EXOCEANOGRAFIA – Ambientes Líquidos Extraterrestres

Elise Moraski – Oceanógrafa pela Universidade Federal do Paraná (UFPR).
Bruno Martini – Oceanógrafo, Mestre em Dinâmica de Sistemas Costeiros e Oceânicos pela UFPR. Colaborador da Astrobiology Magazine. Membro do Grupo de Astronomia e Física de Concórdia (GAFC) e do Núcleo de Pesquisa de Ciências (NUPESC).

19 de outubro de 2015

Com o desenvolvimento da astrobiologia e das capacidades de exploração espacial, estamos descobrindo que é possível haver muitos Ambientes Líquidos Extraterrestres (ALEs) em outros astros do Sistema Solar e além dele. Sendo a oceanografia, a ciência responsável por estudar os grandes corpos d´água da Terra, surge agora a exoceanografia para pesquisar esses ALEs.

Um fato bem conhecido do público sobre nosso planeta Terra é que aproximadamente três quartos da sua superfície é coberta por água. No entanto, como animais terrestres que somos, historicamente concentramos nossos estudos da natureza sobre as massas continentais, as terras emersas. Não é exagero afirmar que os oceanos da Terra são menos conhecidos que a superfície da Lua, onde doze pessoas já caminharam e hoje vagam robôs (rovers) e orbitam satélites. Poucos submarinos já se aventuraram nas escuras profundezas oceânicas abissais (mais de 4 quilômetros de profundidade) e hadais (de 6 a 11 km), sendo que apenas duas pessoas visitaram a Fossas das Marianas, ponto mais profundo da crosta da Terra.

A oceanografia, por vezes também chamada de oceanologia e ciências do mar, é a metaciência que interdisciplinarmente reúne diversos ramos da ciência para estudar os grandes corpos d´água da Terra, como lagos, rios, estuários, mares e os oceanos. A oceanografia é tipicamente dividida em quatro áreas principais: oceanografia física, química, geológica e biológica. A física marinha trata por exemplo, do estudo de fenômenos como as ondas, marés, correntes marinhas, furacões e outros. A oceanografia química estuda os elementos químicos presentes na água e as principais reações que nela ocorrem. A oceanografia geológica pesquisa a formação e dinâmica das feições oceânicas, da costa, o transporte de sedimentos, dentre outros temas. E, finalmente, a parte biológica, que é provavelmente mais popularmente conhecida, por estudar os seres vivos marinhos e costeiros e suas interações. Mais aprofundadamente, a oceanografia também envolve ecologia, biotecnologia, estatística e ciências humanas como sociologia, antropologia, economia e direito ambiental.

Talvez pela dificuldade de se estudar os oceanos, a oceanografia seja uma ciência relativamente nova, formalizada pela expedição do navio Challenger em 1872. Neste início de século XXI, a oceanografia está ganhando novos ambientes para explorar, e não apenas nas profundezas oceânicas da Terra, mas em outros astros. Evidências se acumulam sobre a provável existência de Ambientes Líquidos Extraterrestres (ALEs) em outros mundos. A exoceanografia será a atividade de pesquisa oceanográfica além da Terra, nos ALEs que devem existir em alguns satélites naturais (luas), outros planetas e planetas-anões. A recente exploração espacial humana tem nos permitido investigar melhor os corpos astronômicos mais distantes do Sistema Solar e até detectar planetas além do nosso sistema estelar, os chamados exoplanetas. A existência de água líquida é de grande interesse para a exploração espacial, uma vez que ela é um ingrediente essencial à todas as formas de vida que conhecemos, e a possível existência de vida fora da Terra é um dos maiores mistérios do Universo para a humanidade.

A astrobiologia é outra metaciência dependente da interdisciplinaridade, combinando principalmente a astronomia e a biologia, mas envolvendo também a astrofísica, química e a própria oceanografia, dentre outras áreas de estudo. Essencialmente a astrobiologia estuda a origem, evolução, distribuição e o futuro da vida no Universo. Embora nós só conheçamos a vida como ela é na Terra, estudando toda a sua complexidade, podemos antever onde mais ela poderia ter surgido. A vida que conhecemos é baseada em carbono e depende de hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre (CHONPS, na sigla segundo a os respectivos elementos químicos da tabela periódica). Como única exceção conhecida, um estudo de 2010 mostrou um tipo de bactéria (GFAJ-1) que pode usar arsênio (As) quando privada de fósforo. A vida que conhecemos ainda precisa de água líquida e energia. No entanto, no campo teórico, a astrobiologia permite algumas especulações lógicas, como talvez vida baseada em silício (Si), ao invés de carbono. Além da possibilidade de outros líquidos realizarem o papel da água nos organismos, conforme comentaremos adiante.

Neste ano de 2015, provavelmente a principal notícia astrobiológica foi a confirmação de água líquida na superfície de Marte. No entanto, apesar de poder envolver grandes volumes, essa água estaria demasiadamente dispersa em sais no ambiente, sem formar um corpo d´água grande o suficiente para justificar a aplicação da oceanografia.

Fato é que, mais acessível que a exoceanografia planetária, está a exoceanografia lunar, principalmente em alguns dos satélites de Júpiter e Saturno, os gigantes gasosos do Sistema Solar, planetas compostos principalmente por hidrogênio e hélio. Europa é uma dentre as 67 luas confirmadas de Júpiter e principal candidata a uma futura exploração exoceanográfica. Ela é um pouco menor do que a Lua da Terra, rochosa, com um possível núcleo metálico, atividade tectônica e atmosfera que contém oxigênio. Somado a todas essas características, é provável que possua um enorme oceano parcialmente congelado, tornando Europa um dos principais astros candidatos a abrigar vida extraterrestre no Sistema Solar. Estima-se que haja um oceano dez vezes mais profundo (em torno de 100 km de profundidade) e com o dobro do volume que o Oceano Global da Terra, sob uma enorme capa de gelo de 10 a 30 km de espessura. Mesmo estando tão distante do Sol e fora da zona habitável estelar (distância não tão longe da sua estrela a ponto de congelar toda a água, ou tão perto a ponto e evaporá-la), essa lua pode ter calor suficiente para nela existir água líquida. A energia geotérmica, que causa a atividade tectônica, deixa rachaduras gigantescas nessa superfície congelada, mas também pode criar zonas hidrotermais como as observadas aqui nos oceanos da Terra, onde prosperam muitas formas de vida exóticas. Outra fonte de calor é o efeito de maré, gerado pelo deslocamento do campo gravitacional de Europa conforme se afasta ou aproxima de outros astros na sua grande e complexa trajetória orbital.

Ganimedes com seu oceano subsuperficial estratificado em diversos níveis de degelo. Fonte: NASA/JPL-Caltech.

Ganimedes com seu oceano subsuperficial estratificado em diversos níveis de degelo. Fonte: NASA/JPL-Caltech.

Além de Europa, pode haver água líquida em Ganimedes, outra lua de Júpiter e a maior do Sistema Solar. Parece haver um oceano salgado com 100 km de profundidade abaixo de colossais 150 km de gelo, com algumas camadas intermediárias de gelo parcialmente fundido e outras camadas como água muito quente, em contato direto com o manto rochoso no fundo. Calisto, mais um satélite de Júpiter, possui uma superfície congelada que pode se estender por uns 100 km, com um possível oceano salgado de pelo menos 60 km de profundidade sob ela. Faltam a Calisto fontes de calor suficientes em contato direto com a água, o que reduz suas chances de abrigar vida.

Em Encélado, uma das mais de sessenta luas de Saturno, foi confirmado haver um oceano, provavelmente salgado e também sob uma capa de gelo. Lá foram observados poderosos gêiseres de água, capazes de ejetar água e partículas que alcançam Saturno e até ajudam a formar seus anéis, enquanto o restante dessa água precipita como neve em Encélado. Sua provável fonte são cavernas ou bolsões de água líquida bem próximos à superfície. Esse satélite possui uma atmosfera bem úmida, e fontes de calor suficientes para potencialmente abrigar vida como a conhecemos. Em Saturno também orbita a minúscula lua Mimas, que talvez possua um oceano de 25 a 30 km sob a superfície e com potencial biológico ainda bem incerto. Reia é outro satélite saturniano com chances de possuir um oceano aquoso. Esse oceano seria mantido líquido pelo calor oriundo do decaimento radioativo do seu interior.

Tritão é a maior das treze luas de Netuno, o planeta mais distante do Sol no nosso sistema estelar. É também a única lua retrógrada do Sistema Solar, com uma órbita em direção aposta à rotação do planeta. Especula-se haver um oceano subterrâneo em Tritão e sua atividade geológica e vulcânica intensas podem fornecer a energia necessária à vida.

Em Urano orbita Titânia, a maior dentre suas 27 luas conhecidas. A estrutura de Titânia é basicamente um núcleo rochoso coberto por gelo. Esse gelo pode conter amônia e outros químicos anti-congelantes, que permitiriam a existência de um oceano de até 50 km de espessura entre esse manto de gelo e o núcleo quente. No campo gravitacional de Urano, ainda existe Oberon com potencial oceanográfico. Oberon depende de condições ambientais muito similares às comentadas acima para Titânia e seu oceano é estimado como tendo 40 km de extensão.

Nem só de satélites naturais depende a exoceanografia do Sistema Solar. Ceres não é planeta nem lua, é um planeta-anão, de fato o maior asteroide do Cinturão de Asteroides, posicionado entre Marte e Júpiter. Pela análise de sua densidade, Ceres pode ser formado por até 25% de água na forma de gelo. É possível que abaixo de aproximadamente uma centena de quilômetros de gelo, haja água líquida. Plutão é o mais famoso dos planetas-anões, por já ter sido considerado formalmente um planeta até 2006. Como está mais distante do Sol que todos os planetas do Sistema Solar, estudá-lo ainda é muito desafiador. Por exemplo, Plutão pode possuir um sistema de aneis ainda não detectados. E para nosso interesse em pauta, pode ser constituído internamente por até 40% de gelo, talvez com um oceano sob sua superfície. Esse oceano pode ter de 100 a 180 km de espessura em contato com o núcleo quente.

Pouco antes de concluir nosso inventário de ALEs, damos um salto para 42 anos-luz de distância da Terra, onde está o principal candidato a um novo tipo de planeta previamente teorizado, um “mundo aquoso”. Astrônomos estimam que pela densidade planetária, a superterra (exoplaneta com maior massa que a Terra e menor que Netuno) chamada GJ 12144 b pode conter três quartos de sua massa como água e outras formas de gelo, sendo assim, provavelmente um mundo aquoso. Este sim seria um candidato real ao nome “Planeta Água” e não a Terra (como alguns advogam), um planeta tipicamente telúrico (rochoso) com apenas uma fina capa de água superficial e quase o mesmo volume em seu interior. Há indícios que GJ 12144 b possua uma atmosfera gasosa, o que significa maior chance de um dia podermos pesquisar astrobiologia marinha por lá…

E finalmente, fechando com “chave de ouro” as excentricidades do conhecimento exoceanográfico do Sistema Solar, citamos Titã. Essa lua de Saturno é mais uma que pode possuir um oceano subsuperficial. O oceano de Titã seria tão salgado quanto o Mar Morto da Terra e provavelmente sem vida, caso não haja conexão desse oceano com a superfície 50 km acima dele, como se imagina ser o caso. Por outro lado, na sua superfície, há indícios de haverem gigantescos lagos de metano e etano líquidos. Pode ser que esses hidrocarbonetos passem por uma ciclagem de evaporação e precipitação, como a água na Terra, com o bizarro resultado de poder chover metano e etano em Titã. Alguns astrobiólogos teorizam que possam existir (micro)organismos em Titã, ou algum outro lugar do Universo, capazes de utilizar metano ou etano líquido no lugar da água líquida.

ALE de hidrocarbonetos em Titã brilhando ao Sol vistos na faixa do infravermelho pela espaçonave Cassini. Fonte: NASA/JPL-Caltech/Univ. Arizona/Univ. Idaho.

ALE de hidrocarbonetos em Titã brilhando ao Sol vistos na faixa do infravermelho pela espaçonave Cassini. Fonte: NASA/JPL-Caltech/Univ. Arizona/Univ. Idaho.

Como mostrado, a água líquida não parece ser um recurso escasso no Sistema Solar, muito menos restrito à zona habitável do Sol, que engloba a Terra e Marte. Como encontramos vida em todo corpo d´água da Terra, aumenta nosso otimismo de que algum desses ALEs contenha ou tenha contido vida. Se um ou mais deles contiver vida, a próxima pergunta é saber se um astro contaminou os outros ou se a vida emergiu neles independentemente um do outro. Essa amostragem exoceanográfica e astrobiológica do Sistema Solar poderá nos dar melhores estimativas sobre as chances da vida colonizar outros astros (panspermia) e surgir espontaneamente (origem biológica). Assim, teremos uma melhor ideia do que temos hoje sobre a possível abundância ou raridade da vida no Universo.

Referências

NASA – National Aeronautics and Space Administration. Astrobiology – Life in the Universe. Acesso em 2015. <https://astrobiology.nasa.gov/>.

NASA Jet Propulsion Laboratory. Ocean Worlds 2015. JPL Infographics.
<http://www.jpl.nasa.gov/infographics/infographic.view.php?id=11262>.

Hussmann, Hauke; Sohl, Frank; Spohn, Tilman. Subsurface oceans and deep interiors of medium-sized outer planet satellites and large trans-neptunian objects. Icarus, n. 185, v. 1, p. 258–273, 2006.

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