A vida é a razão mais provável para a presença de metano na atmosfera dos exoplanetas

O Telescópio Espacial James Webb Super Power será lançado no próximo ano. Assim que for implantado e tomar posição no ponto 2 do Lagrange Terra-Sol, ele começará seu trabalho. Uma de suas tarefas é explorar a atmosfera de exoplanetas e procurar bioassinaturas.

Isso pode parecer uma tarefa bastante simples. Basta examinar a atmosfera até encontrar oxigênio, embora a realidade seja muito mais complicada. Na verdade, a presença de oxigênio nem sempre é confiável.

O oxigênio pode parecer uma coisa óbvia a se procurar na atmosfera de um planeta ao procurar por sinais de vida, mas não é. Sua presença ou ausência não é um indicador confiável. A história da Terra mostra isso claramente.

A atmosfera da Terra de hoje contém cerca de 21% de oxigênio, e os cientistas sabem que a maior parte dele vem de organismos nos oceanos do planeta. Mas há um problema: uma vez que as cianobactérias na Terra antiga começaram a produzir oxigênio como um subproduto da fotossíntese, ainda demorou muito para que a atmosfera do planeta ficasse saturada de oxigênio - talvez um bilhão de anos.

E se explorássemos um exoplaneta, não encontrássemos oxigênio e seguíssemos adiante, sem perceber que existia vida, no início da oxigenação deste mundo? E se estivéssemos um bilhão de anos antes e a vida ainda não tivesse oxigenado a atmosfera do exoplaneta? Os planetas rochosos têm muitos eliminadores de oxigênio, e o oxigênio produzido biologicamente não estará livre na atmosfera até que esses eliminadores estejam saturados de oxigênio.

Isso é o que aconteceu na Terra e o que poderia acontecer em outros mundos rochosos. Na Terra, devido à atividade geológica, o magma sobe do manto para a crosta. A maior parte do material do manto, como o ferro, se liga ao oxigênio atmosférico, puxando-o para fora da atmosfera.

Esta é uma das razões pelas quais os cientistas planetários estão se concentrando em outras coisas como o metano (CH4). Em um novo artigo, os pesquisadores examinaram a capacidade do metano de sinalizar a atividade biológica. Eles dizem que o metano na atmosfera do planeta provavelmente não virá de vulcões e, provavelmente, será de origem biológica.

Encontrar bioassinaturas potenciais, como o metano, nas atmosferas de exoplanetas distantes não é fácil. Mas assim que algo como o metano for encontrado, ainda mais trabalho árduo terá pela frente. Sua presença deve ser examinada no contexto do próprio planeta.

Os pesquisadores de bioassinatura não estão esperando ociosamente o lançamento do Telescópio Espacial James Webb. Eles pensaram muito sobre como detectar bioassinaturas com um telescópio. Os cientistas sugeriram que as atmosferas planetárias ricas em metano e dióxido de carbono em um estado de não-equilíbrio podem ser uma bioassinatura forte. Em seu artigo, os autores observam que "... poucos estudos examinaram a possibilidade de CH4 e CO2 não biológicos e pistas contextuais relacionadas." Neste caso, não biológico significa vulcões.

Os autores queriam usar um modelo termodinâmico para investigar se a desgaseificação do magma vulcânico em planetas semelhantes à Terra poderia liberar CH4 e CO2 na atmosfera. Na verdade, eles descobriram que os vulcões provavelmente não produzem a mesma quantidade de metano que as fontes biológicas. Isso não é impossível, mas quase impossível.

Isso ocorre principalmente porque o hidrogênio “gosta” de permanecer no magma. H2O se dissolve bem no magma, o que limita a quantidade de H emitida e, portanto, limita a quantidade de CH4 na atmosfera do planeta. Outra razão é que o magma de baixa temperatura é necessário para desenvolver o gás CH4, enquanto a maior parte do magma da Terra está em uma temperatura mais alta.

Os autores descobriram que, nos casos incríveis em que o vulcanismo pode produzir grandes quantidades de metano, também produz dióxido de carbono. A Antiga Terra Arqueana era muito mais vulcanicamente ativa do que a Terra moderna. Durante o éon arqueano, o fluxo de calor da Terra era três vezes maior do que é agora.

De acordo com o estudo, ele poderia produzir 25 vezes mais magma do que a Terra moderna e muito mais metano. Mas a mesma atividade que produziu todo esse metano também produziria muito mais dióxido de carbono. Isso, conforme observado pelos autores, é um resultado falso positivo detectável. Mas se uma quantidade abundante de metano for encontrada sem uma quantidade acompanhante de CO2, então esta é uma bioassinatura mais confiável.

Os autores dizem que seria difícil explicar a detecção de metano e dióxido de carbono sem recorrer a fontes biológicas, pelo menos para quaisquer planetas semelhantes à Terra. Eles também concluíram que a quantidade pequena ou desprezível de monóxido de carbono encontrada na atmosfera aumenta a bioassinatura de CH4 + CO2 porque “... a vida consome CO atmosférico prontamente, enquanto a diminuição dos gases vulcânicos provavelmente causará o acúmulo de CO na atmosfera do planeta "

Em conclusão, os pesquisadores alertam que todo o seu trabalho é baseado no que sabemos sobre a Terra e outros planetas do nosso sistema solar.