Ilustração de uma tempestade solar que atinge Marte e retira íons da atmosfera superior do planeta.
Crédito: NASA/GSFC
Quanto tempo pode um planeta rochoso parecido com Marte permanecer habitável, se orbitar uma estrela anã vermelha? É uma questão complexa, mas uma que a missão MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) da NASA pode ajudar a responder.
"A missão MAVEN diz-nos que Marte perdeu quantidades consideráveis da sua atmosfera ao longo do tempo, mudando a habitabilidade do planeta," afirma David Brain, coinvestigador da MAVEN e professor do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado em Boulder, EUA. "Nós podemos usar Marte, um planeta que já conhecemos bastante bem, como laboratório para estudar planetas rochosos para lá do nosso Sistema Solar, os quais ainda não conhecemos tão bem."
Na reunião de outono da União Geofísica Americana de passado dia 13 de dezembro de 2017, em Nova Orleans, no estado norte-americano do Louisiana, Brain descreveu como as informações recolhidas pela sonda MAVEN podem ser aplicadas à habitabilidade de planetas rochosos em órbita de outras estrelas.
A MAVEN transporta uma série de instrumentos que têm sido usados para medir a perda atmosférica de Marte desde novembro de 2014. Os estudos indicam que Marte perdeu, ao longo do tempo, a maior parte da sua atmosfera para o espaço através de uma combinação de processos químicos e físicos. Os instrumentos da nave espacial foram escolhidos para determinar quanto cada processo contribui para a fuga total.
Nos últimos três anos, o Sol passou por períodos de atividade solar mais forte e mais fraca, e Marte foi afetado por tempestades solares, proeminências solares e ejeções de massa coronal. Estas condições variadas deram à MAVEN a oportunidade de observar o escape atmosférico intenso e fraco de Marte.
Brain e colegas começaram a pensar em aplicar estas ideias a um hipotético planeta parecido com Marte em órbita de uma estrela do tipo-M, ou anã vermelha, a classe mais comum de estrelas na nossa Galáxia.
Os investigadores fizeram alguns cálculos preliminares com base nos dados da MAVEN. Tal como em Marte, assumiram que este planeta podia estar situado na orla da zona habitável da sua estrela. Mas tendo em conta que uma anã vermelha é mais fraca do que o nosso Sol, um planeta na zona habitável teria que orbitar muito mais perto da estrela-mãe do que Mercúrio orbita o Sol.
O brilho de uma anã vermelha no ultravioleta extremo, combinado com a órbita próxima, significaria que o hipotético planeta seria atingido com cerca de 5 a 10 vezes mais radiação UV do que o real planeta Marte. Isto aumenta a quantidade de energia disponível para alimentar os processos responsáveis pela fuga atmosférica. Com base no que a MAVEN aprendeu, Brain e colegas estimaram como os processos individuais de escape responderiam ao aumento dos níveis de radiação UV.
Os seus cálculos indicam que a atmosfera do planeta podia perder 3 a 5 vezes mais partículas carregadas, um processo chamado escape de íons. Entre 5 e 10 vezes mais partículas neutras podiam ser perdidas através de um processo chamado escape fotoquímico, que acontece quando a radiação UV quebra moléculas na atmosfera superior.
Dado que seriam produzidas mais partículas carregadas, também haveria mais pulverização, outra forma de perda atmosférica. A pulverização acontece quando as partículas energéticas são aceleradas na atmosfera e empurram moléculas, expulsando algumas para o espaço e enviando outras contra as suas vizinhas, tal como uma bola num jogo de bilhar.
Finalmente, o planeta hipotético podia passar pelo mesmo processo de escape térmico, também chamado escape de Jeans. O escape térmico ocorre apenas para as moléculas mais leves como o hidrogênio. Marte perde o seu hidrogênio através de fuga térmica no topo da atmosfera. No exo-Marte, o escape térmico seria maior somente se o aumento da radiação UV empurrasse mais hidrogênio para o topo da atmosfera.
No total, as estimativas sugerem que a órbita na extremidade da zona habitável de uma calma estrela do tipo-M, em vez do nosso Sol, podia encurtar o período habitável do planeta por um fator de cerca de 5 a 20. Para uma estrela do tipo-M cuja atividade é ampliada como a de um demônio da Tasmânia, o período habitável seria reduzido por um fator de aproximadamente 1000 - reduzindo-o a um simples piscar de olhos em termos geológicos. Só as tempestades solares podiam bombardear o planeta com pulsos de radiação milhares de vezes mais intensos do que a atividade normal do nosso Sol.
No entanto, Brain e colegas consideraram uma situação particularmente desafiadora para a habitabilidade colocando Marte em torno de uma estrela de classe M. Um planeta diferente podia ter alguns fatores atenuantes - por exemplo, processos geológicos ativos que reabastecem a atmosfera até certo grau, um campo magnético que protege a atmosfera da erosão pelo vento estelar, ou um tamanho maior que fornece mais gravidade para segurar a atmosfera.
"A habitabilidade é um dos maiores tópicos da astronomia e estas estimativas demonstram uma maneira de alavancar o que sabemos acerca de Marte e do Sol para ajudar a determinar os fatores que controlam se os planetas de outros sistemas podem ser adequados para a vida," comenta Bruce Jakosky, investigador principal da MAVEN na Universidade do Colorado em Boulder.
Para receber a mesma quantidade de luz estelar que Marte recebe do nosso Sol, um planeta em órbita de uma estrela anã vermelha de classe-M teria que estar situado muito mais perto dela do que Mercúrio está do Sol.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
FONTE: ASTRONOMIA ONLINE
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