta ao espaço do planeta), a fração da vegetação que poderia cobrir suas superfícies , e as diferentes condições de efeito estufa.

A equipe escreveu em seu artigo:

O modelo nos permite investigar se a água líquida pode ser mantida nas superfícies planetárias (ou seja, definindo uma” zona de água de superfície) em diferentes condições planetárias, com ou sem a presença de efeito estufa.

Determinar a potencial habitabilidade de um exoplaneta em específico é mais complicado do que descobrir se o planeta está na zona habitável da estrela hospedeira. Numerosas outras características influenciam a questão, como mostram os planetas em nosso próprio sistema solar. Embora Vênus, Terra e Marte sejam considerados como estando na zona habitável do Sol, a Terra é atualmente o único planeta habitável – por padrões humanos, de qualquer maneira. A atmosfera de efeito estufa desenfreado em Vênus é muito grossa para sustentar a vida como a conhecemos, enquanto a atmosfera fina de Marte não permite que a água líquida permaneça na superfície do planeta.

Na Terra, sabemos que em todos os lugares há água, há vida. Mas mesmo que os planetas de TRAPPIST-1 sejam do tamanho da Terra, com alguns planetas na zona habitável, as condições nesse sistema planetário são muito diferentes das nossas. Os sete planetas orbitam bastante perto de sua estrela anã vermelha ultra-fria, com órbitas que duram entre 1,5 a 20 dias, em comparação com os 365 dias da Terra. Devido ao fato deles estarem tão perto de sua estrela, os planetas provavelmente estão bloqueados em suas rotações, com um lado sempre de frente para a estrela. Isso significa que as condições podem variar amplamente de um lado do planeta para o outro. Além disso, a estrela produz diferentes comprimentos de onda da luz do que o nosso Sol. TRAPPIST-1 é muito mais vermelha, e emite comprimentos de onda mais longos, inclusive aqueles próximos do infravermelho.

Então, como você pode tentar responder a uma pergunta complicada, como o potencial habitabilidade, com tantas variáveis? Alberti e seus colegas reagiram a este problema, tornando o modelo tão simples quanto possível.

A equipe de pesquisa disse que uma das desvantagens do uso de modelos climáticos detalhados é o grupo necessariamente grande de pressupostos das condições atmosféricas e da superfície. Então, eles usaram um modelo de equilíbrio de energia simples de dimensão zero, o que permite a extração de informações globais sobre a evolução do clima, usando o conhecimento real sobre o sistema planetário.

Modelos de equilíbrio de energia zero-dimensionais foram utilizados para estudar o clima da Terra. Tais modelos consideram separadamente  as características de um único planeta, em vez de usar um modelo mais amplo para todo o sistema solar. Mais especificamente, o modelo usa o planeta como um único ponto, usando uma temperatura global média.

Alberti diss:

O termo zero-dimensional está relacionado ao fato de que não levamos em consideração as variações latitudinais e longitudinais no balanço energético entre a radiação estelar recebida, que depende da distância estrela-planeta e da resultante radiação planetária, dependendo da vegetação (e assim por diante o albedo) e da composição atmosférica (e assim por diante o efeito estufa)

Este modelo tem a vantagem de transparência através de suposições mínimas, permitindo que estudos comparativos de modelos sejam estudados. Os pesquisadores analisaram várias situações, desde planetas completamente estéreis e rochosos, até condições parecidas com a Terra, negligenciando e considerando o efeito estufa, explorando diferentes climas possíveis e fazendo um estudo comparativo dos climas do sistema planetário TRAPPIST-1.

Alberti disse:

Somos capazes de investigar diferentes cenários para o sistema planetário TRAPPIST, que vão de planetas rochosos para planetas parecidos com a Terra, com condições de efeito estufa similares e / ou diferentes, e com o papel da vegetação na definição de um estado climático particular. Finalmente, definindo a zona da água de superfície, definida como a região circunstelar onde um planeta pode hospedar água líquida em sua superfície, mostramos que esta zona depende fortemente dos diferentes parâmetros do modelo e, em particular, da fração inicial da cobertura de vegetação, presença de oceanos e efeito estufa.

Alberti disse que é bem sabido que a vegetação é capaz de mudar o albedo planetário (ou seja, a fração da radiação incidental refletida de volta ao espaço) e consequentemente afetar a evolução da temperatura. Estudos anteriores demonstraram que, se a vegetação for generalizada o suficiente, afetaria as propriedades reflexivas de todo o planeta. O albedo em um planeta vegetativo é muito menor do que em um planeta não vegetativo.

Alberti e sua equipe já investigaram um modelo de equilíbrio energético com dois tipos de vegetação usando o famoso modelo Daisyworld, que é uma simulação computacional de 1983 que cria um mundo hipotético coberto com margaridas brancas ou margaridas pretas para estudar elementos no sistema Terra-Sol .

O pesquisador explicou:

Nesse estudo, descobrimos que a vegetação é um dos principais comentários que afetam a evolução da temperatura, juntamente com o efeito de estufa. Além disso, um oceano versus terra também tem um grande efeito, pois os oceanos têm um albedo muito baixo.

Ao definir a zona da água de superfície, definida como a região circunstelar onde um planeta pode hospedar água líquida em sua superfície, mostramos que esta zona é fortemente dependente dos diferentes parâmetros do modelo e, em particular, da fração inicial da cobertura da vegetação, da presença de oceanos e do efeito estufa.

A equipe disse que determinou que os planetas externos (f, g e h) dão muito frios e não podem hospedar água líquida em suas superfícies. Mas eles descobriram que os três planetas “internos” – TRAPPIST1-b, c e d – parecem ter capacidade para manter a água nas suas superfícies.

No entanto, o quarto planeta, TRAPPIST-1d, foi considerado o mais estável de uma perspectiva semelhante à da Terra, “uma vez que reside na zona de água de superfície para uma ampla gama de valores razoáveis ​​dos parâmetros do modelo”.

Esse resultado difere de um artigo que surgiu no início deste ano, o qual usou um modelo tridimensional mais detalhado, que levou em consideração uma variedade de gases de efeito estufa e mostrou que o melhor candidato para um planeta coberto de oceano habitável seria TRAPPIST1-e. A equipe de Alberti disse que seu modelo mostrou que os oceanos de água só poderiam existir no planeta “e” com condições de efeito de estufa diferentes da Terra.

Mas em seu artigo, Alberti e seus colegas permitiram que o efeito de estufa fosse devidamente considerado, pois é um dos principais feedbacks na regulação do balanço de energia térmica. Eles estão procurando continuar suas pesquisas usando uma versão melhorada de seu modelo.

Alberti disse:

Em particular, estamos investigando uma versão bidimensional na qual as variações latitudinais e longitudinais estejam incluídas. Esses aspectos são cruciais para o sistema planetário TRAPPIST, porque os planetas são bloqueados em sua rotação, implicando um maior gradiente de temperatura entre os dois lados de cada planeta.

O uso de modelos como esse para conseguir esta informação sobre exoplanetas distantes é empolgante, porque, em teoria, o mesmo tipo de instrumentos a bordo de satélites que estudam Terra poderia ser usado para confirmar a presença de continentes e vegetação na superfície de mundos distantes. Assim como os satélites observam a luz refletida proveniente da Terra para determinarem o crescimento das plantações e a distribuição da água, instrumentos mais sofisticados e sensíveis poderiam observar as curvas de luz dos exoplanetas para determinarem mais detalhes sobre suas superfícies e atmosferas.

(Fonte)

n3m3