20/01/2023 - 10:03
Enquanto a Terra absorve muita energia do Sol, muito dela é refletida de volta ao espaço. A luz solar refletida da Terra é chamada em inglês de Earthshine. Podemos vê-la na parte escura da Lua durante um quarto crescente. O Farmer’s Almanac dizia que ela costumava ser chamada de “a Lua nova nos braços da Lua velha”.
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Earthshine é uma instância de planetshine, e quando olhamos para a luz de exoplanetas distantes, estamos olhando diretamente para o planetshine sem que ela reflita em outro objeto.
Se astrônomos distantes estivessem olhando para o brilho da Terra da mesma forma que olhamos para o brilho dos exoplanetas, a luz diria a eles que nosso planeta está cheio de vida?
Nos próximos anos, vários telescópios avançados entrarão em operação. Juntamente com o Telescópio Espacial James Webb (JWST), eles nos darão os tipos de imagens que os cientistas esperam ansiosamente há décadas. Graças ao Extremely Large Telescope do Observatório Europeu do Sul (ESO) e ao Giant Magellan Telescope, baseados em terra, e ao próximo telescópio espacial LUVOIR, entraremos em uma era de exoplanetas com imagens diretas. Os cientistas precisam se preparar para todas essas observações e dados a fim de que estejam preparados para interpretá-los.
Modelos precisos
Esses futuros telescópios permitirão aos astrônomos caracterizar cada vez mais exoplanetas semelhantes à Terra, esperamos. Mas a única maneira de nossas caracterizações desses planetas serem precisas é se nossos modelos forem precisos. Como a Terra é o único planeta que conhecemos que hospeda vida e o único planeta habitável com propriedades conhecidas, é nosso único caso de teste e o único recurso que os astrônomos têm para validar seus modelos.
É aí que entra a Earthshine.
Em um novo artigo, uma equipe de pesquisadores examinou como a Earthshine pode ser usado para construir modelos precisos de planetshine. O artigo é “Polarized Signatures of a Habitable World: Comparing Models of an Exoplanet Earth with Visible and Near-infrared Earthshine Spectra” (“Assinaturas polarizadas de um mundo habitável: comparando modelos de um exoplaneta Terra com espectros de brilho terrestre visíveis e infravermelhos”, em tradução livre). O principal autor é Kenneth Gordon, pós-graduando do Grupo de Ciências Planetárias da Universidade da Flórida Central (EUA). O artigo foi aceito para publicação na revista The Astrophysical Journal.
Estamos descobrindo um número crescente de planetas rochosos em zonas potencialmente habitáveis ao redor de exoplanetas. Mas para entender melhor se eles são habitáveis, precisamos caracterizar suas superfícies. Os astrônomos têm ferramentas limitadas para fazer isso, principalmente estudando a luz dos planetas enquanto eles transitam na frente de sua estrela ou detectando o fluxo diretamente do planeta.
Esses métodos funcionam para grandes planetas gasosos. Mas eles são difíceis para planetas rochosos, e planetas rochosos são o que nos interessa. Grandes planetas gasosos têm atmosferas inchadas que facilitam o estudo espectroscópico. E eles emitem ou refletem mais luz devido ao seu tamanho, dando-lhes um fluxo maior na imagem direta. Mas os planetas rochosos têm atmosferas muito menores que são mais difíceis de estudar espectroscopicamente. Por serem menores, seu fluxo também é menor, dificultando a geração direta de imagens.
Preparação científica
À medida que nossos telescópios se tornam mais poderosos, eles superam alguns desses obstáculos para caracterizar exoplanetas rochosos. Este novo artigo faz parte de como a comunidade de astronomia está se preparando.
Em seu artigo, os autores apontam como até mesmo o poderoso JWST é prejudicado em seus esforços para caracterizar completamente exoplanetas semelhantes à Terra. Caracterizar as atmosferas desses planetas em torno de estrelas anãs frias requer longos períodos de observação. Em um artigo anterior, uma equipe separada de pesquisadores mostrou que o JWST precisaria observar mais de 60 trânsitos de um dos conhecidos exoplanetas rochosos TRAPPIST-1 para detectar níveis de ozônio semelhantes aos da Terra.
“Usando o Espectrógrafo de infravermelho próximo (NIRSpec) e o Instrumento de infravermelho médio (MIRI) do JWST, eles descobriram que seriam necessários mais de 60 trânsitos para 1b e mais de 30 trânsitos para 1c e 1d para detectar os níveis atuais de ozônio na Terra (O3) nesses planetas”, escrevem os autores. Isso é um gasto significativo de tempo de observação.
O JWST também enfrentará o que os astrônomos chamam de degenerescências. “(…) uma série de degenerações ainda existirão nas caracterizações de mundos habitáveis pelo JWST, como a diferenciação entre as espessuras ópticas e as distribuições de tamanho de partícula das nuvens”, escrevem eles.
Os pesquisadores se concentram na polarimetria em seu trabalho. Em poucas palavras, a polarimetria é a medição da luz polarizada que foi afetada de alguma forma pelo material que ela atravessa, reflete ou é refratada ou difratada. A polarimetria é também a interpretação das medições.
Chave para quebrar o impasse
A polarimetria pode ser a chave para quebrar o impasse entre nossos telescópios avançados e os pequenos planetas rochosos que queremos estudar. Ela também poderia reduzir o tempo de observação necessário. “A polarimetria é uma técnica poderosa que tem a capacidade de quebrar essas degenerescências, pois avalia aspectos físicos da luz não medidos em fotometria ou espectroscopia não polarimétrica.”
A polarimetria é poderosa porque é muito sensível às propriedades das atmosferas dos exoplanetas. Sua eficácia foi comprovada no estudo de nosso próprio Sistema Solar, incluindo Vênus, envolto em nuvens. “A polarimetria ajudou a caracterizar corpos no Sistema Solar, incluindo as nuvens de Vênus e os gigantes gasosos, bem como as diferentes condições de gelo das luas galileanas”, explicam os autores. A polarimetria tem sido tão eficaz no estudo de Vênus que alguns querem construir um radar polarimétrico para estudar o planeta mais completamente.
O problema é que os astrônomos não têm modelos polarimétricos bem ajustados de exoplanetas para ajudá-los a entender o que estão vendo quando estudam o brilho planetário polarimétrico. Os modelos existem, mas precisam ser testados e validados em relação a planetas reais, e é aí que entra a Terra. “Até o momento, a Terra é o único planeta ‘parecido com a Terra’ habitável conhecido e observado, servindo assim como referência para inferir as bioassinaturas da vida como a conhecemos hoje”, afirmam os autores.
A Earthshine é a chave para isso, de acordo com os pesquisadores. “Estudos dos espectros de fluxo óptico e infravermelho próximo (NIR) revelam bioassinaturas diagnósticas da Terra, incluindo a borda vermelha da vegetação (VRE), o brilho do oceano e características espectrais de O2 e H2O atmosférico.” Outros estudos também mostraram a contribuição efetiva que a polarimetria pode dar nessas observações.
Esforço dedicado
A luz que reflete na Terra é polarizada, mas depois de refletir na Lua, é despolarizada. Os autores corrigiram isso em seu trabalho. Eles consideraram cinco tipos diferentes de superfícies planetárias sob um céu nublado e sem nuvens. Eles também consideraram diferentes tipos de nuvens com diferentes tamanhos de partícula.
O ponto principal do estudo foi comparar dois modelos existentes diferentes que os astrônomos podem usar para interpretar a polarimetria e avaliar sua precisão. Um se chama DAP e o outro se chama VSTAR. A equipe usou ambos para interpretar seus dados polarimétricos e depois os comparou.
Este tipo de pesquisa ilustra quanto trabalho vai para empreendimentos científicos. Embora as manchetes de astronomia possam fazer as coisas parecerem simples, isso é complicado. Há muito mais do que apenas apontar poderosos telescópios para objetos distantes e depois olhar para as fotos. É preciso um esforço dedicado de milhares de pessoas ao longo de décadas para fazer a astronomia funcionar. Há muito em jogo, e se algum dia uma equipe de astrônomos disser “Conseguimos! Descobrimos um planeta com vida!”, será por causa de um trabalho detalhado e intrincado como este que não gera muitas manchetes.
* Este artigo foi republicado do site Universe Today sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original aqui.
