Vida – mas não como a conhecemos

Após uma série de fracassos missionários, em Julho de 1965 foram os primeiros flybys bem sucedidos de Marte. A US Mariner 4 tornou-se a primeira nave espacial a tirar fotos de perto de outro planeta, transportando 22 imagens da superfície marciana cratrada de impacto de volta à Terra. Desde então, mais de 20 missões bem sucedidas exploraram a atmosfera e a superfície da planta vermelha.

Obrigado às imagens e dados recolhidos – e por telescópios, tanto na Terra como no espaço – sabemos agora que há milhares de milhões de anos atrás, Marte tinha os três ingredientes críticos para a vida. Tinha uma abundância de blocos de construção química, água líquida na sua superfície e uma fonte de energia (actividade vulcânica) para alimentar as reacções químicas que tornam a vida possível (na Terra essa fonte de energia é o Sol). Hoje em dia, pensa-se que a superfície inóspita de Marte não é adequada para a vida, mas a possibilidade de existir vida no fundo da sua superfície congelada não foi descartada. Até hoje, no entanto, nenhuma evidência de vida – antiga ou não – foi encontrada. Sendo Marte habitável, afinal, não significa que tenha realmente um habitat.

A busca pela vida marciana está em curso, com mais três missões a Marte planeadas para serem lançadas nos próximos anos. A mais longo prazo, uma série de agências espaciais também têm como objectivo recolher amostras de Marte e devolvê-las à Terra para uma análise mais aprofundada. E a busca por sinais de vida extraterrestre está se estendendo até as profundezas do nosso sistema solar e além dele.

Europa

O gigante de gás Júpiter, o próximo planeta além de Marte no sistema solar, é inóspito à vida em qualquer forma atualmente imaginável. Mas as suas luas geladas – especialmente a Europa – têm potencial. Várias missões passaram por Júpiter e suas luas a caminho de outros lugares, mas a missão Galileu da Nasa foi a primeira concebida para orbitar especificamente o planeta e estudar suas luas. Ela coletou imagens e dados no sistema Jovian de 1995 a 2003, passando Europa 12 vezes.

Fotos e dados coletados por esta espaçonave sugerem que Europa tem uma estrutura em camadas como a Terra: um núcleo rico em ferro, um manto rochoso e uma crosta de gelo. As medições do campo magnético encontraram uma corrente elétrica no interior, consistente com um oceano líquido salgado sob a espessa crosta de gelo ao redor de todo o planeta. Fotografias mostrando enormes fissuras no gelo, tiradas pela mesma missão, apoiam esta ideia.

A superfície da Europa assemelha-se ao gelo marinho da Terra na Antárctida, explica François Poulet do Instituto de Astrofísica Espacial da Université Paris-Sud em França: ‘Indica que o gelo é geologicamente muito jovem e pode ser uma prova da sua interacção com um reservatório de água líquida’. Em dezembro de 2012, o Telescópio Espacial Hubble também detectou vapor de água acima do Pólo Sul da Europa e foi proposto que isso veio de plumas de água em erupção. As naves espaciais ainda não viram essas plumas, no entanto, se elas existem elas devem ser intermitentes.

Então, Europa provavelmente tem água. Mas e quanto aos outros dois componentes necessários para serem habitáveis? Ela tem uma fonte de energia térmica proveniente do atrito de ser puxada para o campo gravitacional de Júpiter por diferentes quantidades durante diferentes estágios de sua órbita elíptica. Há também muita radiação ao redor de Júpiter para potencialmente iniciar reações químicas (forte o suficiente para também destruir muito rapidamente qualquer composto orgânico formado). Mas ainda não se sabe se tem os ingredientes químicos em bruto correctos; a modelação sugere que pode, mas são necessários dados mais concretos.

Em 2022, tanto a Agência Espacial Europeia (ESA) como a Nasa planeiam lançar naves espaciais que se aproximarão e serão pessoais com a Europa. O Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) da ESA levará mais de sete anos para chegar ao sistema Jovian. Chegaremos ao final de 2029 e começaremos a operar durante 2030″, diz Poulet, um membro da equipa que está a desenvolver o espectrómetro visível e infravermelho a bordo chamado Majis (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer). O principal alvo da missão Juice é Ganymede, outra das luas de Júpiter, mas Europa receberá dois flybys. O Majis irá caracterizar a composição da superfície desta lua e – juntamente com o espectrómetro UV a bordo – irá determinar a composição da atmosfera muito fina de Europa. Outras câmeras e espectrômetros também ajudarão a compreender o interior e a crosta deste mundo gelado.

Para a missão Europa Clipper da Nasa, Europa é a estrela do espetáculo. Enquanto a missão aparentemente óbvia seria orbitar Europa por alguns anos, qualquer nave espacial que o fizesse estaria exposta à radiação que diminuiria a vida de Júpiter. Em vez disso, Europa clipper irá orbitar Júpiter, mergulhando dentro e fora de sua faixa de radiação. Realizará pelo menos 45 avionetas próximas de Europa durante três anos e meio. Uma mistura de câmeras e espectrômetros irá examinar a lua e sua atmosfera tênue. Se as plumas de água acima do Pólo Sul existirem, ela também será capaz de voar através destes e, portanto, medir diretamente a composição química do oceano da Lua. Se o Europa Clipper for lançado em 2022, há dois tempos de chegada possíveis para ele: 2025, se o novo Sistema de Lançamento Espacial (SLS) da Nasa que está atualmente em desenvolvimento for usado, ou janeiro de 2030, se um foguete tradicional for usado.

Enceladus

As luas do vizinho Saturno de Júpiter também são alvos principais na busca de vida alienígena, especialmente Enceladus e Titan. Cassini chegou ao sistema de Saturno em 2001 e conduziu 23 voadores do Enceladus e 127 do Titan antes da missão terminar em setembro de 2017.

A primeira mosca do Enceladus ergueu bandeiras que não era o corpo gelado sem ar anteriormente assumido, explica a cientista do projecto Cassini Linda Spilker. Então Cassini se aproximou, e depois se aproximou novamente. Na terceira mosca, detectamos no infravermelho térmico um Pólo Sul quente e vimos de perto as quatro fraturas das faixas de tigre”, diz ela. As marcas da faixa de tigre perto do Pólo Sul estão 200°C mais quentes do que o resto da lua. Como em Europa, supõe-se que o atrito causado pelas forças gravitacionais de Saturno significa que o Enceladus aquece de dentro para fora.

Esta terceira mosca também recolheu evidências de uma pluma de material jorrando para fora das listras. É claro que isso nos deixou mais intrigados sobre o Enceladus’, diz Spilker. Alguns dos 20 flybys seguintes voaram diretamente através do material da pluma e amostraram os gases e partículas nele contidos. Foi quando encontramos vapor de água, um reservatório salgado e orgânicos’

O espectrômetro de íon e massa neutra a bordo do Cassini detectou moléculas orgânicas nas plumas, tanto nos gases quanto nas partículas dentro dele, até o limite do instrumento. Eles poderiam detectar até 100 unidades de massa atômica. Existem grupos de C2 a C6 e possivelmente mais além’, explica Spilker.

Encontramos vapor de água, um reservatório salgado e orgânicos dos jatos polares Enceladus

Embora fosse ‘muito excitante encontrar esses orgânicos’, ainda não é possível dizer se eles foram formados por seres vivos ou não, explica ela. O instrumento não tem maneira de fazer essa distinção, precisamos voltar com espectrômetros de massa mais poderosos, saindo para uma gama muito maior que poderia procurar moléculas pai de grande cadeia como aminoácidos e ácidos graxos.’

Outros achados emocionantes nos dados da pluma foram o excesso de hidrogênio e a detecção de grãos minúsculos de nanosílica, que só podem se formar em água muito quente. Essas duas informações juntas apontavam para evidências de respiradouros hidrotermais no fundo do mar do Enceladus’, diz Spilker. Os respiradouros hidrotermais formam-se em locais onde a água do mar encontra o magma. A água desce rachaduras no núcleo, é aquecida e depois volta a sair à força.

Na Terra, os respiradouros hidrotermais estão repletos de organismos que não são vistos em nenhum outro lugar. Estes micróbios obtêm a sua energia dos nutrientes dos fluidos ricos em minerais que sobem do núcleo da Terra. Pensa-se que eles são os únicos organismos na Terra que não obtêm a sua energia do Sol. As fontes hidrotermais no Enceladus, e outros corpos planetários, são portanto locais potenciais para a vida.

Enceladus, como Europa, acredita-se ter um oceano global sob a sua superfície gelada. Um estudo de 10 anos de dados de Cassini, olhando para a vibração da lua, descobriu que o núcleo e a crosta não estão fixados juntos. Uma maneira de desacoplá-los é ter um oceano de água líquida global”, diz Spilker. Há agora estimativas de que este oceano global no Enceladus pode ter centenas de milhões a até bilhões de anos – pode até ter durado desde o tempo da formação do Enceladus”. Isso é emocionante porque significa que tem havido uma enorme quantidade de tempo num enorme corpo de água para a vida potencialmente se formar, explica ela.

Os dados coletados por Cassini mostram que o Enceladus tem os três ingredientes necessários para suportar a vida, mas nenhuma evidência de que a vida está realmente presente ainda foi encontrada. Telescópios, explica Spilker, não são ótimos para explorar esta lua: ‘Enceladus é muito pequeno, e está muito próximo de Saturno, tornando difícil detectá-lo da Terra’. E por esta razão é desejável uma nova missão aqui, ela explica.

Titan

Cassini não foi a primeira nave espacial a visitar as luas de Saturno. A Voyager 1 visitou a região em 1980. Quando os pesquisadores voltaram a reprocessar algumas dessas imagens antigas, depois que Cassini descobriu as plumas de Enceladus, eles perceberam que os jatos haviam sido capturados pela câmera 25 anos antes.

Foi Titan, no entanto, o principal alvo da missão Voyager da Nasa. Em 1944, os astrônomos usaram telescópios para descobrir que esta lua tinha uma atmosfera espessa contendo metano. Dados coletados pela nave espacial Voyager mostraram então que era na sua maioria nitrogênio, alguns por cento metano e quantidades menores de hidrocarbonetos como etano, propano e acetileno. Tivemos medições do Observatório Espacial Infravermelho durante os meados dos anos 90 que nos ajudaram a encontrar algumas moléculas mais complexas”, explica Sarah Hörst, uma química atmosférica da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, EUA. O benzeno era a molécula mais pesada que conhecíamos antes de Cassini’, acrescenta ela.

A química se complica muito rapidamente em Titan

‘Cassini chegou lá e começou a fazer medições da atmosfera e em vez de encontrar coisas que tinham uma massa de 78 como o benzeno, Cassini descobriu que há íons no topo da atmosfera de Titan que têm massas de mais de 10.000′, diz Hörst. Então isso são sete ou oitocentos átomos de carbono em vez de seis ou sete átomos de carbono.’

Os instrumentos a bordo do Cassini – e sua sonda Huygens, que pousou em Titan em janeiro de 2005 – não foram capazes de identificar esses íons, apenas confirmar que eles existem. Estas moléculas são formadas quando o nitrogênio e o metano no exterior da atmosfera são decompostos pela luz ultravioleta e radiação, e depois recombinam de todas as formas. A química torna-se muito complicada muito rapidamente em Titan,’ explica Ralph Lorenz, também na Universidade Johns Hopkins. Hörst concorda: ‘Uma das maiores coisas que Cassini nos disse sobre Titan é que a química é ainda mais complicada do que pensávamos antes de lá chegarmos.’

Titan também é pensado para ter um oceano de água líquida sob a sua superfície gelada. A crosta de gelo é provavelmente muito mais espessa em Titã do que em Europa e Enceladus’, diz Hörst. Mais uma vez, como é suspeito para as outras luas com oceanos subterrâneos, a vida poderia existir lá em baixo. Mas este não é o único ambiente em Titã onde a vida poderia se formar.

Titan tem lagos através de seus pólos. É o único lugar que não a Terra conhecido por ter um líquido na sua superfície. Mas com uma temperatura de superfície de -180ºC, estes não podem conter água. A missão Cassini determinou que eles estão cheios de supercoldano e metano, que são gases na Terra. Em Titan, estes hidrocarbonetos líquidos esculpem os vales dos rios, formam nuvens e caem como chuva. Mas também poderiam agir como o solvente necessário para suportar a vida?

‘Se houvesse organismos na superfície, teriam de usar uma química muito diferente da nossa’, explica Hörst. Pode ainda ser baseado em carbono, nitrogênio, hidrogênio e oxigênio. Poderia ser apenas um jogo diferente de moléculas que trabalham melhor naquelas temperaturas com aquele solvente’

A matéria orgânica está caindo constantemente fora da atmosfera

‘Nós não compreendemos realmente a gama completa das possibilidades químicas em um solvente não-polar como o metano líquido’, explica Lorenz. Foi especulado que pode ser possível formar membranas com acrilonitrilo. A ideia é que este tipo de montagem é chamado de azotosoma, um análogo ao lipossoma na química biológica convencional”. As extremidades das moléculas amantes de metano e que odeiam metano podem permitir que o acrilonitrilo se organize numa vesícula esférica capaz de isolar um conjunto de químicos de outro.

‘Sabemos algumas possibilidades para as funções que a química do acrilonitrilo precisa de desempenhar para eventualmente se tornar viva, mas não sabemos como todos os passos poderiam ser feitos. Também não sabemos, é claro, como todos os passos poderiam ser feitos na água’, diz Lorenz. Portanto, são dois ambientes diferentes que precisamos procurar pela vida em Titan. Podemos procurar a vida como a conhecemos, mas também a vida como não a conhecemos, o que complica as coisas.’

Hörst e Lorenz fazem parte de uma missão na fase de ideias com o objectivo de fazer exactamente isto. Em dezembro de 2017, a Nasa anunciou mais fundos para desenvolver a possibilidade de enviar um avião a rotor tipo drone chamado Dragonfly para explorar a química prebiótica de Titan. Na primavera de 2019, a Nasa anunciará se a Libélula irá ou não descolar.

‘Se tivermos a sorte de a Libélula ser financiada, lançaríamos em 2025 e chegaremos a Titan em 2034′, explica Lorenz. A Libélula seria um quadripiloto capaz de voar algumas dezenas de quilómetros numa hora, mais longe do que qualquer rover planetário alguma vez viajou. “As peculiaridades do ambiente Titan, com sua baixa gravidade e atmosfera espessa, significa que seria muito fácil relocalizar o laboratório usando rotores. Seremos capazes de descolar e explorar progressivamente alvos mais interessantes’, diz ele.

Dragonfly seguraria um conjunto de instrumentos para olhar para a química da superfície e atmosfera de Titan. Também seria capaz de sondar sob a superfície usando uma broca e um espectrômetro de raios gama. Informação sobre coisas que você não pode necessariamente ver se estávamos apenas olhando para a superfície”, explica Hörst. A matéria orgânica está constantemente a cair da atmosfera e pode cobrir o que quer que esteja por baixo.’

Antes de 2034, os telescópios continuarão a ser usados para estudar Titan. O Atacama Large Millimetre Array, um conjunto de radiotelescópios no deserto do Atacama, na América do Sul, é um recurso realmente incrível para nós’, diz Hörst. Eles usam Titan como um alvo de calibração e todos esses dados estão disponíveis publicamente. As pessoas já estão descobrindo um grande número de novas moléculas na atmosfera de Titan usando esses dados’. O telescópio também permitirá que informações sobre como essas moléculas são distribuídas na atmosfera de Titã sejam descobertas. E então uma vez que James Webb lançar, esperamos ser capazes de obter alguma boa ciência Titan a partir desse telescópio também.’

Além do nosso sistema solar

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) está programado para ser lançado na primeira metade de 2019. Ele irá ‘estacionar’ no ponto Lagrange dois, um local no espaço profundo onde a atração gravitacional do sol, Terra e lua se cancelam mutuamente. Ele ficará ali e orbitará em torno desse ponto no espaço”, explica Nikole Lewis, astrônomo do Space Telescope Science Institute, em Baltimore, EUA, onde o JWST está sendo desenvolvido. É também o centro de operações científicas do Telescópio Espacial Hubble.

Para além de estudar planetas e luas no nosso sistema solar, o JWST estará olhando para além do nosso sistema solar e juntando-se ao estudo de exoplanetas que têm o potencial de abrigar vida. Em fevereiro de 2017, foi anunciado que a estrela Trappist-1 tem sete planetas do tamanho da Terra orbitando-o. A apenas 39 anos-luz de distância, este sistema solar parece muito semelhante ao nosso. E pelo menos três dos planetas estão na chamada zona habitável, o que significa que eles poderiam hospedar água líquida em suas superfícies.

Os planetas Trapist-1 foram encontrados usando o Telescópio Espacial Spitzer, os Planetas em Trânsito e os Planetas Similares Pequeno Telescópio (Trapist) no Chile e alguns outros telescópios baseados na Terra. E desde a sua descoberta, uma equipa co-liderada por Lewis tem vindo a examinar algumas das atmosferas destes planetas usando o Hubble. JWST irá adicionar muitos mais detalhes à imagem que a sua equipa está actualmente a formar destes exoplanetas e suas atmosferas.

JWST é um telescópio de infravermelhos com muito mais sensibilidade do que qualquer um dos seus predecessores. Ele será capaz de detectar as impressões digitais químicas – se elas estiverem lá – dos componentes das atmosferas dos exoplanetas incluindo água, metano, dióxido de carbono, oxigênio e ozônio.

A equipe de Lewis também estará procurando evidências de que há vida em um ou mais destes planetas, alterando a química em sua atmosfera. Esperamos que certas espécies químicas estejam em equilíbrio e, em seguida, a vida se desequilibra”, explica ela. Vamos ser capazes de procurar um grande número de planetas em busca desses sinais de desequilíbrio em suas atmosferas que indicariam que há vida lá.’

Lewis está claramente animado com o que o futuro pode trazer. Vai ser um tempo muito transformador em termos de exoplanetas e também de ciência do sistema solar. Empurrando para a frente, tentando entender as luas em nossos sistemas solares e então talvez seu potencial de suporte de vida’.