A autora principal Sarah Hörst, à direita, e o investigador Chao He examinam amostras de atmosferas simuladas numa câmara, onde estão armazenadas para evitar a contaminação pela atmosfera da Terra.
Crédito: Will Kirk/JHU
Os cientistas realizaram as primeiras experiências laboratoriais sobre a formação de neblina em atmosferas exoplanetárias simuladas, um passo importante para a compreensão das próximas observações de planetas para lá do Sistema Solar com o Telescópio Espacial James Webb.
As simulações são necessárias para estabelecer modelos de atmosferas de mundos distantes, modelos que podem ser usados para procurar sinais de vida fora do Sistema Solar. Os resultados foram publicados a semana passada na Nature Astronomy.
"Uma das razões pelas quais estamos a começar a fazer este trabalho é entender se a presença de uma camada de neblina nestes planetas os torna mais ou menos habitáveis," comenta a autora principal do artigo, Sarah Hörst, professora assistente de Ciências Planetárias e da Terra na Universidade Johns Hopkins.
Com os telescópios disponíveis atualmente, os cientistas e astrônomos podem aprender quais os gases que compõem as atmosferas dos exoplanetas.
"Cada gás tem uma impressão digital única," explica Hörst. "Se medirmos uma faixa espectral suficientemente grande, podemos observar como todas as impressões digitais se sobrepõem umas às outras."
No entanto, os telescópios atuais não funcionam tão bem para todos os tipos de exoplanetas. Ficam aquém para exoplanetas que têm atmosferas nubladas. A neblina consiste de partículas sólidas suspensas em gás, alterando a forma como a luz interage com o gás. Este "silenciamento" de impressões espectrais torna mais desafiadora a medição da composição atmosférica.
Hörst pensa que esta investigação pode ajudar a comunidade científica exoplanetária a determinar quais os tipos de atmosferas que provavelmente serão nubladas. Com a neblina a complicar a capacidade do telescópio em mostrar aos cientistas os gases que compõem a atmosfera de um exoplaneta - não as quantidades - a nossa capacidade para detetar vida noutros lugares torna-se um prospeto mais sombrio.
Os planetas maiores que a Terra e mais pequenos que Neptuno, chamados super-Terras e mini-Neptunos, são os tipos predominantes de exoplanetas, ou planetas para lá do nosso Sistema Solar. Dado que esta classe de planetas não existe no nosso Sistema Solar, o nosso conhecimento limitado torna-os mais difíceis de estudar.
Com o lançamento do Telescópio Espacial James Webb (em inglês James Webb Space Telescope, ou JWST), previsto para o final da primavera do próximo ano, os cientistas esperam poder examinar as atmosferas destes exoplanetas com mais detalhe. O JWST será capaz de olhar ainda mais para trás no tempo do que o Telescópio Espacial Hubble, com uma área de recolha de luz cerca de 6,25 vezes maior. Orbitando o Sol a pouco mais que 1,5 milhões de quilômetros da Terra, o JWST ajudará os investigadores a medir a composição das atmosferas exoplanetárias e até a procurar os blocos de construção da vida.
"Parte do que estamos a tentar ajudar as pessoas a descobrir é basicamente onde procurar," comenta Hörst sobre os usos futuros do Telescópio Espacial James Webb.
Dado que o nosso Sistema Solar não tem super-Terras ou mini-Neptunos para comparação, os cientistas não têm "verdades estabelecidas" para as atmosferas destes exoplanetas. Usando modelos de computador, a equipa de Hörst foi capaz de juntar uma série de composições atmosféricas que modelam super-Terras ou mini-Neptunos. Reuniram nove "planetas" diferentes, variando os níveis de três gases dominantes: dióxido de carbono, hidrogênio e vapor de água; quatro outros gases: hélio, monóxido de carbono, metano e azoto; e três séries de temperaturas.
A modelagem computacional propôs diferentes percentagens de gases, que os cientistas misturaram numa câmara e aqueceram. Ao longo de três dias, a mistura aquecida fluiu através de uma descarga de plasma, uma instalação que iniciou reações químicas dentro da câmara.
"A energia quebra as moléculas de gás com que começamos. Reagem umas com as outras e produzem coisas novas, às vezes fazem uma partícula sólida [criando neblina] e às vezes não," observa Hörst.
Acrescenta: "A questão fundamental para este trabalho foi: em quais destas misturas gasosas - quais destas atmosferas - esperamos ter neblina?"
Os investigadores descobriram que as nove variantes produziram neblina em quantidades variáveis. A surpresa esteve nas combinações que produziram mais neblina. A equipa descobriu mais partículas de neblina em duas das atmosferas dominadas pela água.
"Nós há muito tempo que tínhamos esta ideia de que a química do metano era o único percurso verdadeiro para criar neblinas, e sabemos agora que isso não é verdade," explica Hörst, referindo-se a substâncias abundantes tanto no hidrogênio como no carbono.
Além disso, os cientistas descobriram diferenças nas cores das partículas, o que pode afetar a quantidade de calor preso na neblina.
"A presença de uma camada de neblina pode mudar a estrutura de temperatura de uma atmosfera," comenta Hörst. "Pode impedir com que os fótons altamente energéticos atinjam uma superfície."
Tal como a camada de ozônio que agora protege a vida na Terra de radiações prejudiciais, os cientistas especularam que uma camada primordial de neblina pode ter protegido a vida ao início. Tal pode ser importante na procura por vida.
Para o grupo de Hörst, os próximos passos envolvem a análise das diversas neblinas para ver como a cor e o tamanho das partículas afetam a forma como as partículas interagem com a luz. Também planeiam tentar outras composições, temperaturas e fontes de energia para examinar a composição da neblina produzida.
"As taxas de produção foram os primeiros passos do que será um longo processo na tentativa de descobrir quais as atmosferas com neblinas e qual o impacto das partículas," conclui Hörst.
Hörst usa uma lanterna para olhar para o interior de uma câmara laboratorial enquanto a experiência está ocorrendo, para ver se existe a formação de neblina.
Crédito: Will Kirk/JHU
FONTE: ASTRONOMIA ONLINE
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