• Planetas telúricos na zona habitável de uma estrela
  

  O planeta não pode ser nem muito frio nem muito quente, para permitir água em estado líquido

  
  Zona habitável em torno do Sol
  [Fonte: www.nasa.gov/cneters/godard/news/topstory/2005/0801frozenworlds_prt.htm ]
  
  
  

  Exemplos no sistema solar
  
  

  Terra : No meio da zona de habitabilidade: temperatura adequada permitiu o balanço entre água e CO2 na atmosfera e nas rochas

  
  Rochas sedimentares absorvem o CO2 quando misturado com a água. Na Terra a maior parte do CO2 está concentrado nas rochas.

  Vênus, muito perto do Sol, fora da zona de habitabilidade do Sol, é muito quente, perdeu sua água muito cedo. A maior parte do CO2 está na atmosfera.
  Efeito estufa desenfreado: muito calor + vapor dágua -> efeito estufa -> temperatura aumenta -> CO2 das rochas vai para a atmosfera -> efeito estufa se intensifica -> temperatura aumenta -> mais CO2 na atmosfera ....

  

  
  
  

  Marte mais longe do Sol, nas bordas da zona de habitabilidade (?) é muito frio, mas deve tido água líquida sobre sua superfície em passado recente
  Efeito estufa inverso: vapor dágua + frio -> vapor dágua se liquidifica -> CO2 da atmosfera é carregado com a água e se concentra nas rochas da superfície -> temperatura baixa -> mais CO2 sai da atmosfera -> menos efeito estufa -> temperatura baixa ...

  

  
  

  Procura de vida em Marte

  • Presença de água congelada na superfície; indicações de água líquida na superfície no passado; possibilidade de água líquida abaixo da superfície no presente;
  • 1976 - sondas Viking: Ausência de sinais de organismos vivos, mas Indícios positivos de processos metabólicos dados por excesso de oxigênio em rochas
  • 1996: cientistas da NASA anunciaram a presença de nanobactérias no meteorito marciano ALH84001 , mas as evidências apresentadas por eles nunca foram consideradas conclusivas.

  
  Esquerda: estrutura indicando presença de água corrente na superfície de Marte no passado. Direita: água congelada na superfície de Marte .
  Meteorito marciano ALH84001i Em agosto de 1996 cientistas da NASA revelaram evidências indiretas de possíveis fósseis microscópicos que poderiam ter se desenvolvido em Marte 3,6 bilhões de anos atrás, no meteorito marciano ALH84001. Sua denominação vem do fato de ter sido o meteorito número 001, colectado em 1984, na região chamada Allan Hills, na Antártica. Este meteorito, de 1,9 kilos, é um dos 30 meteoritos já coletados na Terra que acredita-se foram arrancados de Marte por colisões de asteróides. ALH84001 cristalizou-se no magma de Marte 4,5 bilhões de anos atrás, foi arrancado de Marte 16 milhões de anos atrás e caiu na Antártica 13 mil anos atrás. Ele mostra traços de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e depósitos minerais parecidos com os causados por nanobactérias na Terra e, portanto, indicando que poderia ter havido vida em Marte no passado remoto.

  
  

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  Exemplos fora do sistema solar
  

  Só 1 candidato até o momento.

  
  Planeta telúrico extrassolar Gliese 581 c, é o exoplaneta menos massivo já descoberto, e possivelmente é rochoso (mínimo de 5,1 massas e 1,5 raios terrestres). Foi anunciado em abril de 2007 pelo grupo suiço do Obs. de Genebra. Com um período de 13 dias, está 14 vezes mais próximo de sua estrela do que a Terra está do Sol, na Zona de Habitabilidade de uma estrela fria: trata-se da estrela Gliese 581, que é uma ana vermelha de tipo espectral M3, isto é, com temperatura superficial de cerca de 3200 K, um terço da massa do Sol e 50 vezes menos luminosa do que ele. Está situada apenas a 16,3 pc de nós. Os autores estimam que a temperatura superficial do planeta esteja entre 0 e 40 graus, em condições portanto de conter água no estado líquido. [Fonte: /www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2007/phot-22-07.html ]
  

  
  

  Março 2008: Detecção de moléculas orgânicas na atmosfera de um planeta extrassolar. (Os telescópios espaciais Spitzer e Hubble detectaram metano e água na atmosfera do planeta HD189733b, um planeta do tamanho de Júpiter na região quente da estrela).

  
  Concepção artística de uma estrela recém formada, rodeada por um disco de gás e poeira, a matéria prima de que se formam os planetas rochosos [Fonte: NASA]
  

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• Luas habitáveis:
  
  • Satélites de planetas gigantes localizado na zona de habitabilidade de sua estrela
    Embora no sistema solar todos os planetas gigantes estejam fora da zona de estabilidade, muitos planetas extrassolares são gigantes e vivem próximo da estrela
  • Satélites de planetas gigantes fora da zona de habitabilidade de sua estrela (em regioões muito frias) , mas que tenham uma outra fonte de calor. Por exemplo, luas aquecidas por forças de maré, possibilitando a formação de água líquida.
    Exemplos no sistema solar: Io (Júpiter), Europa (Júpiter), Titã (Saturno), Encelado (Saturno).
  
  

  Procura de vida em Europa (satélite de Júpiter)

  • supefície coberta de gelo (60 km de espessura)
  • evidências de água líquida abaixo da superfície
  • fonte de aquecimento: forças de maré produzidas por Júpiter
  • possibilidade de vida nas profundidades do planeta, a exemplo dos hipertermófilos que vivem nos abismos oceânicos da Terra.

  
  Lua Europa, de Júpiter [crédito: ]

Exploração de Titã (satélite de Saturno)

• atmosfera espessa de moléculas de nitrogênio
• evidências de lagos de metano/etano ou /água/amônia
• detecção negativa de água

  

Io (satélite de Júpiter)

• condições de vida do tipo extremófilo, mas..
• ausência de água

Encelado (satélite de Saturno)

A descoberta de um geiser de partículas de gelo e vapor d'água se elevando da sueprfície de Io a centenas de km de altura colocou Encelado, uma pequenina, fria e escura lua de Saturno, entre os objetos interessantes do ponto de vista da Astrobiologia. Poderia haver microorganismos vivos nessa lá?

• Crateras na Lua foram originadas em impactos de asteróides (proposto por Gilbert, em 1893, por Baldwin, em 1949, e por Shoemaker em 1960; confirmado pelas missões Apolo)
• Questão: se a água na Terra foi originada em impactos de asteróides e cometas, tais impactos teriam originado água na Lua também? Poderia parte dessa água estar ainda lá?
• Em 1994 a sonda Clementine mapeou a superfície da Lua em rádio e encontrou o que parecia ser material gelado numa cratera no pólo sul da Lua que nunca recebe sol
• Observações da mesma região com o radio-telescopio de Arecibo não encontrou gelo
• Em 1994 a NASA enviou a Lunar Prospector para procurar mineirais ricos em hidrogênio no solo lunar. Novamente encontraram o que poderia ser gelo de água nas crateras polares.
• Ao fim da missão, a Lunar Prospector foi lançada contra o solo lunar: se houvesse gelo, nuvens de vapor dágua seriam levantadas no impacto. Nada foi observado.
• A procura por água ou comprovação da ausência dela continuará em 2008, com a Lunar Reconaissance Orbiter (LRO).

  Fonte:Sience@NASA

Estrelas adequadas a terem planetas habitáveis

A estrela deve estar na Sequência Principal

• Estrelas pós-sequência principal têm pouco tempo de vida pela frente.

A estrela não pode ser muito jovem:

• Estrelas muito jovens não deram tempo `a vida para se desenvolver;
• o constante bombardeio de resíduos do processo de formação do sistema planetário frustra o desenvolvimento de qualquer vida insipiente;
• sistemas jovens têm atividade cromosférica violenta,

A estrela não pode ser nem muito massiva nem muito pouco massiva (0,3M_Sol≤M ≤ 1,5M_Sol.

• Estrelas muito massivas desempenham papel crucial no desenvolvimento da vida, pois geram os elementos necessários para isso, mas duram muito pouco e emitem muita radiação ultravioleta.
• Estrelas muito pouco massivas duram muito tempo, mas têm suas zonas de habitabilidade muito estreitas, e muito perto da estrela (A proximidade da estrela levaria a forças de maré muito intensas, que levariam o planeta a sincronizar seu período de rotação com o de translação, deixando sempre o mesmo lado do planeta voltado para estrela, de forma que um hemisfério ficaria muito quente, o outro muito frio).
  Além disso:
  
• estrelas pouco massivas têm intensa atividade cromosféric com grandes elevações de temperatura e emissão de partículas energéticas nocivas à vida.

Zonas habitáveis em estrelas de diferentes massas

A estrela deve permitir que seus planetas tenham órbitas estáveis

• Estrelas solitárias (como o Sol) são as mais adequadas
• Estrelas duplas, só se forem muito próximas uma da outra (de forma que a zona de habitablidade seja comum) ou muito distante uma da outra (de forma que cada uma tenha sua própria zona de habitabilidade não afetada pela outra).
• Sistemas com mais de uma companheira são mais improváveis

A estrela deve ter metalicidade elevada de forma a poder ter planetas telúricos

Zona de habitabilidade na Galáxia

Apenas 10% das estrelas da Via Láctea vivem na zona habitável da Galáxia, onde as condições químicas (alta metalicidade) e ambientais (grande separação entre as estrelas) são favoráveis ao desenvolvimento de planetas rochosos como a Terra.

Disco :órbitas mais circulares, que previnem o Sol de se aproximar da região interna da Galáxia, onde eventos violentos são mais comuns

Entre 7 kp e 9 kpc do centro (Sol: 8kpc do centro)

• As estrelas nessa região estão separadas por alguns anos-luz, de maneira que encontros entre elas são eventos extremamente raros. Nas regiões mais internas a distância entre as estrelas é menor.
• As estrelas dessa região têm alta metalicidade. Nas regiões mais distantes a metalicidade já é muito baixa para permitir a formação de planetas rochosos.

Proximidades do raio de co-rotação da Galáxia, onde a velocidade das estrelas é a mesma da do padrão espiral. A vantagem é que o Sol raramente cruza os braços espirais, onde estrelas muito massivas e supernovas são comuns.

Zona habitável na Galáxia [Fonte: http://www.solstation.com/habitable.htm]

Vida na Terra tem 3,8 bilhões de anos: levou 1 bilhão de anos para se desenvolver a vida

O Homo Sapiens Sapiens só tem 125 000 anos

Civilização tem 10000 anos

Tecnologia para comunicação tem menos de 100 anos

Calendário Cósmico [Fonte: visav.phys.uvic.ca/~babul/AstroCourses/P303/BB-slide.htm ]

O projeto SETI

• 1959: Cocconi & Morrison publicaram “Searching for extraterrestrial Communication" (Nature),
• 1960: Drake começou uma busca de sinais em Ceti e Eridani con o radiotelescopio de 25 m de Green Bank.
• 1961: 10 especialistas de diversas áreas (Drake, Sagan, Calvin, entre outros) se reúnem. Drake formula sua equação

"O que precisamos saber para descobrir vida no espaço?"
Idéia básica:

Número de civilizações existentes na nossa Galáxia (N) = número de civilizações que podem ter surgido no tempo de vida da galáxia (vários fatores) x fraçao desse tempo que dura uma civilização (t/T)

Taxa de formação estelar na Galáxia (R_*)

Determinado a partir de dados astronômicos, é o único termo conhecido

(R_*) ≅ (N_*)/ T

• N_* = Número de estrelas na nossa Galáxia (distância das outras maior do que 1 milhão de anos-luz)
• T = idade da Galáxia =(1 - 1,5) x 10¹⁰ anos
• Massa da Galáxia = (1 - 4 ) x 10¹¹ M_sol
• Massa média de uma estrela ≈ M^sol
• N_* = (1 - 4) x 10¹¹
• R_* ≅ 2-20 (Maior no passado, menor agora)

Fração de estrelas que têm planetas (f_p)

• Estrelas binárias são em torno de torno de 50%
• f_p = 0,1 (pessimista) - 0,6 (otimista)

Número de planetas ou luas tipo Terra por estrela (n_T)

• Mais de 250 planetas extrassolares descobertos até o momento
• (quase) Todos muito mais massivos do que a Terra

  

• Apenas 1 (descoberto em abril/2007) é possivelmente parecido com a Terra (M ∼ M_Terra, T ∼ 300 K
• n_T ∼ 0,1 (pessimista) - 2(otimista) ?

Fração de planetas que desenvolvem vida (f_v)

• Zona habitável: que tenha água em forma líquida, para permitir o movimento das partículas e a eventual formação de moléculas orgânicas complexas, e fontes de energia para manter metabolismo

  

• pequeno range de temperaturas
• pequeno range de distâncias da estrela
• f_v é desconhecida
• f_v = 0,001 (pessimista) - 1(otimista) ?

Fração de planetas onde surge vida inteligente (f_i)

• f_i é desconhecida
• f_i = 0,000001 (pessimista) - 1 (otimista)

Fração de planetas com vida inteligente com civilização tecnológica e vontade de se comunicar (f_c)

• f_c é desconhecida
• f_c = 0,001 (pessimista) - 1 (otimista) ?

Tempo de vida (anos) de uma civilização tecnológica (t)

• Humanos têm tecnologia de radar há menos de 100 anos
• Civilizações avançadas perduram?a (só conhecemos a nossa...)
• t é totalmente especulativa: 1000 (pessimista) - 1 bilhão (otimista) ?

Hipótese otimista: N = 10⁹:

• 1 bilhão de civilizações na nossa Galáxia podem e querem se comunicar!

Hipótese pessimista: N = 10^-11:

• criaturas como os terráqueos são muito raras, apenas 1 caso em 100 bilhões de galáxias.
• no nosso universo observável tem 10¹¹ galáxias
• estamos sozinhos!

Considerações:

A " equação" de Drake não dá uma resposta, mas tem função de fazer abordagem sistemática do problema, levando em consideração os fatores envolvidos

Fatores " biológicos" (desenvolvimento de vida inteligente) e "sociológicos"(duração da civilização) introduzem as maiores incertezas

Estimativa da distância ao vizinho mais próximo

• Assumindo que as civilizações existentes estão distribuídas uniformemente na Galáxia
• N civilizações distribuídas uniformente em um volume ocupado por 4 x 10¹¹ estrelas, centrado no Sol
• A distância até a estrela mais próxima será o raio da região que contém 4 x 10¹¹/N estrelas
• A distribuição de estrelas na nossa Galáxia é aproximadamente 0,0025 estrelas/(anos-luz)³.
• O volume da região que contém 4 x 10¹¹/N estrelas é:
  

  V = 4 3 π d3(anos-luz )3 = 4 0,0025 × 1011 N
cujo raio é aproximadamente


r ≈ ( 160 N )1/3 ×104 anos-luz

• distância na estimativa de Drake: 10⁴ anos-luz.
• d_oti = 54 anos-luz
• d_pess = 5,4 x 10⁸ anos-luz

Tempo para fazer contato

• Contato por por rádio, que se desloca à velocidade da luz.
• Na estimativa de Drake: 10000 anos!
• d_oti = 54 anos
• d_pess = 5,4 x 10⁸ anos

Radiotelescópios de Arecibo (esquerda), em Porto Rico e Very Large Array (VLA, direita), em Socorro, Novo México

Para fazer uma viagem interestelar, a mínima energia necessária é aquela para sair do campo gravitacional do Sol. A velocidade de escape do Sol, à distância da Terra, é {[(2 G M_Sol )/UA]^1/2}. Calcule quanta energia por unidade de massa, em Joules/kg, é necessária para isso, lembrando que a massa do Sol é 2×1030 kg, e uma unidade astronômica (UA) é 1,5 ×10¹¹ m.

Fonte: Scientific American Brasil

Paradoxo de Fermi: Onde estão todos os outros?

Enrico Fermi (1950): se de fato existem muitas civilizações inteligentes em nossa Galáxia, por que nunca detectamos seus sinais? Muitas delas seriam sem dúvida mais avançadas do que nós, teriam se "espalhado" pela Galáxia.

Algumas respostas propostas:

• Nossa civilização é a única da Galáxia. As condições para desenvolvimento da vida inteligente são muito raras.
• As civilizações se auto-destroem
• Os aliens existem mas estão escondidos
• Os aliens vieram e nós somos seus descendentes
• Os aliens existem, mas não podem se comunicar porque estão muito distantes

OVNIs

Seres vivos que vivem em ambientes extremos de temperatura, pressão, acidez, etc.Na maioria são unicelulares, mas alguns são pluricelulares.

• Barófilos: suportam pressões extremas. Exemplo: micróbios que vivem a 2000 m de profundidade, se alimentando de rochas do fundo do mar
• Hipertermófilos: organismos que se desenvolvem em ambientes com temperatura acima de 100^oC, em vulcões, geiseres e fumarolas marinhas
• Acidófilos: se desenvolvem em ambientes de alta acidez. ex: microorganismos que vivem nas águas do Rio Tinto (Espanha), com ph 2.2, muitos metais e pouco oxigêno. Esses organismos se alimentam de minerais
• outros extremófilos: altas ambientes ultraalcalinos ou ultrasalinos,

Fonte:www.itqb.unl.pt/~Metalloproteins_Bioenergetics/extremofilos/page1.htm

O caso da bactéria que sobreviveu na Lua: Quando missão Apolo 12 trouxe de volta uma câmara Surveyor 3 enviada anteriormente, encontrou-se uma colônia da bactéria Streptococcus mitis, que tinha contaminado a espuma de isolamento da câmara antes de ser enviada à Lua, e sobrevieu não só a viagem de ida e volta, mas os três anos que esteve lá no solo na Lua. Esta bactéria é comum e inofensiva e vive no nariz, boca e garganta dos humanos.

A bactéria Deinococcus eadiodurans

Panspermia: (origem extraterrestre)

• Anaxágoras (sec V a.C.): Panspermia (= sementes em todo lugar): O universo é feito de um número infinito de sementes que se espalham no espaço e alcançaram a Terra.
• Versão moderna :sec 19: Berzelius (1834), Kelvin (1871), Helmholtz (1879), Arrenius (1903), Fred Hoyle (~1950): matéria orgânica chegou à Terra em grãos interestelares trazidos em cometas.
• A panspermia tanto pode ser interestelar como interplanetária
  
  [Fonte: Obsdervatório UFMG
  

Geração espontânea

• Aristóteles de Estagira (384-322 a.C.): a vida surge ou por reprodução de seres vivos pre-existentes ou a partir de matéria sem vida, por geração espontânea. A teoria da geração expontânea foi enterrada quando Pasteur (1864) verificou que microorganismos só se desenvolviam em liquidos contaminados por fungos e bactérias do ar; esterilizando o líquido os microorganismos não se desenvolviam.

Origem química

• Oparim (1920): a vida se formou a partir de moléculas orgânicas complexas.



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A origem química da vida

Oparin, anos 1920 - a "sopa primordial"

• Há 4 bilhões de anos a atmosfera da Terra não tinha oxigênio livre (atmosfera redutora)
• A atmosfera teria grandes quantidades de água, gás carbônico, metano e amônia
• A ação de fenômenos naturais energéticos, como relâmpagos, intensa radiação ultravioleta do sol (que penetraria a atmosfera na ausência de O2), vulcões, sobre essa mistura gasosa teria originado as primeiras moléculas orgânicas.


[Fonte: Revista Galileu"]

O experimento de Miller_Urey: carbono + água + amônio + metano + faíscas = aminoácidos



Experimento de Miller-Urey [Fonte: The evolution of Truth]

O frasco de baixo contém o "oceano" de água, que ao ser aquecido força vapor de água a circular pelo aparato. O frasco de cima contém a "atmosfera", com metano (CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2) e o vapor de água. Quando uma descarca elétrica (raio) passa pelos gases, eles interagem, gerando amino ácidos (glicina, alanina, ácidos aspático e glutâmico, entre outros). 15% do carbono do metano original combinaram-se em compostos orgânicos.

Base da vida na Terra:aminoácidos e proteínas

fenillananine [Fonte:wikipedia] molécula de DNA



O que é a vida?


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Características biológicas dos seres vivos:
• Organização em células
• Metabolismo: transformações químicas à custa de energia
• Crescimento: tranformação de materiais do meio para componentes do corpo
• Reprodução: cópias do organismo mediante tranferência genética
• Mutação: mudaças das características individuais
• Evolução:Reprodução da mutação, capacidade de adaptação Amoeba proteus [crédito: Think quest] Evolução humana [Fonte: Biologia on line]
  
  

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Bibliografia:

• A origem da vida e vida extraterrestre
• Abrigos cósmicos para a vida, Margaret Turnbull. Astronomy Brasil edição especial, vol. 1, n.o 6, outubro 2006.
• Astrobiology - A multidisciplinary approach, Jonathan I. Lunine. Pearson Education, Inc. São Francisco. 2005
• Moons and Planets, Willian K. Hartmann. Wadswirth Publishing Company. Belmont. 1999
• http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2005/0801frozenworlds_prt.htm
• http://www.astronomynotes.com/solarsys/s9.htm
• http://www.solstation.com/habitable.htm
• http://www.faccaocientifica.org/index.php?option=com_content&task=view&id=84&Itemid=1