Hubble faz 1ª observação de eclipse lunar total por telescópio espacial

Estudo faz parte do desenvolvimento de um método para procurar vida em planetas semelhantes à Terra

Concepção artística do Hubble observando o eclipse lunar. Crédito: ESA/Hubble, M. Kornmesser

Aproveitando um eclipse lunar total recente, astrônomos que usavam o Telescópio Espacial Hubble, da Nasa/ESA, detectaram ozônio na atmosfera da Terra. Esse método serve como alternativa de como serão observados planetas semelhantes à Terra ao redor de outras estrelas em busca de vida. Esta é a primeira vez que um eclipse lunar total foi capturado de um telescópio espacial e a primeira vez que tal eclipse foi estudado em comprimentos de onda ultravioleta.

Para se preparar para a pesquisa de exoplanetas com telescópios maiores que estão atualmente em desenvolvimento, os astrônomos decidiram conduzir experimentos muito mais perto de casa, no único planeta terrestre habitado conhecido: a Terra. O alinhamento perfeito do nosso planeta com o Sol e a Lua durante um eclipse lunar total imita a geometria de um planeta terrestre em trânsito com sua estrela. Em um novo estudo, o Hubble não olhou para a Terra diretamente. Em vez disso, os astrônomos usaram a Lua como um espelho que reflete a luz do Sol que foi filtrada pela atmosfera da Terra. Usar um telescópio espacial para observações de eclipses é melhor do que estudos baseados no solo porque os dados não são contaminados ao olhar através da atmosfera da Terra.

Essas observações foram particularmente desafiadoras porque, pouco antes do eclipse, a Lua está muito brilhante e sua superfície não é um refletor perfeito, pois está manchada com áreas claras e escuras. Além disso, a Lua fica tão perto da Terra que o Hubble teve que tentar manter um olho fixo em uma região selecionada, para rastrear com precisão o movimento da Lua em relação ao observatório espacial. É por essas razões que o Hubble raramente está apontado para a Lua.

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Presença de ozônio

As medições detectaram a forte impressão digital espectral do ozônio, um pré-requisito chave para a presença – e possível evolução – da vida como a conhecemos em uma exo-Terra. Embora algumas assinaturas de ozônio tenham sido detectadas em observações terrestres anteriores durante eclipses lunares, o estudo do Hubble representa a detecção mais forte da molécula até agora, porque ele pode olhar para a luz ultravioleta, que é absorvida pela nossa atmosfera e não atinge o solo. Na Terra, a fotossíntese ao longo de bilhões de anos é responsável pelos altos níveis de oxigênio e pela espessa camada de ozônio do planeta. Apenas 600 milhões de anos atrás, a atmosfera da Terra acumulou ozônio suficiente para proteger a vida da letal radiação ultravioleta do Sol. Isso tornou seguro para a primeira vida terrestre migrar para fora de nossos oceanos.

“Encontrar ozônio no espectro de uma exo-Terra seria significativo porque é um subproduto fotoquímico do oxigênio molecular, que é um subproduto da vida”, explicou Allison Youngblood, do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial no Colorado, EUA, pesquisadora principal das observações de Hubble.

O Hubble registrou a assinatura espectral ultravioleta do ozônio impressa na luz do Sol filtrada pela atmosfera da Terra durante um eclipse lunar que ocorreu em 20-21 de janeiro de 2019. Vários outros telescópios também fizeram observações espectroscópicas em outros comprimentos de onda durante o eclipse, em busca de mais fontes de vida na Terra ingredientes, como oxigênio, metano, água e monóxido de carbono.

Assinatura reveladora

“Para caracterizar completamente os exoplanetas, usaremos idealmente uma variedade de técnicas e comprimentos de onda”, explicou o membro da equipe Antonio Garcia Munoz, da Technische Universität Berlin, na Alemanha. “Esta investigação destaca claramente os benefícios da espectroscopia ultravioleta na caracterização de exoplanetas. Também demonstra a importância de testar ideias e metodologias inovadoras com o único planeta habitável que conhecemos até hoje!”

As atmosferas de alguns exoplanetas podem ser sondadas quando esses mundos passam pela face de suas estrelas-mães, durante um chamado trânsito. Durante um trânsito, a luz das estrelas é filtrada pela atmosfera do exoplaneta retroiluminado. Se vista de perto, a silhueta do planeta pareceria ter um “halo” fino e brilhante ao seu redor, causado pela atmosfera iluminada, assim como a Terra quando vista do espaço.

Os produtos químicos na atmosfera deixam sua assinatura reveladora ao filtrar certas cores da luz das estrelas. A espectroscopia das atmosferas dos planetas em trânsito foi iniciada pelos astrônomos do Hubble. Isso foi especialmente inovador porque os planetas extrassolares ainda não haviam sido descobertos quando o Hubble foi lançado, em 1990. Portanto, o observatório espacial não foi inicialmente projetado para tais experimentos. Até agora, os astrônomos usaram o Hubble para observar a atmosfera de planetas gigantes gasosos que transitam por suas estrelas. Mas os planetas terrestres são objetos muito menores e sua atmosfera, mais fina. Portanto, analisar essas assinaturas é muito mais difícil.

Telescópios maiores

É por isso que os pesquisadores precisarão de telescópios espaciais muito maiores do que o Hubble para coletar a débil luz das estrelas que passa pela atmosfera desses pequenos planetas durante o trânsito. Esses telescópios precisarão observar planetas por um período mais longo, muitas dezenas de horas, para construir um sinal forte. Para o estudo de Youngblood, o Hubble passou cinco horas coletando dados ao longo das várias fases do eclipse lunar.

Encontrar ozônio nos céus de um exoplaneta terrestre não garante que exista vida na superfície. “Você precisaria de outras assinaturas espectrais além do ozônio para concluir que havia vida no planeta, e essas assinaturas não podem ser vistas na luz ultravioleta”, disse Youngblood.

Os astrônomos devem buscar uma combinação de bioassinaturas, como ozônio e metano, ao explorar as possibilidades da vida. Uma campanha de vários comprimentos de onda é necessária porque muitas bioassinaturas – ozônio, por exemplo – são detectadas mais facilmente em comprimentos de onda específicos. Os astrônomos em busca de ozônio também devem considerar que ele se acumula com o tempo, conforme o planeta evolui. Cerca de 2 bilhões de anos atrás, na Terra, o ozônio era uma fração do que é agora.

O telescópio espacial James Webb (JWST), da Nasa/ESA/CSA, um observatório infravermelho com lançamento previsto para 2021, conseguirá penetrar profundamente na atmosfera do planeta para detectar metano e oxigênio.

“Esperamos que o JWST leve a técnica de espectroscopia de transmissão de atmosferas de exoplanetas a limites sem precedentes”, acrescentou Garcia Munoz. “Em particular, terá a capacidade de detectar metano e oxigênio na atmosfera de planetas orbitando nas proximidades de estrelas de pequeno porte. Isso abrirá o campo de caracterização atmosférica para exoplanetas cada vez menores.”

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