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Habitabilidade planetária

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Informações de fundo

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Compreender habitabilidade planetária é, em parte, uma extrapolação da Terra condições 's, pois este é o único planeta conhecido atualmente para suportar vida .

Habitabilidade planetária é a medida de um planeta s 'ou um o potencial do satélite natural para desenvolver e sustentar a vida . A vida pode desenvolver diretamente em um planeta ou satélite ou ser transferido para ele a partir de outro corpo, um processo teórico conhecido como panspermia. Como a existência de vida fora da Terra é atualmente incerto, habitabilidade planetária é em grande parte um extrapolação das condições da Terra e as características do Sol e do Sistema Solar que aparecem favoráveis para a vida de florescimento-em especial os factores que sustentaram complexo, organismos multicelulares e não apenas simples, criaturas unicelulares. Pesquisas e teorias a esse respeito é um componente de ciência planetária ea disciplina emergente de astrobiologia.

Uma exigência absoluta para a vida é uma fonte de energia , ea noção de habitabilidade planetária implica que muitos outros geofísica, geoquímicos e astrofísicos critérios devem ser atendidos antes que um corpo astronômico pode suportar a vida. No seu roteiro de astrobiologia, NASA definiu os critérios de habitabilidade principais como "regiões extensas de água em estado líquido, condições favoráveis para a montagem de moléculas orgânicas complexas, e as fontes de energia para sustentar metabolismo. "

Na determinação do potencial de habitabilidade de um corpo, estudos focam a sua composição em massa, propriedades orbitais, atmosfera, e potenciais interacções químicas. Stellar características de importância incluem massa e luminosidade, estável variabilidade, e alta metalicidade. Rocky, planetas do tipo terrestre e luas com potencial para Earth-like química são um foco principal da pesquisa astrobiológicos, embora as teorias de habitabilidade mais especulativas, ocasionalmente, examinar biochemistries alternativos e outros tipos de corpos astronômicos.

A ideia de que planetas além da Terra pode abrigar vida é antiga, embora historicamente foi moldado pela filosofia , tanto quanto a ciência física . O final do século 20 viu dois avanços no campo. A observação e nave espacial robótica exploração de outros planetas e luas no Sistema Solar tem fornecido informações importantes sobre a definição de critérios de habitabilidade e permitiu comparações geofísicos substanciais entre a Terra e outros corpos. A descoberta de planetas extra-solares , começando no início de 1990 e acelerando depois, transmitiu informações para o estudo de uma possível vida extraterrestre. Esses achados confirmam que o Sol não é único entre estrelas em planetas hospedagem e expande o horizonte de pesquisa habitabilidade além do Sistema Solar. Em 1964 Stephen H. Dole estimou o número de planetas habitáveis na nossa galáxia para ser de cerca de 600 milhões.

Sistemas estelares adequados

Uma compreensão de habitabilidade planetária começa com estrelas . Enquanto corpos que são geralmente semelhante ao da Terra pode ser abundante, é tão importante que o seu sistema maior ser agradável para a vida. Sob o patrocínio de SETI do Projeto Phoenix, cientistas Margaret Turnbull e Jill Tarter desenvolveu o " HabCat "(ou Catálogo do habitáveis Stellar Systems) em 2002. O catálogo foi formada por joeirar os cerca de 120.000 estrelas do maior Catálogo Hipparcos em um grupo de 17 mil "HabStars," e os critérios de selecção que foram usados fornecer um bom ponto de partida para a compreensão que são necessários fatores astrofísicos de planetas habitáveis.

Classe espectral

A classe espectral de uma estrela indica a sua temperatura photospheric, que (por estrelas de sequência principal) se correlaciona com massa global. A gama espectral apropriada para "HabStars" é presentemente considerado como sendo "cedo F" ou "L", para "meio-K". Isto corresponde a temperaturas de um pouco mais de 7000 K até um pouco superior a 4000 K; o Sol, uma estrela G2, está bem dentro desses limites. "Classe média" estrelas deste tipo têm um número de características consideradas importantes para a habitabilidade planetária:

  • Eles vivem pelo menos alguns bilhões de anos, permitindo vida uma oportunidade para evoluir. Mais luminosos estrelas de sequência principal do "O", "B", e as classes "A" normalmente vivem a menos de um bilhão de anos e em casos excepcionais, inferior a 10 milhões.
  • Eles emitem de alta frequência suficiente de radiação ultravioleta para provocar dinâmica atmosférica importantes, tais como o ozono formação, mas não tanto que ionização destrói a vida incipiente.
  • A água líquida pode existir na superfície dos planetas orbitando a uma distância que não induz bloqueio corrente (ver secção seguinte e 3.2 ). K Spectrum estrelas pode ser capaz de suportar a vida por longos períodos, muito mais tempo do que o Sol .

Esta faixa espectral provavelmente representa entre 5% e 10% das estrelas no local, galáxia da Via Láctea . Quer mais fraco tarde classe K e M anãs vermelhas estrelas são também hospedeiros adequados para planetas habitáveis é talvez a questão em aberto mais importante em todo o campo de habitabilidade planetária, dada a sua onipresença ( habitabilidade dos sistemas de anãs vermelhas). Gliese 581 c, um " super-Terra ", foi encontrado orbitando no" zona habitável "de uma anã vermelha e possuam água líquida. Como alternativa, um efeito de estufa pode torná-lo muito quente para suportar vida, enquanto seu vizinho, Gliese 581 d, pode ser de fato um candidato mais provável para a habitabilidade. Em setembro de 2010, a descoberta foi anunciada de um outro planeta, Gliese 581 g, em uma órbita entre estes dois planetas. No entanto, os comentários de a descoberta ter colocado a existência deste planeta em dúvida, e é atualmente listado como "não confirmado". Em setembro de 2012, a descoberta de dois planetas orbitando Gliese 163 foi anunciado. Um dos planetas, Gliese 163 c, cerca de 6,9 vezes a massa da terra e um pouco mais quente, foi considerado como estando dentro do zona habitável.

A zona habitável estável

A zona habitável (HZ, classificados pelo ?ndice de Habitabilidade Planetária) é um shell teórica torno de uma estrela em que qualquer planeta presente teria líquido água em sua superfície. Depois de uma fonte de energia, água líquida é considerado o ingrediente mais importante para a vida, considerando como integrante é para todos os sistemas de vida na Terra. Isto pode reflectir o enviesamento de biologia dependente da água da humanidade, no entanto, se a vida e é descoberto na ausência de água (por exemplo, em um líquido- amoníaco solução), a noção de um HZ pode ter que ser significativamente aumentada ou então descartados completamente como muito restritivo.

Um HZ "estável" indica a dois factores. Em primeiro lugar, o intervalo de um HZ não deve variar muito ao longo do tempo. Todas as estrelas aumentar em luminosidade medida que envelhecem e um determinado HZ naturalmente migra para fora, mas se isso acontece muito rapidamente (por exemplo, com uma estrela de massa elevada), planetas pode ter apenas uma pequena janela no interior do Hz e uma probabilidade correspondentemente mais fraca desenvolver a vida. Calculando uma gama HZ e seu movimento a longo prazo não é simples, uma vez que negativo loops de feedback, como a Ciclo CNO tenderá a compensar os aumentos de luminosidade. Suposições feitas sobre as condições atmosféricas e geologia tem, assim, um impacto tão grande sobre uma série HZ putativa como faz evolução Solar; os parâmetros propostos de HZ do Sol, por exemplo, têm oscilado muito.

Em segundo lugar, nenhum corpo de grande massa, tal como um gigante de gás devem estar presentes em ou relativamente perto do HZ, interrompendo assim a formação de corpos como a Terra. A massa do cinturão de asteróides, por exemplo, parece ter sido incapaz de agregar em um planeta devido a ressonâncias orbitais com Júpiter; se o gigante tinha aparecido na região que agora está entre as órbitas de Vênus e Marte , a Terra seria quase certamente não desenvolveram sua forma actual. Este é um pouco amenizada pela sugestões que um gigante de gás no interior do HZ pode ter luas habitáveis nas condições certas.

No Sistema Solar, os planetas internos são terrestres, os exteriores os gigantes gasosos , mas descobertas de planetas extra-solares sugerir este arranjo pode não ser comum a todos: vários corpos do tamanho de Júpiter foram encontrados em estreita órbita sobre o seu principal, interrompendo potenciais HZs. No entanto, apresentam dados para planetas extra-solares é susceptível de ser desviada para estes tipos (grandes planetas em órbitas próximas), porque eles são muito mais fáceis de identificar; assim, ele continua a ser visto que tipo de sistema planetário é a norma, ou, na verdade, se houver.

Baixa variação estelar

Alterações em luminosidade são comuns a todas as estrelas, mas a gravidade de tais flutuações abrange uma ampla gama. A maioria das estrelas são relativamente estáveis, mas uma minoria significativa de estrelas variáveis muitas vezes experimentam aumentos repentinos e intensos na luminosidade e, consequentemente, a quantidade de energia irradiada em direção a corpos em órbita. Estes são considerados maus candidatos para hospedar planetas com vida, como sua imprevisibilidade e energia mudanças de saída teria um impacto negativo organismos . Particularmente, os seres vivos adaptados a uma específica temperatura gama provavelmente não seria capaz de sobreviver muito grande um desvio de temperatura. Além disso, períodos de recuperação na luminosidade são geralmente acompanhadas por doses maciças de Gamma Ray e Raios-X de radiação que pode provar letal. Atmosferas não atenuar esses efeitos, mas a retenção atmosfera pode não ocorrer em planetas que orbitam variáveis, porque a energia de alta frequência esbofeteando estes corpos se continuamente tira-los de sua capa protetora.

The Sun, a este respeito, como em muitos outros, é relativamente benigno: a variação entre max solar e mínima é de aproximadamente 0,1% ao longo de sua 11-year ciclo solar . Há forte (embora não incontestável) evidência de que as mudanças ainda menores na luminosidade do Sol tiveram efeitos significativos sobre o clima da Terra bem dentro da era histórica; a Pequena Idade do Gelo do meio-segundo milênio, por exemplo, pode ter sido causada por um declínio relativamente a longo prazo na luminosidade do Sol. Assim, uma estrela não tem que ser um verdadeiro variável para as diferenças de luminosidade para afectar a habitabilidade. Do conhecido " análogos solar ", que se assemelha ao Sun é considerado 18 Scorpii; infelizmente para as perspectivas de vida existente na sua proximidade, a única diferença significativa entre os dois órgãos é a amplitude do ciclo solar, que parece ser muito maior para 18 Scorpii.

Alta metalicidade

Enquanto a maior parte do material em qualquer estrela é hidrogénio e hélio , há uma grande variação na quantidade de elementos mais pesados ( metais) contêm estrelas. Uma elevada proporção de metais em uma estrela se correlaciona com a quantidade de material pesado inicialmente disponível no disco protoplanetário. A baixa quantidade de metal diminui significativamente a probabilidade de planetas terá formado em torno de estrela que, sob a teoria nebulosa solar de formação de sistemas planetários. Todos os planetas que se formaram em torno de uma estrela pobre em metais provavelmente seria baixa em massa e, portanto, desfavorável para a vida. espectroscópicas estudos de sistemas onde exoplanetas foram encontrados até o momento confirmam a relação entre alto teor de metal e formação do planeta: "Estrelas com planetas , ou pelo menos com planetas semelhantes a esses que nós estamos encontrando hoje, são claramente mais metal rico do que as estrelas sem companheiros planetários. " Esta relação entre a alta metalicidade e formação do planeta também significa que os sistemas habitáveis são mais provável de ser encontrado em torno de estrelas mais jovens, uma vez que estrelas que se formaram no início do universo 's história tem baixo teor de metal.

Características planetárias

As luas de alguns gigantes de gás poderia ser potencialmente habitável.

O chefe suposição sobre planetas habitáveis é que eles são terrestre. Tais planetas, aproximadamente dentro de uma ordem de grandeza da massa da Terra, são compostas principalmente de silicato de rochas e não ter crescido as camadas externas de gases de hidrogênio e hélio encontrado no gigantes gasosos . Que a vida poderia evoluir nos topos das nuvens de planetas gigantes não foi decisivamente descartada, embora seja considerado improvável, uma vez que eles não têm qualquer superfície e sua gravidade é enorme. Os satélites naturais de planetas gigantes, enquanto isso, permanecem candidatos perfeitamente válidos para hospedagem de vida.

Em fevereiro de 2011 o Observatório Espacial Kepler equipe da Missão lançou um lista de candidatos a planetas extra-solares 1235, incluindo 54 que podem estar na zona habitável. Seis dos candidatos nesta zona são menores do que o dobro do tamanho da Terra. Um estudo mais recente descobriu que um desses candidatos (KOI 326,01) é de fato muito maior e mais quente do que primeiro relatou. Com base nos resultados, a equipa Kepler estimado lá para ser "pelo menos 50 bilhões de planetas na Via Láctea", de que "pelo menos 500 milhões" estão na zona habitável.

Em ambientes analisando quais são susceptíveis de sustentar a vida, uma distinção é feita geralmente entre organismos simples unicelulares, como bactérias e archaea e metazoans complexos (animais). Unicellularity necessariamente precede multicelularidade em qualquer árvore hipotética de vida e onde organismos unicelulares que emergem não há nenhuma garantia de que isso vai levar a uma maior complexidade. As características planetárias listados abaixo são consideradas cruciais para a vida em geral, mas em todos os casos os impedimentos de habitabilidade deve ser considerado maior para organismos multicelulares, tais como plantas e animais contra a vida unicelular.

Massa

Marte , com a sua atmosfera rarefeita, está mais frio que a Terra seria se fosse a uma distância similar do Sol

Planetas de pequena massa são pobres candidatos à vida por duas razões. Em primeiro lugar, sua menor gravidade faz retenção difícil atmosfera. Constituintes moléculas são mais propensos a chegar a velocidade de escape e ser perdida para o espaço quando fustigada por vento solar ou agitado por colisão. Planetas sem uma espessa atmosfera falta o assunto necessário para primal bioquímica , têm pouco isolamento e pobres transferência de calor através de suas superfícies (por exemplo, Marte , com sua fina atmosfera, é mais frio do que a Terra seria se fosse a uma distância similar do Sol), e fornecer menos proteção contra meteoritos e de alta freqüência radiação. Além disso, onde a atmosfera é inferior a 0,006 atmosferas terra, a água pode não existir na forma líquida como o necessário pressão atmosférica, 4,56 mm Hg (608 Pa) (0,18 polegadas Hg), não ocorre. A gama de temperatura na qual a água é líquida é menor a baixas pressões em geral.

Em segundo lugar, planetas menores têm menores diâmetros e, portanto, mais elevados rácios de superfície-volume do que seus primos maiores. Tais corpos tendem a perder a energia sobrando depois de sua formação de forma rápida e acabar geologicamente morto, sem os vulcões , terremotos e atividade tectônica que fornecem a superfície com material de suporte de vida e da atmosfera com moderadores de temperatura, como o dióxido de carbono . As placas tectônicas aparecer particularmente crucial, pelo menos na Terra: não só o processo de reciclagem de produtos químicos e minerais importantes, como também fomenta a biodiversidade através da criação continente e aumento da complexidade do ambiente e ajuda a criar as células convectivas necessárias para gerar Campo magnético da Terra.

"Low massa" é em parte uma etiqueta relativa; a Terra é considerada baixa quando comparada a massa do Sistema Solar gigantes de gás , mas é o maior, pelo diâmetro e massa, e mais denso de todos os organismos terrestres. É grande o suficiente para manter uma atmosfera através da gravidade sozinho e grande o suficiente para que o seu núcleo fundido continua a ser um motor de calor, dirigindo a geologia diversificada de superfície (o decaimento de elementos radioativos dentro do núcleo de um planeta é o outro componente significativa de aquecimento planetário). Marte, por outro lado, é quase (ou talvez totalmente) geologicamente morto e perdeu muito de sua atmosfera. Assim, seria justo inferir que o limite de massa inferior para a habitabilidade está em algum lugar entre a de Marte e da Terra ou Vênus; 0,3 massas terrestres tem sido oferecido como uma linha divisória aproximada para planetas habitáveis. No entanto, um estudo de 2008 do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica sugere que a linha divisória pode ser maior. Terra pode, de facto, encontram-se no limite inferior de habitabilidade, uma vez que se fosse qualquer menor, as placas tectônicas seria impossível. Venus, que tem massa de 85 por cento da Terra, não mostra sinais de atividade tectônica. Por outro lado, " super-Terras ", planetas terrestres com massas maiores que a Terra, teria níveis mais altos de placas tectônicas e, assim, ser firmemente colocado na faixa habitável.

Circunstâncias excepcionais que oferecem casos excepcionais: Júpiter lua 's Io (que é menor do que qualquer um dos planetas terrestres) é vulcânica dinâmico devido às tensões induzidas pelo gravitacionais sua órbita, e o seu vizinho Europa pode ter um oceano líquido ou lama gelada debaixo de uma casca congelado também devido a energia gerada a partir de um gigante gasoso que orbita.

Saturn 's Titan, entretanto, tem uma chance fora de abrigar vida, como ele manteve uma atmosfera densa e tem mares de metano líquido na sua superfície. Reações Organic-químicas que exigem apenas o mínimo de energia são possíveis nestes mares, mas se qualquer sistema vivo pode ser baseada em tais reações mínimas não é clara, e parece improvável. Estes satélites são exceções, mas eles provam que a massa, como critério de habitabilidade, pode não necessariamente ser considerada definitiva nesta fase da nossa compreensão.

Um planeta maior é susceptível de ter uma atmosfera mais maciça. Uma combinação de velocidade de escape superior para reter átomos mais leves, e uma extensa liberação de gases de placas tectônicas aprimorados podem aumentar muito a pressão atmosférica e temperatura na superfície em relação à Terra. O efeito de estufa de uma atmosfera tão pesada tenderia a sugerir que a zona habitável deve ser mais longe da estrela central para tais planetas maciços.

Finalmente, um planeta maior é susceptível de ter um grande núcleo de ferro. Isto permite uma campo magnético para proteger o planeta dos vento estelar e radiação cósmica, que de outra forma tenderia a despir atmosfera planetária e para bombardear os seres vivos com partículas ionizadas. Massa não é o único critério para a produção de um campo magnético, como o planeta deve também rodar com rapidez suficiente para produzir um efeito dínamo dentro de seu núcleo, mas ele é um componente importante do processo.

Órbita e rotação

Tal como acontece com outros critérios, a estabilidade é crítica a consideração na avaliação do efeito das características orbital e rotacional em habitabilidade planetária. Excentricidade orbital é a diferença entre o mais distante de um planeta e uma abordagem mais próximo de sua estrela-mãe dividido pela soma das distâncias disse. É a razão descrevendo a forma da órbita elíptica. Quanto maior a excentricidade maior a variação de temperatura sobre a superfície do planeta. Embora eles são adaptáveis, os organismos vivos só pode ficar tanta variação, em particular se as flutuações sobrepor tanto o ponto de congelação e ponto de ebulição do solvente principal biótico do planeta (por exemplo, água da Terra). Se, por exemplo, os oceanos da Terra foram alternadamente fervente e sólida congelamento, é difícil imaginar a vida como a conhecemos tendo evoluído. Quanto mais complexo o organismo, maior é a sensibilidade à temperatura. A órbita da Terra é quase totalmente circular, com uma excentricidade inferior a 0,02; outros planetas do Sistema Solar (com exceção de Mercúrio ) têm excentricidades que são da mesma forma benigna.

Os dados recolhidos sobre as excentricidades orbitais de planetas extra-solares foi uma surpresa para a maioria dos pesquisadores: 90% têm uma excentricidade orbital maior do que a encontrada no âmbito do Sistema Solar, ea média é totalmente 0,25. Isto significa que a grande maioria dos planetas têm órbitas altamente excêntricas e, destes, se a sua distância média da sua estrela é considerada como estando dentro do HZ que seria, contudo, só pode ser passar uma pequena porção do seu tempo dentro da zona.

Movimento de um planeta em torno de sua eixo de rotação, também deve atender a certos critérios, se a vida é ter a oportunidade de evoluir. A primeira suposição é de que o planeta deve ter moderados temporadas . Se houver pouca ou nenhuma inclinação axial (ou obliquidade) em relação à perpendicular do eclíptica, estações não ocorrerá e um estimulante principal para o dinamismo da biosfera vai desaparecer. O planeta também seria mais fria do que seria com uma inclinação significativa: quando a maior intensidade da radiação é sempre dentro de alguns graus do equador, o clima quente não pode mover-se em direcção aos pólos e do clima do planeta torna-se dominado por sistemas mais frias meteorológicas polares.

Se um planeta é radicalmente inclinado, enquanto isso, estações será extremo e torná-lo mais difícil para uma biosfera para alcançar homeostase. A inclinação do eixo da Terra é maior agora (no Quaternário) do que tem sido no passado, coincidindo com reduzida polar de gelo , as temperaturas mais quentes e menos variação sazonal. Os cientistas não sabem se essa tendência vai continuar indefinidamente com novos aumentos dos inclinação axial (ver Terra Bola de Neve ).

Os efeitos exatos destas alterações só pode ser modelado por computador no momento, e estudos têm mostrado que inclina mesmo extremas de até 85 graus não se opõem a uma vida absolutamente "desde que não ocupam superfícies continentais atormentado sazonalmente pela mais alta temperatura." Não só a inclinação axial significa, mas também a sua variação ao longo do tempo deve ser considerada. A inclinação da Terra varia entre 21,5 e 24,5 graus mais de 41.000 anos. Uma variação mais drástica, ou uma periodicidade muito mais curto, seria induzir efeitos climáticos, tais como variações na gravidade sazonal.

Outras considerações incluem orbitais:

  • O planeta deve girar de forma relativamente rápida para que o ciclo dia-noite não é demasiado longo. Se um dia leva anos, o diferencial de temperatura entre o lado de dia e de noite vai ser pronunciado, e problemas semelhantes aos observado com excentricidade orbital extrema virá à tona.
  • O planeta deve também rodar rapidamente o suficiente para que um dínamo magnético pode ser iniciado no seu núcleo de ferro para produzir um campo magnético.
  • Mudar na direcção do eixo de rotação ( precessão) não deve ser pronunciado. Em si, a precessão não precisa afetar habitabilidade como ela muda a direção da inclinação, não sua gravidade. No entanto, a precessão tende a acentuar as variações causadas por outros desvios orbitais; ver ciclos de Milankovitch . Precessão da Terra ocorre ao longo de um ciclo de 26.000 anos.

O Terra da Lua parece desempenhar um papel crucial na moderação do clima da Terra através da estabilização da inclinação axial. Tem sido sugerido que uma inclinação caótico pode ser um "deal-breaker" em termos de habitabilidade, isto é um satélite do tamanho da Lua não só é útil mas necessária para produzir a estabilidade. Esta posição permanece controverso.

Geoquímica

Geralmente assume-se que qualquer forma de vida extraterrestres que pode existir irá basear-se na mesma base bioquímica como encontradas na Terra, como os quatro elementos mais importantes para a vida, carbono , hidrogénio , oxigénio e azoto , são também os elementos quimicamente reactivos mais comuns no universo. Com efeito, os compostos biogénicas simples, muito simples, tais como ácidos aminados , tais como glicina, foram encontrados em meteoritos e no meio interestelar. Estes quatro elementos juntos compreendem mais de 96% do coletivo da Terra biomassa. O carbono tem uma capacidade inigualável de se relacionar consigo mesmo e para formar uma enorme variedade de estruturas intrincadas e variadas, tornando-se um material ideal para os complexos mecanismos que formam vivem células . De hidrogénio e de oxigénio, na forma de água, compor o solvente em que os processos biológicos ter lugar e em que as primeiras reacções ocorreram que levaram à emergência de vida. A energia liberada na formação do poderoso ligações covalentes entre o carbono eo oxigênio, disponíveis por oxidação de compostos orgânicos, é o combustível de todas as formas de vida complexas. Estes quatro elementos juntos formam aminoácidos , que por sua vez são os blocos de construção das proteínas , a substância de tecido vivo. Além disso, nem enxofre , necessário para a construção de proteínas, nem fósforo , necessário para a formação de ADN , ARN, e a adenosina fosfatos essenciais para metabolismo, são raros.

Abundância relativa no espaço nem sempre espelham abundância diferenciada dentro planetas; dos quatro elementos da vida, por exemplo, apenas oxigénio está presente em abundância em qualquer da Terra crosta . Isto pode ser explicado em parte pelo facto de muitos destes elementos, tais como o hidrogénio e azoto , juntamente com os seus compostos mais simples e mais comuns, tais como dióxido de carbono , monóxido de carbono , metano , amoníaco , e água , são gasosos às temperaturas quentes. Na região quente perto do Sol, estes compostos voláteis não poderia ter desempenhado um papel significativo na formação geológica dos planetas. Em vez disso, eles ficaram presos como gases debaixo das crostas recém-formados, que foram em grande parte feitos de compostos não voláteis rochosos como a sílica (um composto de silício e oxigênio, representando abundância relativa de oxigênio). A saída dos gases de compostos voláteis através dos primeiros vulcões teria contribuído para a formação dos planetas ' atmosferas. O Miller-Urey experiência mostrou que, com a aplicação de energia, aminoácidos podem formar a partir da síntese de compostos simples dentro de uma atmosfera primordial.

Mesmo assim, outgassing vulcânica não poderia ter contabilizado a quantidade de água nos oceanos da Terra. A grande maioria da água -e possivelmente carbono necessário para a vida deve ter vindo de fora do Sistema Solar, longe do calor do Sol, onde poderia permanecer sólida. cometas impacto com a Terra nos primeiros anos do Sistema Solar teria depositado vasto quantidades de água, juntamente com a outra vida compostos voláteis exige (incluindo aminoácidos) na Terra primitiva, proporcionando um pontapé de saída para o origem da vida.

Assim, enquanto não há motivos para suspeitar que os quatro "elementos da vida" deveria estar prontamente disponível em outros lugares, um sistema habitável provavelmente também necessita de um fornecimento de corpos que orbitam a longo prazo para semear planetas interiores. Sem cometas há uma possibilidade de que a vida como a conhecemos não existiria na Terra.

Microambientes e extremófilos

O Deserto de Atacama oferece um análogo de Marte e um ambiente ideal para estudar a fronteira entre esterilidade e habitabilidade.

Uma qualificação importante para critérios de habitabilidade é que apenas uma pequena porção de um planeta é necessário para suportar vida. Astrobiologists muitas vezes se preocupar com "micro-ambientes", observando que "nos falta uma compreensão fundamental de forças como evolutivos, tais como mutação, selecção e deriva genética, operar em microrganismos que atuam sobre e responder a mudanças micro-ambientes. " Os extremófilos são organismos da Terra que vivem em ambientes de nicho sob condições severas geralmente considerados hostil à vida. Geralmente (mas não sempre) unicelular, extremófilos incluem agudamente alcalifílica e acidofílicas e outros organismos que podem sobreviver as temperaturas da água acima de 100 ° C em fontes hidrotermais.

A descoberta de vida em condições extremas complicou definições de habitabilidade, mas também gerou muito entusiasmo entre os pesquisadores em alargar consideravelmente a gama conhecida de condições sob as quais a vida pode persistir. Por exemplo, um planeta que de outra forma poderiam não ser capazes de suportar uma atmosfera dadas as condições solares na sua vizinhança, pode ser capaz de fazê-lo dentro de um rift sombra profunda ou caverna vulcânica. Da mesma forma, o terreno craterous pode oferecer um refúgio para a vida primitiva. O Relvado, Encosta cratera tem sido estudada como um análogo astrobiológicos, com pesquisadores, sugerindo rápida enchimento sedimento criado um microambiente protegido por microrganismos; condições semelhantes podem ter ocorrido ao longo da história geológica de Marte .

Ambientes da Terra que não podem suportar a vida ainda são instrutivas para astrobiologists na definição dos limites do que organismos podem suportar. O coração do Deserto de Atacama, geralmente considerado o local mais seco da Terra, parece incapaz de suportar a vida, mas tem sido objecto de estudo pela NASA, por essa razão: ele fornece um análogo de Marte e os gradientes de umidade ao longo de suas bordas são ideal para estudar a fronteira entre a esterilidade e habitabilidade. O Atacama foi objecto de estudo em 2003 que em parte replicados experimentos do Viking desembarques em Marte na década de 1970; nenhum ADN pode ser recuperado a partir de duas amostras de solo, e as experiências de incubação também foram negativos para biosignatures.

Em 26 de Novembro de 2011, a NASA lançou o Mars Science Laboratory (MSL) rover que vai procurar vida passada ou presente em Marte usando uma variedade de instrumentos científicos. O MSL pousou em Marte em Gale Crater em agosto de 2012.

Habitats desabitadas

Uma distinção importante na habitabilidade é entre habitats que contêm vida ativa (habitats habitadas) e habitats que sejam habitáveis para a vida, mas desabitada. Habitats desabitadas (ou vagos) poderiam surgir em um planeta onde não houve origem da vida (e nenhuma transferência de vida para o planeta de outro, habitado, planeta), mas onde existem ambientes habitáveis. Eles também podem ocorrer em um planeta que é habitado, mas a falta de conectividade entre habitats pode significar que muitos habitats permanecem desabitadas. Habitats desabitadas sublinham a importância de se dissociar habitabilidade ea presença de vida, que pode ser definido como a hipótese geral ", onde existem habitats, há vida". A hipótese é falsificável por encontrar habitats desabitadas e é experimentalmente testável. Charles Cockell e colegas de trabalho discutir Marte como um mundo plausível que poderia abrigar habitats desabitadas. Outros sistemas estelares pode hospedar planetas que sejam habitáveis, mas desprovido de vida.

Sistemas alternativos estrela

Ao determinar a viabilidade de vida extraterrestre, os astrônomos tinham focado sua atenção na longa estrelas como o Sol No entanto, uma vez que os sistemas planetários que se parecem com o Sistema Solar estão provando ser raro, eles começaram a explorar a possibilidade de que a vida pode se formar em sistemas muito diferentes dos nossos.

Sistemas binários

Típicos frequentemente estimativas sugerem que 50% ou mais de todos os sistemas estelares são os sistemas binários . Isto pode ser parcialmente provar viés, como enormes e brilhantes estrelas tendem a estar em binários e estes são mais facilmente observados e catalogados; uma análise mais precisa sugeriu que as estrelas mais fracas mais comuns são geralmente singular, e que até dois terços de todos os sistemas estelares são, portanto, solitário.

A separação entre as estrelas de um binário pode variar desde menos de um unidade astronômica (UA, a distância média Terra-Sol) para várias centenas. Em últimos casos, os efeitos gravitacionais será insignificante em um planeta que orbita uma estrela e habitabilidade potencial de outro modo adequado não será interrompido, a menos que a órbita é altamente excêntrica (veja Nemesis, por exemplo). Contudo, quando a separação é significativamente menos, uma órbita estável pode ser impossível. Se a distância de um planeta ao seu principal excede cerca de um quinto da maior aproximação da outra estrela, estabilidade orbital não é garantida. Se planetas pode se formar em binários em tudo tinha sido muito claro, uma vez que as forças gravitacionais podem interferir com a formação do planeta. O trabalho teórico por Alan Boss no Carnegie Institution mostrou que os gigantes gasosos podem se formar em torno de estrelas em sistemas binários tanto como eles fazem em torno de estrelas solitárias.

Um estudo de Alpha Centauri, o sistema estelar mais próximo do Sol, sugeriu que os binários não precisam ser descontado na busca de planetas habitáveis. Centauri A e B têm um 11 AU distância na aproximação (23 AU média), e ambos devem ter zonas habitáveis estáveis. Um estudo de estabilidade a longo prazo orbital para planetas simulados dentro do sistema mostra que planetas dentro de aproximadamente três UA de estrela ou pode manter-se estável (ou seja, o semi-eixo maior desvio em menos de 5%). O HZ para Centauri Uma estimativa conservadora é de 1,2 e 1,3 ua e Centauri B, 0,73-0,74-bem dentro da região estável em ambos os casos.

Sistemas de anãs vermelhas

Tamanhos relativos estrela e temperaturas fotosfera. Qualquer planeta em torno de uma anã vermelha, como a mostrada aqui teria que se amontoam perto de atingir temperaturas semelhantes à Terra, provavelmente induzir bloqueio das marés. Ver Aurelia.

Determinar a habitabilidade de anãs vermelhas estrelas poderia ajudar a determinar como a vida comum no universo poderia ser, como anãs vermelhas representam entre 70 a 90% de todas as estrelas da galáxia. Anãs marrons são provavelmente mais numerosos do que as anãs vermelhas. No entanto, eles não são geralmente classificados como estrelas, e nunca poderia suportar a vida como nós a entendemos, já que o pouco calor que emitem rapidamente desaparece.

Tamanho

Os astrônomos durante muitos anos descartada anãs vermelhas como potenciais moradas para a vida. O seu pequeno tamanho (de 0,1 a 0,6 massas solares) significa que as suas reacções nucleares proceder excepcionalmente lentamente, e que emitem luz muito pequena (de 3% da que é produzida pela Sun para tão pouco como 0,01%). Qualquer planeta em órbita em torno de uma anã vermelha teria que huddle muito perto de sua estrela-mãe para atingir temperaturas de superfície como a Terra; de 0,3 AU (apenas dentro da órbita de Mercúrio ) para uma estrela como Lacaille 8760, para menos de 0,032 AU para uma estrela como Proxima Centauri (tal mundo teria um ano com duração de apenas 6,3 dias). Nessas distâncias, a gravidade da estrela faria com travamento das marés. Um lado do planeta seria eternamente enfrentar a estrela, enquanto o outro seria sempre enfrentar longe dele. As únicas formas em que a vida potencial poderia evitar ou um inferno ou um congelador seria se o planeta tivesse uma atmosfera espessa o suficiente para transferir o calor da estrela do lado do dia para a equipa da noite, ou se houve um gigante de gás no habitável zona, com uma lua habitável, que seria bloqueado ao planeta em vez da estrela, permitindo uma distribuição mais uniforme da radiação sobre o planeta. Foi assumido que a longa, uma atmosfera de espessura impediria a luz solar de atingir a superfície, em primeiro lugar, impedindo a fotossíntese .

A impressão de um artista de GJ 667 Cc, um planeta potencialmente habitável orbitando uma anã vermelha constituinte em umsistema estelar trinary.

Esse pessimismo foi temperado pela pesquisa. Estudos realizados por Robert Haberle e Manoj Joshi da NASA 's Centro de Pesquisa Ames, na Califórnia demonstraram que a atmosfera de um planeta (supondo que ele incluiu gases de efeito estufa de CO 2 e H 2 S ) só precisa de ser 100 mbs, ou 10% da atmosfera da Terra , para o calor da estrela para ser levado para o lado de forma eficaz a noite. Isto está bem dentro dos níveis exigidos para a fotossíntese, embora a água ainda permanecem congelados no lado escuro em alguns de seus modelos. Martin Heath de Greenwich Community College, mostrou que a água do mar, também, poderia ser efetivamente distribuído sem sólido congelar se as bacias oceânicas eram profundos o suficiente para permitir o fluxo livre abaixo calota de gelo do time da noite. Ainda uma consideração da quantidade de fotossíntese-incluindo a procura activa de que os planetas tidally bloqueadas nos sistemas de anãs vermelhas pode pelo menos ser habitável para plantas superiores sugerido por radiação.

Outros fatores limitantes habitabilidade

Tamanho não é o único fator na tomada de anãs vermelhas potencialmente inadequadas para a vida, no entanto. Em um planeta anão vermelho, a fotossíntese no lado da noite seria impossível, uma vez que nunca iria ver o sol. No lado do dia, porque o sol não nasce ou definir, áreas nas sombras das montanhas assim permaneceria para sempre. Fotossíntese como a entendemos seria complicado pelo fato de que uma anã vermelha produz a maior parte de sua radiação no infravermelho, e na Terra o processo depende de luz visível. Há potenciais positivos para este cenário. Numerosos ecossistemas terrestres dependem chemosynthesis em vez de fotossíntese, por exemplo, o que seria possível em um sistema anã vermelha. A posição estática estrela primária elimina a necessidade de plantas para orientar folhas em direção ao sol, lidar com a mudança dos padrões de sombra / sol, ou para mudar de fotossíntese para energia armazenada durante a noite. Por causa da falta de um ciclo de dia-noite, incluindo a fraca luz de manhã e à noite, muito mais energia estariam disponíveis para um dado nível de radiação.

As anãs vermelhas são muito mais variáveis ​​e violento do que os seus primos mais estáveis, maiores. Muitas vezes eles estão cobertos de manchas estelares que pode escurecer sua luz emitida em até 40% por meses em um momento, enquanto em outras vezes eles emitem chamas gigantescas que podem dobrar seu brilho em questão de minutos. Tal variação seria muito prejudicial para a vida, uma vez que não só destruir quaisquer moléculas orgânicas complexas que poderiam eventualmente fazer precursores biológicos, mas também porque ele iria explodir porções consideráveis ​​de atmosfera do planeta.

Para um planeta em torno de uma estrela anã vermelha para apoiar a vida, seria necessário um campo magnético girando rapidamente para protegê-lo contra as chamas. No entanto, um planeta tidally bloqueado gira muito lentamente, e por isso não pode produzir uma geodínamo em seu núcleo. No entanto, o período de queima violenta do ciclo de vida de uma anã vermelha é estimado para durar apenas aproximadamente os primeiros 1,2 bilhões de anos de sua existência. Se um planeta formas longe de uma anã vermelha, de modo a evitar o bloqueio das marés, e depois migra para zona habitável da estrela depois deste período inicial de turbulência, é possível que a vida pode ter uma chance de se desenvolver.

Longevidade e ubiquidade

Há, no entanto, uma grande vantagem que as anãs vermelhas têm sobre outras estrelas como moradas para a vida: eles vivem um longo tempo. Levou 4.500 milhões ano antes que a humanidade apareceu na Terra, ea vida como a conhecemos vai ver condições adequadas para 1 a 2,3 bilhões de anos mais. As anãs vermelhas, pelo contrário, poderia viver por trilhões de anos, porque suas reações nucleares são muito mais lentos do que os de estrelas maiores, o que significa que a vida não teria mais tempo para evoluir e sobreviver.

Embora as chances de encontrar um planeta na zona habitável em torno de qualquer anã vermelha específico são escassas, o valor total da zona habitável em torno de todas as anãs vermelhas combinadas é igual à quantidade total em torno de estrelas semelhantes ao Sol dada a sua onipresença. Além disso, este montante total da zona habitável vai durar mais tempo, porque as estrelas anãs vermelhas vivem por centenas de milhares de milhões de anos ou até mais na seqüência principal.

As estrelas maciças

Pesquisas recentes sugerem que muito grandes estrelas, maior do que aproximadamente 100 massas solares, poderia ter sistemas planetários consistem de centenas de planetas Mercúrio porte dentro da zona habitável. Tais sistemas também podem conter anãs marrons e estrelas de pequena massa (~ 0,1-0,3 massas solares). No entanto, os tempos de vida muito curtos de estrelas de mais do que algumas massas solares dificilmente dar tempo para um planeta para se refrescar, e muito menos o tempo necessário para uma biosfera estável para se desenvolver. As estrelas maciças são, assim, eliminadas como possíveis moradas para a vida.

No entanto, um sistema de massa-estrela poderia ser um progenitor de vida de outra maneira - a Supernova explosão da estrela maciça na parte central do sistema. Esta supernova irá dispersar elementos mais pesados ​​ao longo de sua vizinhança, criado durante a fase em que a estrela maciça afastou-se da sequência principal, e os sistemas das potenciais estrelas de pequena massa (que ainda se encontram na seqüência principal) dentro do antigo massive- sistema estelar pode ser enriquecido com a relativamente grande quantidade de elementos pesados ​​tão perto de uma explosão de supernova. No entanto, isso indica nada sobre o que tipos de planetas formam como resultado do material supernova, ou o seu potencial habitabilidade seria.

A vizinhança galáctica

Junto com as características dos planetas e seus sistemas estelares, o ambiente galáctico mais ampla também pode afetar habitabilidade. Os cientistas consideraram a possibilidade de que áreas específicas de galáxias ( zonas habitáveis ​​galácticos) são mais adequadas para a vida do que outros; o Sistema Solar em que vivemos, no Spur Orion, na borda da galáxia Via Láctea é considerado em um local favorável de vida:

  • Ele não está em um aglomerado globular onde a densidade estrelas imensas são hostis à vida, dado radiação excessiva e perturbação gravitacional. Aglomerados globulares também são compostos principalmente de idosos, provavelmente de metal-pobre, Estrelas. Além disso, em aglomerados globulares, as grandes idades das estrelas significaria uma grande quantidade de evolução estelar pelo host ou outras estrelas próximas, que devido à sua proximidade pode causar danos extremos à vida em qualquer planeta, desde que eles podem formar.
  • Não é perto de um ativofonte de raios gama.
  • Não é perto do centro da galáxia, onde uma vez densidades novamente estrela aumentar a probabilidade de radiação ionizante (por exemplo, a partir demagnetares esupernovas). A buraco negro supermassivo também é acreditado para estar no meio da galáxia, que pode revelar-se um perigo para quaisquer órgãos nas proximidades .
  • A órbita circular do Sol em torno do centro da galáxia mantém fora do caminho dos braços espirais da galáxia onde intensa radiação e gravitação pode novamente levar à interrupção.

Assim, a solidão relativa é, em última análise o que é um sistema de rolamento de vida precisa. Se o Sol estavam lotados entre outros sistemas, a chance de ser fatalmente perto de fontes de radiação perigosas iria aumentar significativamente. Além disso, vizinhos próximos poderia perturbar a estabilidade de vários corpos em órbita, como a nuvem de Oort e do cinturão de Kuiper objetos, que podem trazer catástrofe se bateu no Sistema Solar interior.

Enquanto aglomeração estelar se revela desvantajoso para a habitabilidade, o mesmo acontece com isolamento extremo. Uma estrela como o Sol como rico em metais não teria, provavelmente, formado nas regiões ultraperiféricas muito da Via Láctea dado um declínio na abundância relativa de metais e uma falta geral de formação de estrelas. Assim, um local "suburbana", tais como o Sistema Solar goza, é preferível para o centro de uma galáxia ou mais distantes.

Outras considerações

Biochemistries alternativos

Enquanto a maioria das investigações de vida extraterrestre começar com a suposição de que avançou formas de vida devem ter requisitos semelhantes para a vida como na Terra, a hipótese de outros tipos de bioquímica sugere a possibilidade de formas de vida em evolução em torno de um mecanismo metabólico diferente. Em Evoluindo o estrangeiro , biólogo Jack Cohen e matemático Ian Stewart argumentam astrobiologia, com base na hipótese da terra rara, é restritivo e sem imaginação. Eles sugerem que planetas como a Terra podem ser muito raro, mas a vida complexa não-base de carbono poderia surgir em outros ambientes. A alternativa mais citada para o carbono é a vida baseada em silício, enquanto a amônia é por vezes sugerido como um solvente alternativo à água.

Idéias mais especulativos concentraram-se em corpos completamente diferentes do que planetas como a Terra. Astrônomo Frank Drake, um defensor conhecido da busca de vida extraterrestre, vida imaginada em uma estrela de nêutrons: submicroscópicas "moléculas nucleares" combinando-se para formar criaturas com um ciclo de vida milhões de vezes mais rápido do que a vida na Terra. Chamado de "imaginativa e tongue-in-cheek", a ideia deu origem a representações de ficção científica. Carl Sagan , um outro otimista com relação à vida extraterrestre, considerou a possibilidade de organismos que estão sempre no ar dentro da alta atmosfera de Júpiter em um papel 1976 . Cohen e Stewart também imaginou a vida em um ambiente tanto solar e na atmosfera de um gigante de gás.

"Good Jupiters"

"Bom Jupiters" são gigantes gasosos, como o Sistema Solar Júpiter , que orbitam as suas estrelas em órbitas circulares longe o suficiente da zona habitável não perturbar-lo, mas perto o suficiente para "proteger" os planetas terrestres em órbita mais perto de duas maneiras críticas. Primeiro, eles ajudam a estabilizar as órbitas e, assim, os climas, dos planetas interiores. Em segundo lugar, eles mantêm o Sistema Solar interior relativamente livre de cometas e asteróides que poderiam causar impactos devastadores. Júpiter orbita o Sol a cerca de cinco vezes a distância entre a Terra eo Sol Esta é a distância aproximada devemos esperar encontrar bons Jupiters em outros lugares. Papel "caseiro" de Júpiter foi ilustrado dramaticamente em 1994, quando o cometa Shoemaker-Levy 9 impactado o gigante; tinha gravidade Jovian não capturou o cometa, ele pode muito bem ter entrado no Sistema Solar interior.

No entanto, a história não é corte tão clara. Uma pesquisa recente mostrou que o papel de Júpiter na determinação da taxa na qual os objetos atingir a Terra é, no mínimo, muito mais complicado do que se pensava. Enquanto que para os cometas de longo período (que contribuem apenas uma pequena fração do risco de impacto com a Terra) é verdade que Júpiter age como um escudo, ele realmente parece aumentar a taxa em que os asteróides e cometas de período curto são arremessados ​​em direção Nosso planeta. Júpiter foram ausente, parece provável que a Terra seria realmente experimentar significativamente menos impactos de objetos potencialmente perigosos. Por extensão, está se tornando claro que a presença de planetas semelhantes a Júpiter não é mais necessário como um pré-requisito para a habitabilidade do planeta - na verdade, nossas primeiras pesquisas para a vida fora do Sistema Solar pode ser melhor direcionado para sistemas onde há tal planeta tem formado, uma vez que nesses sistemas, menos material será direcionado para ter impacto sobre os planetas potencialmente habitados.

O papel de Júpiter, no início da história do Sistema Solar é um pouco melhor estabelecida, ea fonte de muito menos debate. No início da história do Sistema Solar, Júpiter é aceito como tendo desempenhado um papel importante na hidratação do nosso planeta: ele aumentou a excentricidade da órbita cinturão de asteróides e permitiu que muitos de atravessar a órbita da Terra e abastecer o planeta com voláteis importantes. Antes Terra atingiu metade da sua massa atual, corpos gelados da região de Júpiter-Saturno e pequenos corpos do cinturão de asteróides primordial água fornecida à Terra devido ao espalhamento gravitacional de Júpiter e, em menor grau, Saturno . Assim, enquanto os gigantes gasosos são agora os protetores de votos, eles eram fornecedores de material de habitabilidade crítica.

Em contraste, os corpos do tamanho de Júpiter que orbitam muito perto da zona habitável, mas não no-lo (como em 47 Ursae Majoris ), ou ter uma órbita altamente elíptica que cruza a zona habitável (como 16 Cygni B ) tornam muito difícil para um planeta Earthlike independente de existir no sistema. Veja a discussão de uma zona habitável estável acima. No entanto, durante o processo de migração para uma zona habitável, um planeta Jupiter-size pode capturar um planeta terrestre como uma lua. Mesmo se tal planeta é inicialmente fracamente ligada e na sequência de uma órbita fortemente inclinada, interações gravitacionais com a estrela pode estabilizar a lua nova em uma órbita próxima, circular que é coplanar com a órbita do planeta em torno da estrela.

O impacto da vida na habitabilidade

Um suplemento para os fatores que sustentam a emergência da vida é a noção de que a vida em si, uma vez formado, torna-se um fator de habitabilidade em seu próprio direito. Um exemplo importante da Terra foi a produção de oxigênio pela antiga cianobactérias, e, eventualmente, fotossíntese plantas, levando a uma mudança radical na composição da atmosfera da Terra. Esse oxigênio provaria fundamental para a respiração das espécies animais mais tarde. O Gaia hipótese, uma classe de modelos científicos da geo-biosfera pioneira por Sir James Lovelock em 1975, argumenta que a vida como um todo promove e mantém condições adequadas para si, ajudando a criar um ambiente planetário apropriado para sua continuidade. Da mesma forma, David Grinspoon sugeriu um "mundos vivos hipótese", no qual a nossa compreensão do que constitui habitabilidade não pode ser separada da vida já existente em um planeta. Planetas que são geologicamente e Meteorologicamente vivo são muito mais propensos a ser biologicamente vivo, bem e "um planeta e sua vida vai co-evoluir."

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