Em 2022, as observações de atmosferas de exoplanetas com precisão sem precedentes começaram com o Telescópio Espacial James Webb. Espera-se que um planeta com um espectro semelhante ao da imagem do título seja descoberto em algum lugar do Universo em breve. Talvez este exoplaneta seja adequado para habitação humana?
A análise dos espectros das atmosferas dos exoplanetas encontrará planetas adequados para a vida humana no futuro. Até agora, estes estudos eram realizados com base em observações de telescópios terrestres e do Telescópio Hubble.
Uma nova era surgiu em 2022 com o início das observações espectroscópicas de infravermelho de atmosferas de exoplanetas pelo Telescópio Espacial James Webb. Este material mostra vários desses espectros de planetas fora do nosso Sistema Solar (por exemplo, WASP-96 b, WASP-39 b, LHS 3844 b) e o espectro de Marte (Fig. 4), complementando análises de espectros anteriores feitas a partir de telescópios terrestres e do Telescópio Espacial Hubble (fig.7, fig.10-12).
Esse tipo de estudo revela dados interessantes e análises de possibilidades interessantes. Talvez as condições de alguns planetas sejam melhores do que, por exemplo, na superfície de Titã – lua de Saturno, onde a atmosfera é espessa, sendo composta principalmente de nitrogênio e com pressão 1,5 vezes maior que na Terra, mas com temperatura da superfície em torno de -179 C e com gravidade cerca de 7 vezes menor que nosso planeta.
Em uma análise espetroscópica é possível identificar elementos que suportam a vida, como água, minerais, compostos químicos, etc ( Fig.2, Fig. 11, Fig. 12).
O espectro de transmissão de um exoplaneta é obtido durante muitas horas de observações em vários comprimentos de onda λ (cores) durante sua passagem a frente da estrela hospedeira (ou seja, o chamado trânsito). Nesta técnica se compara a luz da estrela hospedeira filtrada pela atmosfera do exoplaneta durante o trânsito com a luz não filtrada da estrela.
Ao visualizar os gráficos de espectros de transmissão abaixo, observe que o eixo “Y” (eixo de ordenadas) do fluxo de energia luminosa pode representar a quantidade de luz bloqueada pela atmosfera do exoplaneta (a versão mais comum do gráfico, por exemplo, Fig. 2., Fig.5, Fig.6, Fig.9) ou a quantidade de luz da estrela-mãe que penetra na atmosfera do exoplaneta.
A analise do especto luminoso da luz da estrela filtrada na atmosfera do planeta revela muitos detalhes sobre sua composição atmosférica e a possibilidade de abrigar vida.
Figura 1. Infográfico com os instrumentos do Telescópio Espacial James Webb e o alcance das observações da radiação eletromagnética com comprimento de onda λ expresso em mícrons (1μm=0,000001m). O telescópio Webb tem a bordo o instrumento MIRI para observações no infravermelho médio (λ~5-28 μm) e destina-se, entre outros, a para observar planetas, cometas, asteróides, poeira aquecida pela luz das estrelas e discos protoplanetários. No entanto, para observações no infravermelho próximo (λ~0,6-5 μm) (near-infrared), são utilizados mais instrumentos – NIRCam, NIRSpec, FGS/NIRISS, que permitem observar estrelas e galáxias em processo de formação, populações estelares nas galáxias mais próximas, estrelas jovens na Via Láctea e objetos do Cinturão de Kuiper. Fonte: NASA
Figura 2. Modelo do espectro de transmissão da atmosfera de um planeta semelhante à Terra na faixa de comprimento de onda λ~0,4-20µm, ou seja, λ~400-20000 nanômetros (alcance óptico + infravermelho próximo e médio), a partir de simulações de Lisa Kaltenegger e Zifan Lin 2021 ApJL 909 . Aqui você pode ver os comprimentos de onda em que a radiação da estrela é absorvida pelas moléculas de ozônio (O 3 ), água (H 2 O), dióxido de carbono (CO 2 ) e metano (CH 4 ). Crédito : NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Fig.3. Análise de 2018 (antes da era das observações com o Telescópio Webb) de um fragmento dos espectros das atmosferas de três planetas: Marte, Terra e Vênus. Os “buracos” ou absorções nos espectros indicam os diferentes tipos de gases presentes nas atmosferas. Todos os planetas têm uma quantidade significativa de dióxido de carbono, mas apenas na atmosfera da Terra a água e o ozônio estão claramente presentes, além do dióxido de carbono. Crédito: NASA e C. Godfrey (STScI)
Fig.4. O primeiro espectro de infravermelho próximo da atmosfera do planeta Marte obtido 5 de setembro de 2022 pelo instrumento NIRSpec trabalhando com o Telescópio Webb. Este é um espectro de trabalho sem calibração de brilho, e o nível do espectro contínuo foi dimensionado para o modelo de espectro (linha roxa) calculado pelo Gerador de Espectro Planetário . No espectro vemos uma combinação de radiação solar refletida da superfície de Marte (principalmente λ~1-3µm) e emitida pelo planeta (principalmente λ~3-5µm). Tanto a radiação refletida da superfície quanto a emitida passam pela atmosfera marciana, afetando o brilho em diferentes comprimentos de onda e a própria forma do espectro. Buracos profundos (absorção) são causados pela absorção de radiação por um gás na atmosfera (por exemplo, dióxido de carbono, água, monóxido de carbono). Diferentes estruturas amplas e a inclinação do espectro contínuo em diferentes comprimentos de onda contêm informações sobre poeira, nuvens e estruturas na superfície do planeta. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Mars JWST/GTO Team
Fig.5. Espectro de transmissão da atmosfera do exoplaneta WASP-96 b no infravermelho próximo (λ~0.6-2.8µm) obtido em 21 de junho de 2022 pelo instrumento NIRISS em cooperação com o Telescópio Webb. A estrela hospedeira, WASP-96, é fisicamente semelhante ao Sol e está a cerca de 1.150 iscas de luz de distância. de nós. WASP-96 b, por outro lado, é um exoplaneta “gigante quente” (1,2 R J , 0,48 M J), que orbita sua estrela-mãe a uma distância de 1/20 UA (~ 7 milhões de km) com um período de 3,5 dias terrestres. A análise inicial do espectro do planeta mostra que a altura dos picos de água é menor do que o esperado em observações anteriores. Isso pode indicar a presença de nuvens que reduzem a visibilidade do vapor de água no espectro. A diminuição gradual na inclinação espectral à esquerda (comprimentos de onda menores) indica a presença de neblina na atmosfera do exoplaneta. Com base nisso, a temperatura atmosférica = +725C foi calculada. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI
Fig.6. Espectro de transmissão da atmosfera do exoplaneta WASP-39 b no infravermelho próximo (λ~0.5-5.5µm) obtido pelo instrumento NIRSpec trabalhando com o Telescópio Webb na configuração PRISM, ou seja, usando um prisma. A partir dos espectros, os astrônomos determinaram a composição da atmosfera do exoplaneta WASP-39 b, que está a cerca de 700 anos-luz de distância. “Saturno quente” (um planeta comparável em tamanho a Saturno, mas movendo-se em torno de sua estrela-mãe em uma órbita mais próxima que a de Mercúrio). Você pode ver uma rica sopa molecular na atmosfera quente deste planeta (água, dióxido de carbono, monóxido de carbono, sódio) – incluindo as primeiras moléculas descobertas dióxidos de enxofre ( SO2). A linha azul representa o modelo teórico de melhor ajuste da atmosfera, e os retângulos de cores diferentes destacam os máximos atribuídos às moléculas. Crédito : NASA/Agência Espacial Européia/Agência Espacial Canadense/Leah Hustak (Instituto de Ciência do Telescópio Espacial)/Joseph Olmsted (Instituto de Ciência do Telescópio Espacial)
Fig.7. O melhor espectro de transmissão (2018) da atmosfera do exoplaneta WASP-39 b nas bandas do visível e do infravermelho próximo, obtido pelo Telescópio Espacial Hubble e telescópios terrestres. Ao isolar a radiação da estrela, que é filtrada pela atmosfera do exoplaneta em suas cores componentes, os astrônomos conseguiram encontrar traços óbvios de vapor d’água no espectro. Os cientistas previram que deveria haver água neste exoplaneta, mas não tanto quanto mostra a espectroscopia – três vezes mais do que em Saturno. Isso sugere que o planeta pode ter se formado mais longe da estrela, onde foi bombardeado por material gelado. Crédito: NASA, ESA, G. Bacon e A. Feild (STScI) e H. Wakeford (STScI/Univ. de Exeter)
Fig. 8. Distribuição simulada e provável de energia para o espectro contínuo do exoplaneta LHS 3844 b, que deve ser registrada pelo instrumento MIRI em cooperação com o Telescópio Webb. A simulação assumiu que esta super-Terra quente, que está a cerca de 49 iscas de luz de distância. longe de nós, não tem atmosfera e o lado diurno é coberto por rocha basalto vulcânica escura (o basalto é uma rocha vulcânica comum no sistema solar – desde as ilhas vulcânicas do Havaí até a maior parte do leito oceânico da Terra, bem como grandes áreas de superfície em a lua e Marte). Para comparação, a linha cinza representa o modelo espectral de rochas basálticas com base em medições de laboratório. A linha rosa, por outro lado, mostra o modelo de espectro para rochas de granito – a rocha mais comum encontrada nos continentes da Terra. Esses dois tipos de rochas têm espectros completamente diferentes porque consistem em diferentes minerais que absorvem e absorvem diferentes quantidades de radiação eletromagnética, dependendo do comprimento de onda. Aguardamos observações espectrais deste exoplaneta pelo Telescópio Webb. Crédito: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI).
Fig.9. Espectro de transmissão simulado da atmosfera do exoplaneta TOI-421 b (distância 244 l luz da Terra) no infravermelho próximo, que deverá ser registrado pelos instrumentos NIRISS e NIRSPec trabalhando com o Telescópio Webb. Os astrônomos usam modelos numéricos para prever como será o espectro de um exoplaneta, assumindo condições prováveis em sua atmosfera, como temperatura, abundância de diferentes gases e tipos de aerossóis. Nesta simulação em particular, assume-se que o mini-Netuno TOI-421 b quente tem uma atmosfera quente de hidrogênio-carbono-oxigênio que não contém nuvens ou aerossóis. Graças à espectroscopia com o Telescópio Webb, no futuro será possível identificar e quantificar facilmente a abundância de moléculas como água (H2O ) , metano (CH4 ) e dióxido de carbono (CO2 ) em tal atmosfera livre de aerossóis. O espectro mostra máximos fortes indicando a presença de vapor d’água e dióxido de carbono, e uma quantidade menor de metano. Crédito: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
Fig.10. Espectros de transmissão no infravermelho próximo das atmosferas de quatro exoplanetas orbitando a estrela TRAPPIST-1 (40 iscas de luz da Terra), obtidos pelo Telescópio Espacial Hubble. Os espectros mostram a estrutura química das atmosferas de quatro exoplanetas do tamanho da Terra que orbitam dentro ou perto da zona habitável da estrela TRAPPIST-1. As curvas roxas mostram as assinaturas previstas de gases como água e metano que absorvem apenas certos comprimentos de onda de radiação. Esses gases devem ser encontrados em atmosferas inchadas com hidrogênio como componente principal – como em planetas gasosos semelhantes a Netuno. As observações espectroscópicas do Hubble são marcadas com cruzes verdes e não revelam atmosferas estendidas para os três exoplanetas TRAPPIST-1 d, f, e. No entanto, são necessárias mais observações para o quarto exoplaneta, TRAPPIST-1 g, para verificar se ele possui uma atmosfera estendida de hidrogênio. Fonte:NASA, ESA e Z. Levy (STScI)
Fig.11. Sem nuvens em WASP-67 b versus cheia de nuvens em atmosferas de exoplanetas HAT-P-38 b. Tal interpretação é sugerida pelos espectros de transmissão das atmosferas acima mencionadas. imagens de infravermelho próximo de exoplanetas obtidas com o Telescópio Espacial Hubble. Estes são exoplanetas de “Júpiter quente” que orbitam muito perto de estrelas semelhantes ao Sol. Os astrônomos mediram como a radiação das estrelas hospedeiras é filtrada adequadamente pela atmosfera de cada exoplaneta. As observações espectroscópicas de infravermelho próximo do Hubble foram usadas para detectar água nas atmosferas desses exoplanetas. O exoplaneta HAT-P-38 b mostra uma assinatura de água na forma de um máximo de absorção no espectro, que é interpretado como a ausência de nuvens e neblina na atmosfera superior. Por outro lado, o muito semelhante Júpiter quente WASP-67 b tem um espectro quase plano, o que indica nenhuma estrutura de absorção derivada da água – o que é interpretado como significando que a maior parte da atmosfera do WASP-67 b está escondida atrás de nuvens altas. Fonte:NASA, ESA e Z. Levy (STScI)Fig.12. O espectro (pontos laranja) na atmosfera do infravermelho próximo do exoplaneta WASP-121 b – “Júpiter ultraquente” (temperatura 2500K!!!), que foi obtido pelo Telescópio Espacial Hubble. O sistema está localizado a uma distância de cerca de 850 l.sw. da Terra. A estrela hospedeira é semelhante em tamanho ao Sol, e o exoplaneta WASP-121 b (massa 1,2 MJ ; raio 1,8 RJ ) orbita a uma distância de apenas 3,8 milhões de km com um período de 1,3 dias terrestres. O gráfico fornece evidências de uma estratosfera em um planeta orbitando outra estrela. Como na Terra, na estratosfera a temperatura aumenta com a altura. Isso é evidenciado pelas emissões de água na atmosfera superior do exoplaneta WASP-121 b. Para comparação, o espectro da atmosfera da “estrela falhada”, ou seja, uma anã marrom, foi apresentado em uma escala semelhante, onde você pode ver a estrutura absorvente proveniente da água, que se forma porque na atmosfera da anã marrom a temperatura diminui com o aumento da altura. Crédito: NASA, ESA e A. Feild (STScI)
Jackson Luiz Camargo é gestor em tecnologia da informação e ufólogo, especializado na relação entre governos mundiais e o fenômeno UFO. É administrador do Portal Fenomenum, escritor e conferencista. É autor dos livros Noite Oficial dos UFOs e UFOs no Espaço e na Lua. É também consultor da Revista UFO.
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