Aula 7 – Astrobiologia: Vida aqui e em outros mundos?

I Curso Introdução à Astronomia – Fev 2017
Astrobiologia: a vida no
universo
Daniel R. C. Mello
Observatório do Valongo - UFRJ
Nesta aula veremos:
O
que é Astrobiologia?
As origens e o status moderno da astrobiologia;
 A astrobiologia como ciência interdisciplinar;
 O Universo e a origem da vida:
 Das estrelas ao surgimento da vida;
 A vida como complexidade ● O que é vida e como
procurá-la?
 A busca por vida além da Terra
 Planetas, Luas e exoplanetas com vida em potencial;
 Existe vida “inteligente” lá fora?
O que é Astrobiologia?
O questionamento sobre a possibilidade de vida
fora da Terra é tão antiga quanto a própria cultura
humana;
As perguntas passaram por todos os séculos,
desde o antigo império chinês, a cultura grega
antiga, a mitologia maia até chegar ao final do
século XX onde perguntas, aparentemente
filosóficas começaram a ganhar mais atenção e
uma investigação científica mais pormenorizada.
Mas quais eram ou são estas perguntas?
O que é Astrobiologia?
O que é Astrobiologia?
Ao longo do séc. XX eram comuns enredos de
ficção científica (arte escrita e cinematográfica)
sobre criaturas diversas habitantes do espaço
longínquo que, por vezes, visitam a Terra;
O início da corrida espacial entre EUA e URSS na
década de 1950 levou equipamentos nunca antes
elaborados pelo homem a visitar planetas e luas
nunca antes explorados.
Os estudos dos planetas deram novo impulso e
novas perguntas acerca da vida foram elaboradas.
O que é Astrobiologia?
A partir da década de 1960, astrônomos, geólogos
e microbiologistas começaram a trabalhar de forma
mais estreita em questões relacionadas à chance
de encontrar formas de vida (inteligentes ou não)
em planetas e satélites do Sistema Solar.
Foi nesta época também que o termo Astrobiologia
ou Exobiologia foi criado pelo ganhador do prêmio
Nobel de medicina Joshua Lederberg.
A astrobiologia se ocupa então com a
investigação da vida em qualquer contexto
cósmico.
O que é Astrobiologia?
Até os anos de 1990, entretanto, este novo ramo
do conhecimento não ganhou muitos adeptos e
por vezes foi encarado com ceticismo e desdém por
boa parte do círculo acadêmico mais tradicional.
O começo da descoberta indireta de planetas
extrassolares (exoplanetas) em meados dos anos
1990, as novas tecnologias instrumentais em
astronomia aliadas às pesquisas sobre química da
origem vida em laboratórios e aos novos enfoques
da área, deram impulso moderno a astrobiologia
do começo do século XXI.
O que é Astrobiologia?
O status moderno da astrobiologia
A astrobiologia é seguramente a área da astronomia
de maior interesse e uma das mais desafiadoras da
atualidade;
Afora a grande pergunta sobre “será que existe vida
mesmo lá fora?”, talvez este grande interesse seja
devido ao fato de que, ao contrário de 30 ou 40 anos
atrás, temos hoje e teremos em futuro próximo,
condições tecnológicas de investigar questões sobre
a origem e evolução da vida de modo muito mais
confiável, muito mais esclarecedor.
O que é Astrobiologia?
O status moderno da astrobiologia
A astrobiologia se ocupa hoje:
Como se formam os mundos habitáveis e como
eles evoluem?
 Como os sistemas vivos têm origem?
O que é Astrobiologia?
O status moderno
da astrobiologia
A astrobiologia se
ocupa hoje:
Como reconhecer
um planeta que
abrigue a vida?
O que é Astrobiologia?
O status moderno da astrobiologia
A astrobiologia se ocupa hoje:
Como as condições astrofísicas e mudanças ambientais
e climáticas afetam o desenvolvimento e o surgimento
da vida?
O que é Astrobiologia?
O status moderno da astrobiologia
O quanto a vida na Terra é comum ou o quanto ela
é exceção no universo?
 Buscar a vida no cosmo é também compreender
melhor a vida na Terra
O que é Astrobiologia?
A astrobiologia com área multidisciplinar
Os resultados e pesquisas em astrobiologia são
compartilhados ou produzidos por uma série de
profissionais das mais diversas áreas do saber. Isto se
deve ao fato de que a astrobiologia é o resultado da
junção destas diversas áreas com um só objetivo:
contribuir para a investigação dos pormenores da
vida no universo;
Neste sentido que dizemos que a astrobiologia é a
área mais interdisciplinar da astronomia.
O que é Astrobiologia?
A astrobiologia com área multidisciplinar:
O que é Astrobiologia?
A astrobiologia com área multidisciplinar
Sua interdisciplinaridade, portanto, contribui ainda
mais para seu grande interesse, em nível de
pesquisa, divulgação científica e educacional.
Curso livre de
astrobiologia
na USP
O Universo e a origem da vida
Como a vida se desenvolveu?
Durante o Big Bang apenas o Hidrogênio, Hélio,
Lítio e pouquíssimo Boro e Berílio foram formados;
 Então, indiretamente, os blocos necessários para o
surgimento da vida começaram nos primeiros
instantes do universo;
Na aula sobre estrelas, vimos que todos os
outros elementos da tabela periódica foram
formados nas reações nucleares das estrelas;
O Universo e a origem da vida
História do Universo
O Universo e a origem da vida
Demorou muito, muito tempo para que as
primeiras galáxias se formassem e com elas as
primeiras estrelas do universo. Quando isto ocorreu,
começou o enriquecimento químico do universo.
O Universo e a origem da vida
Com
um
universo
quimicamente
mais
diversificado, as condições favoráveis de temperatura
e radiação permitiram a formação de estruturas
maiores e mais complexas em torno de estrelas e
nuvens gasosas: as moléculas interestelares.
O Universo e a origem da vida
Moléculas interestelares?
O Universo e a origem da vida
Em etapas posteriores, as nuvens gasosas se
contraíram para formar novas estrelas e em torno
destas, muitos discos de matéria se aglomeraram
para formar planetas e outros corpos menores como
satélites e cometas.
O Universo e a origem da vida
Os planetas com suas características físicas
peculiares (condições propícias de temperatura,
pressão, e nível de radiação externa adequado)
permitiram que átomos e moléculas se
aglomerassem e evoluíssem em complexidade.
O Universo e a origem da vida
A partir da formação de moléculas complexas e das
condições planetárias necessárias, a hipótese do
surgimento da vida é fortemente apoiada no modelo
mais plausível do surgimento de vida em nosso
planeta. Muitos pesquisadores são unânimes em
descrever os ingredientes básicos para o surgimento
da vida:
 abundância de H2O;
 abundância satisfatória de C, N e O;
 energia para trocas celulares;
 níveis de radiação e temperatura adequados;
 Longo período de estabilidade planetária para
possibilitar que os processos pré-vitais ocorram;
O Universo e a origem da vida
As macromoléculas chaves para desencadear os
processos pré-vitais são conhecidas como
aminoácidos. Como sabemos disso?
 Os aminoácidos são componentes básicos das
células de todos os seres vivos da Terra;
Aminoácidos, proteínas
Célula
O Universo e a origem da vida
Da Terra inóspita à
Terra habitável
Como está hipótese foi testada com sucesso?
O Universo e a origem da vida
Antes da década de 1950, existia a hipótese de
Oparin-Haldane que dizia que a superfície da Terra
era como uma sopa quente e que lentamente
compostos da superfície subiram à atmosfera e
foram sendo alterados até que aminoácidos foram
sendo gerados a partir de descargas elétricas e
outros processos naturais;
Esta atmosfera primordial da Terra era rica em CO2,
N2, metano (CH4), amônia (NH3) e H2.
Em 1953, o experimento de Urey & Miller deu
grande embasamento à hipótese:
O Universo e a origem da vida
Componentes
orgânicos podem
ser gerados a partir
de componentes
inorgânicos;
O Universo e a origem da vida
O Universo e a origem da vida
Será que caminhos que a química trilhou para dar
origem aos primeiros organismos na Terra foram
muito particulares?
Se pensarmos nas possibilidades dos processos prévitais ocorrerem em condições diversas, mas
favoráveis, de vida no universo, devemos ser
inclinados a defender a tese de que a vida deve ser
bastante “comum” em todo universo.
Vida rara ou vida muito provável?
Aqui vão algumas evidências positivas sobre a grande
possibilidade de vida no universo:
O Universo e a origem da vida
O Universo e a origem da vida
Panspermia: Uma outra possibilidade
Há outra corrente de pesquisadores que defende que
os tijolos básicos para o surgimento da vida na Terra
podem ter sido trazidos do espaço à bordo de
asteroides ou cometas durante a fase de grande
bombardeio da Terra que cessou a ~ 3.8 bilhões de
anos atrás. Está é a hipótese da panspermia. Há
evidências concretas do potencial pré-vital
principalmente na química dos cometas, já que eles
conseguiram armazenar os componentes químicos
mais “leves” da nebulosa que deu origem ao Sistema
Solar.
O Universo e a origem da vida
(H2O, CO, CO2, CH3OH,
H2CO, HCN, (H2S)
(NH3, HNCO, CH3CN, HNC,
OCS), (HCOOH),
(CH3CHO), (HCOOCH3)
(NH2CHO), HC3N, t (H2CS),
SO, SO2, etc.
O Universo e a origem da vida
A hipótese da panspermia é factível portanto com a
hipótese que a vida pode mesmo se desenvolver em
qualquer lugar que seja-lhe aprazível. Seus
ingredientes podem ser transportados.
O que determinará a origem e a evolução da vida em
certo corpo celeste, será possivelmente um
somatório de fatos interligados que produzirá
resultados diversos, formas de vidas diversas.
Para estudar a origem e sustentabilidade da vida em
diversos locais do universo, muitos se perguntam
como definir o que é vida?
O que é vida, afinal?
Esta pergunta está no cerne de todos os estudos na
biodiversidade terrestre e também da astrobiologia.
Apesar de ser conceito subjetivo, diversos autores
defendem um conjunto de características
relacionadas aos organismos vivos terrestres:
Sistema com troca de energia com meio externo;
 Memória + mecanismo de leitura;
 Interação complexa com o meio ambiente;
 Evolução;
 Autorreplicação
O que é vida, afinal?
A base da vida na Terra está no átomo de carbono, na
existência do H2O como solvente principal e do O2 como
principal troca gasosa. Mas será que lá fora também é
assim?
O que é vida, afinal?
Mas a vida pode ser diferente da usual, mesmo aqui na
Terra?
Nos últimos anos, formas de vidas existentes em regiões
inóspitas da Terra têm sido descobertas: são os
extremófilos:
O que é vida, afinal?
Mas a vida pode ser diferente da usual, mesmo aqui na Terra?
Estas pesquisas feitas em desertos, Antártida, crateras de
vulcões, regiões abissais, têm mostrado uma variedade de
seres que vivem:
Em extremos de temperatura: -35 a 230º C;
 Resistem a escassez absurda de água;
 Metabolismo não dependente do Oxigênio;
 acidez muito variável;
Podem entrar em estado de dormência por mais de 1 milhão
de anos;
 Podem ser transportados para
espaço e suportar
temperaturas de -230º C e incidência direta de radiação;
Possibilidades para a vida no universo são
inúmeras! Basta saber encontrá-las.
O que é vida, afinal?
Mas como procurar por sinais de vida?
Estudos em astrobiologia se voltaram para a Terra a
partir do anos 1990 no sentido de encontrar pistas sobre
comportamentos semelhantes em outros locais do
universo. A “lógica” era vasculhar a Terra e projetar os
resultados para outros locais no Universo.
O que é vida, afinal?
Mas como procurar por sinais de vida no universo? Os recursos da astrobiologia:
A observação dos
planetas do sistema
solar e suas
características
químicas, sugeriu aos
astrobiólogos a
existência de uma
região ótima (mas
não única) para
existência da vida: a
zona de
habitabilidade
O que é vida, afinal?
A zona de habitabilidade é aquela região em que
um sistema planetário teria condições de manter a
água em estado líquido na superfície segundo a
quantidade de energia recebida da estrela central.
A busca por vida além da Terra
Outro recurso das pesquisas em astrobiologia é
investigar a possibilidade de vida inteligente interagir
com o universo através da comunicação por meio de
ondas de rádio. O projeto SETI de busca por vida
inteligente é um dos mais conhecidos neste sentido.
A busca por vida além da Terra
O recurso mais direto é enviar sondas até os corpos
alvos. Isto pode ser feito apenas para os astros do
Sistema Solar.
A busca por vida além da Terra
A busca por vida além da Terra
Planetas do Sistema Solar:
Vênus: apesar das condições hoje serem negativas
para sustentar a vida, pode ter havido condições
positivas no passado, quando condições de
temperatura e pressão eram mais amenas;
Marte: Pesquisas modernas têm indicado que pode
haver água em estado líquido no solo (inconstante) e
subsolo, o que se confirmado, abriria um leque
incrível de busca por vida em Marte. A superfície,
hoje fria e tênue mostra evidência inegáveis de
presença de água no passado.
A busca por vida além da Terra
Planetas do Sistema Solar:
A busca por vida além da Terra
Planetas do Sistema Solar:
Concepção artística de Marte no
passado e a sonda Curiosity,
lançada em 2012, que faz intensas
pesquisas em astrobiologia em
Marte.
A busca por vida além da Terra
Planetas do Sistema Solar: Marte também poderia
abrigar vida em caldeiras de vulcões?
A busca por vida além da Terra
Planetas do Sistema Solar: Água em Marte?
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar:
As sondas interplanetárias mostraram a partir da
década de 1970 que existem satélites naturais em torno
dos planetas gasosos que possui características
bastante peculiares, principalmente os satélites de
Júpiter e Saturno. Do ponto de vista da astrobiologia,
três destas luas têm sido estudadas com bastante
detalhes nos últimos 20 anos: Europa (Júpiter), Titã e
Enceladus (Saturno);
Apesar de serem objetos frios e distantes do Sol, muitos
não descartam a existência de vida nestas luas.
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Europa
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar:
Europa
Tanto na hipótese de
oceano e do gelo “morno”,
astrobiólogos estão
esperançosos com as
condições de Europa. O
núcleo interno da lua,
poderia manter a
temperatura e pressão em
condições propícias para a
vida se desenvolver.
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Europa
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Europa
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Enceladus
Enceladus é uma lua de tamanho modesto de Saturno,
que orbita bem próximo dos seus anéis;
O interesse maior por este objeto começou em 2006
quando a sonda Cassini detectou ejeções ou
emanações de vulcões na superfície gelada do satélite.
Como sua cobertura superficial guarda similaridades
com a de Europa, pode haver também em Enceladus
um oceano abaixo da capa de gelo.
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Enceladus
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Titã
Titã é o segundo maior satélite do sistema solar e a
única a possuir uma atmosfera densa. A coloração
alaranjada de sua superfície já sugeria a presença desta
atmosfera na década de 1970.
A sonda Cassini que foi enviada para Saturno, fez
imagens e mapas completos desta lua. Os dados de
análise espectral revelaram a presença de uma
atmosfera rica em CH4, N, CH3 e outros compostos
orgânicos.
Mas isto não é bem similar à composição da atmosfera
primordial da Terra?
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Titã
Composição química de Titã e
aspectos da superfície observados
pelo telescópio Hubble.
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Titã
A sonda Cassini ao orbitar Saturno e Titã, lançou sobre
a lua uma outra pequena sonda chamada Huygens, que
desceu na superfície de Titã em 2004.
Os dados das duas sondas
revelaram a presença de
regiões de provável
acúmulo do metano em
estado líquido. Em 2009, os
especialistas confirmaram a
existência de lagos de
metano e um ciclo do
metano, tal como o ciclo da
água na Terra.
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Titã
A possibilidade da origem
da vida com química com
base no metano, dividem
muitos especialistas;
A geração de vida
extremófila pode estar em
curso em Titã. Entretanto,
as condições de
temperatura (-180º C) e
disponibilidade de energia
para estes organismos
ainda são inconclusivas.
A busca por vida além da Terra
Luas do Sistema Solar: Titã
Planetas Extrassolares
É possível encontrar vida
nos planetas extrassolares?
Planetas Extrassolares – A busca de vida
 Que fração de planetas extrassolares podem
abrigar condições de vida?
 Como buscar por sinais reais de vida nos
planetas?
 Será possível encontrar planetas semelhantes à
Terra?
Água, atmosfera (com efeito estufa),
temperatura amena, campo magnético,
ciclo hidrológico, placas tectônicas, longos
períodos de estabilidades climáticas,
manutenção e evolução da vida, farta
biodiversidade.
Existe outra Terra por aí?
Planetas Extrassolares – A busca de vida
Zona de Habitabilidade do Sistema Planetário
Planetas Extrassolares – A busca de vida
Zona de Habitabilidade do Sistema Planetário
Planetas Extrassolares – A busca de vida
O Sistema Planetário Kepler 452 e Kepler 186
Planetas Extrassolares – A busca de vida
planeta Kepler 452b:
a nova Terra?
Planetas Extrassolares – A busca de vida
planeta Proxima
Centauri b
Planetas Extrassolares – A busca de vida
Novo sistema planetário em Trappist-1
Planetas Extrassolares – A busca de vida
Novo sistema planetário em Trappist-1
Planetas Extrassolares – A busca de vida
Até a presente data temos cerca de 50 planetas
com chances de abrigarem vida
Planetas Extrassolares – A busca de vida
Até a presente data temos cerca de 50 planetas
com chances de abrigarem vida
A busca por vida além da Terra
Vida inteligente na nossa Galáxia? É possível estimar?
Em 1961, Frank Drake criou uma equação no intuito de
tentar estimar quantas civilizações “inteligentes” (N)
existiriam na nossa galáxia. Isto ficou conhecido como
equação de Drake:
Dependendo da estimativa positiva ou negativa N pode
oscilar de 1 a 100. A astrobiologia de hoje se ocupa com
algo um pouco menos especulativo: a fração que
desenvolve vida >> e por enquanto ela também vale 1!
Por enquanto, esta é a única casa vital.
Será que estamos sendo zelosos para
com ela?
Obrigado!
O espectro de radiação eletromagnético