Todos nos lembramos da história do berçário “Cachinhos Dourados e os Três Ursos”. Temos o prazer de contar aos nossos filhos e netos como a papa do Urso era demasiado quente, a papa da mamã Urso era demasiado fria, mas a papa do Urso bebé era muito boa. Não é surpreendente, então, que quando os cientistas começaram a pensar no fato de que os oceanos da Terra tinham que permanecer líquidos por bilhões de anos para que a vida sobrevivesse – a temperatura do planeta não tinha que ser muito quente e nem muito fria, mas apenas certa – eles o batizaram como o primeiro “planeta Cachinhos Dourados”

Vejam assim: Como todas as estrelas do seu tipo, o nosso Sol cresceu gradualmente mais brilhante ao longo dos 4,5 mil milhões de anos desde a sua formação. Quando os oceanos se formaram na Terra, cerca de 4 bilhões de anos atrás, o Sol era cerca de 30% mais escuro do que é agora, então o planeta teve que reter muito mais da energia solar que chegava para evitar que seus oceanos congelassem. Com o passar do tempo e o Sol derramando mais energia sobre a Terra, a composição da atmosfera do planeta também mudou, influenciando a temperatura através do efeito estufa. No entanto, apesar de tudo isso, parece que os oceanos permaneceram apenas alguns graus acima do congelamento ao longo da história da Terra. Não muito frio, nem muito quente.

Para dar apenas um exemplo de mudança atmosférica, sabemos que há 3,5 bilhões de anos atrás os oceanos da Terra eram o lar de colônias prósperas de cianobactérias – como o que chamamos de escumalha verde dos lagos. Naquela época, praticamente não havia oxigênio livre na atmosfera, mas as bactérias estavam liberando oxigênio como um produto residual da fotossíntese (como as plantas ainda fazem hoje). No início, esse oxigênio foi removido por reações químicas, como a oxidação do ferro nas rochas superficiais, mas há cerca de 2,5 bilhões de anos, sua abundância começou a aumentar no que alguns cientistas chamam de Grande Evento de Oxidação. Presumivelmente, muitos habitantes originais do planeta que não podiam tolerar o oxigênio foram então extintos, afogados em seus próprios produtos residuais. Outros, porém, adaptaram-se e foram capazes de usar o oxigênio para impulsionar o ciclo respiratório que mantém você e todos os outros animais do planeta vivos hoje.

Em 1978, o astrofísico Michael Hart, então na Universidade Trinity, no Texas, publicou um modelo de computador que descreveu a história da atmosfera da Terra. Neste modelo, o fraco calor do Sol inicial foi auxiliado por um efeito estufa produzido pelo amoníaco e metano na atmosfera (ambos, como o mais familiar dióxido de carbono, o CO2, são gases de efeito estufa). À medida que o Sol foi brilhando, o oxigênio produzido pelos organismos vivos destruiu esses compostos, diminuindo o efeito estufa e assim compensando o aumento da radiação do Sol. Eventualmente, nossa atmosfera atual, com um efeito estufa impulsionado pelo dióxido de carbono e vapor de água, emergiu. Em essência, a Terra caminhou um fio de faca entre tornar-se uma estufa em fuga de um lado e congelar sólido do outro.

A parte mais importante do cálculo de Hart do nosso ponto de vista, no entanto, veio de olhar para o que teria acontecido se a Terra estivesse a uma distância diferente do Sol do que onde realmente está. Segundo o seu modelo, se a Terra estivesse um por cento mais distante ou cinco por cento mais próxima do Sol, o delicado equilíbrio que permitiu que os oceanos permanecessem em forma líquida ter-se-ia perdido. Assim, considerações sobre a evolução da atmosfera do nosso planeta levaram à idéia de que existe uma faixa em torno de uma estrela na qual os oceanos de superfície podem permanecer líquidos ao longo de bilhões de anos. Esta banda é chamada de zona habitável circunestelar (CHZ) e tornou-se uma das ideias centrais que impulsionam o pensamento dos cientistas sobre a vida em exoplanetas.

Circumstellar Habitable Zones and Habitability

A primeira coisa que podemos dizer sobre CHZs é que cada estrela terá uma. Haverá sempre uma faixa ao redor da estrela, ou seja, onde o balanço energético poderá manter a temperatura de uma superfície planetária entre os pontos de congelamento e ebulição da água. Para estrelas pequenas e fracas, a banda é estreita e próxima. Muitos dos exoplanetas conhecidos na CHZ da sua estrela, por exemplo, estão mais próximos dessa estrela do que Mercúrio está do Sol. Da mesma forma, a CHZ das estrelas grandes e brilhantes é mais larga e fica mais distante. Também, como observado acima, a saída de energia de uma estrela aumenta com o tempo, de modo que a zona habitável se move para fora à medida que a estrela envelhece. O ponto importante, no entanto, é que como cada estrela tem uma CHZ em algum lugar, esperamos que, por acaso, alguns planetas se tenham formado nessas zonas.

Acima disso, porém, temos de acrescentar que, na última década ou duas, os cientistas perceberam que a CHZ deve ser considerada muito mais cuidadosamente do que um simples cálculo de equilíbrio de temperatura permite. Como aponta a astrofísica do MIT Sara Seager, um planeta na zona habitável não tem garantia de ser realmente habitável. Existem, de fato, muitos fatores que podem influenciar a possibilidade de vida em mundos numa CHZ.

Como a exploração de exoplanetas progrediu, encontrar um planeta do tipo Terra numa CHZ tornou-se algo como um santo graal na comunidade astronômica. Mas hoje percebemos que há mais na habitabilidade de um planeta do que a localização da sua órbita. Por exemplo, pesquisadores olharam para mundos que não estavam na CHZ de suas estrelas, não tinham oceanos superficiais de água líquida, e ainda eram possíveis lares para a vida e até mesmo civilizações avançadas. Considerações como estas levaram os cientistas a ter uma visão muito mais ampla das condições necessárias para o aparecimento da vida.

O tipo de estrela envolvida

O tipo de estrela em torno da qual um planeta gira pode ter consequências importantes para o desenvolvimento da vida, mesmo para planetas numa CHZ. Estrelas pequenas e fracas, por exemplo, que são chamadas de anãs vermelhas e constituem a maior fracção de estrelas da Via Láctea, passam muitas vezes por períodos de actividade extrema. As chamas estelares e ejeções de enormes quantidades de partículas carregadas tornariam a vida em qualquer superfície planetária muito difícil, quer o planeta estivesse na CHZ ou não. Em tais sistemas, é provável que a vida tivesse que permanecer no fundo do oceano ou no subsolo para sobreviver. Em tais situações, a CHZ torna-se simplesmente irrelevante.

Os cientistas começam a abandonar a ideia de que a vida tem de evoluir e persistir na superfície dos planetas. Muitos argumentos atuais, por exemplo, concluem que quaisquer organismos vivos em Marte serão encontrados sob a superfície. Além disso, se existe vida nos oceanos subterrâneos no sistema solar exterior, como nos oceanos da Europa e Enceladus, ela estará, por definição, abaixo da superfície. Mesmo na Terra, parece que pode haver uma maior biomassa sob a superfície planetária do que sobre ela. Assim, o intenso ambiente de radiação associado às pequenas estrelas não precisa de impedir o desenvolvimento da vida, mesmo que essa vida fosse provavelmente impossível de detectar directamente com a nossa tecnologia actual.

Mais estrelas maciças, por outro lado, fornecem um ambiente de radiação mais benigno, mas podem ter tempos de vida relativamente curtos. Em alguns casos, elas podem viver por tão pouco quanto 30 milhões de anos. É improvável que qualquer coisa, exceto simples vida microbiana, possa evoluir em um planeta em tão pouco tempo. Além disso, tais estrelas terminam sua vida em uma explosão maciça chamada supernova, que certamente destruiria quaisquer planetas próximos. Assim, mesmo que a vida conseguisse desenvolver-se na CHZ de uma tal estrela, todos os vestígios dela seriam eliminados quando a estrela morresse.

É por causa destas restrições que os caçadores de exoplanetas concentraram a sua atenção em planetas na CHZ de estrelas de tamanho médio como o Sol.

A Evolução da Atmosfera

A segunda fonte de complexidade na discussão da habitabilidade surge porque as atmosferas planetárias não são sistemas estáveis e imutáveis, mas evoluem com o tempo. O Grande Evento de Oxidação da Terra é apenas um exemplo deste tipo de processo.

Para planetas pequenos como Marte, a fuga gravitacional da atmosfera desempenha um grande papel. Aqui está como funciona: As moléculas que compõem a atmosfera de um planeta estão sempre em movimento, e quanto mais alta a temperatura, mais rápido elas se movem. Independentemente da temperatura, contudo, haverá sempre algumas moléculas que se movem mais rápido do que a média e algumas que se movem mais lentamente. Se as moléculas que se movem mais rápido adquirirem velocidade suficiente e estiverem se movendo em uma direção perpendicular à superfície do planeta, elas podem superar a atração gravitacional do planeta e escapar para o espaço.

Quanto maior o planeta, mais forte a sua força gravitacional e mais fácil é reter a atmosfera. Na Terra, por exemplo, uma molécula teria de se mover cerca de sete milhas por segundo (11 km/seg.) para escapar. É importante notar que é mais difícil impulsionar moléculas pesadas a alta velocidade do que impulsionar moléculas leves. Isto significa que moléculas mais leves são mais prováveis que moléculas pesadas de serem perdidas para escapar gravitacionalmente. A Terra, por exemplo, perdeu uma grande quantidade do seu hidrogénio original e hélio – os membros mais leves da sua atmosfera – enquanto que Marte perdeu gases ainda mais pesados como o oxigénio e o azoto.

Um mecanismo de perda relacionado com a fotodissociação é particularmente importante para as moléculas de água. Se houver água na superfície de um planeta, haverá algum vapor de água na atmosfera. A radiação ultravioleta da estrela do planeta irá quebrar as moléculas de água que se encontram nos limites superiores da atmosfera. O hidrogênio resultante, sendo leve, será perdido através da fuga gravitacional, e o oxigênio se combinará com átomos na superfície para criar vários minerais oxidados. Acreditamos, por exemplo, que foi assim que Marte perdeu o oceano que tinha no início da sua história, e que a cor vermelha do planeta é resultado da oxidação (ferrugem) do ferro nas suas rochas de superfície.

Outro tipo de mudança importante diz respeito ao dióxido de carbono, um importante gás de efeito estufa (juntamente com o vapor de água) na atmosfera da Terra. Cada vez que um vulcão explode na Terra, o dióxido de carbono é liberado das profundezas do manto e bombeado para a atmosfera. Num processo complexo conhecido como ciclo do carbono profundo, o dióxido de carbono é levado para o oceano e incorporado em materiais como calcário, após o qual pode ser, entre outras coisas, levado de volta para o interior da Terra. Assim, os processos geológicos gerais de um planeta podem afetar a quantidade de dióxido de carbono em sua atmosfera, e isto, por sua vez, influenciará sua temperatura. Acreditamos que qualquer oceano de superfície que existisse em Vénus no início da sua história teria evaporado devido à alta temperatura do planeta, resultado da sua proximidade com o Sol. Assim, Vénus não tinha forma de remover dióxido de carbono da sua atmosfera e, sem um ciclo de carbono profundo, o planeta sofreu uma acumulação desse gás no que é conhecido como um efeito de estufa fugitivo.

Estes exemplos mostram que as mudanças na atmosfera de um exoplaneta – mudanças, temos de salientar, que não podemos observar com a actual instrumentação telescópica – podem ter efeitos profundos na sua habitabilidade. Para dar apenas um exemplo, um planeta que estava na CHZ da sua estrela mas que por acaso tinha muito pouca água pode sofrer um efeito de estufa fugitivo e acabar como Vénus. À distância, seria muito difícil saber se isso aconteceu ou não.

Intelligence and Technology

O fato de termos uma boa compreensão de como e quando a vida se desenvolveu em um mundo Goldilocks (Terra) retira algumas das adivinhações das discussões sobre o desenvolvimento da vida nesses tipos de planetas. Embora a química da vida alienígena não precise ser baseada no mesmo sistema que opera na vida na Terra, não é um salto muito grande assumir que as formas de vida em outros mundos Goldilocks dependerão da informação complexa contida em moléculas grandes, baseadas em carbono. O carbono pode formar cadeias e anéis fortes e estáveis de átomos que são ideais para uso como biomoléculas portadoras de informação.

Além disso, não temos que assumir a galáxia padrão de ficção científica povoada por hominídeos bípedes que falam inglês para entender como a seleção natural pode operar em outros mundos Cachinhos Dourados. Podemos olhar para o desenvolvimento da inteligência e da tecnologia na Terra e desenhar possíveis analogias com planetas similares Goldilocks na galáxia.

O ponto chave sobre a seleção natural a que temos de prestar atenção é este: não é um processo que selecione por bondade ou valor moral. Uma velha piada faz com que este ponto seja:

Dois caminhantes nas montanhas encontram um urso obviamente faminto

grizzly. Um dos caminhantes começa a perder a sua mochila.

O outro diz: “O que estás a fazer? Não podes correr mais depressa

do que aquele urso”

“Não tenho de correr mais depressa do que o urso, só tenho de correr

mais depressa do que tu”

Não faz diferença se o corredor mais lento é um homem bondoso que ajuda as senhoras idosas do outro lado da rua. A seleção natural não se importa. A única coisa que importa é que o seu companheiro seja mais rápido. Esses são os genes que vão chegar à próxima geração.

Formas de vida em mundos Goldilocks

Então o que isso nos diz sobre os tipos de formas de vida que se desenvolverão em mundos Goldilocks? Receamos que a resposta não seja muito encorajadora, pois o resultado mais provável é que eles provavelmente não serão mais gentis e gentis do que o Homo sapiens. Olhando para a história da nossa espécie e o desaparecimento de mais de 20 espécies de hominídeos que foram descobertos no registro fóssil, não podemos ter uma atitude esperançosa em relação à possibilidade de encontrarmos uma espécie tecnológica avançada que seja mais pacífica do que nós. Qualquer pessoa que descobrirmos lá, muito provavelmente não será mais moral ou menos guerreira do que nós. Assustador!

Vejam desta forma: Se comprimirmos a história do universo num único ano, a Terra e o nosso sistema solar formaram-se em torno do Dia do Trabalho, e o desenvolvimento da ciência não ocupa mais do que os últimos segundos. É extremamente improvável que nenhum outro ser tivesse desenvolvido a ciência durante todo o “ano” antes do Homo sapiens aparecer. As leis da física e da química não são obscuras ou escondidas – qualquer civilização moderadamente inteligente pode descobri-las. Pelo menos algumas dessas civilizações Goldilocks teriam de o fazer. Algum Isaac Newton extraterrestre em algum lugar deve ter iniciado o movimento em direção a uma civilização tecnológica avançada. O fato o mais perturbador é que nós não podemos encontrar nenhuma evidência de tal civilização. Mesmo que não haja um impulso warp mais rápido que o da luz e não façamos grandes avanços na tecnologia, os cálculos sugerem que em 30 milhões de anos – menos de um dia em nosso ano universal – a raça humana poderia se espalhar por toda a galáxia. Se pudéssemos fazer isso, qualquer outra civilização tão avançada como nós também poderia.

Então, onde estão essas outras civilizações? Esta pergunta é uma expressão do que é chamado de paradoxo Fermi (nomeado após Enrico Fermi (1901 a 1954), um dos principais físicos do século 20). Alguém uma vez mencionou-lhe cálculos que sugerem que existem milhões de civilizações avançadas na galáxia. Fermi pensou por um momento e depois perguntou: “Onde estão todos?” Por que, em outras palavras, eles não estão aqui já? Porque experimentamos o que os cientistas chamam de “o Grande Silêncio” no que diz respeito aos extraterrestres?

Os cientistas e escritores de ficção científica, sendo as almas imaginativas que eles são, produziram muitas explicações possíveis. Aqui estão algumas das mais populares:

• A hipótese do zoológico: Os extraterrestres declararam a Terra como sendo algo como uma área selvagem protegida.
• A hipótese do Star Trek: Os extraterrestres adoptaram uma Directiva Principal que os impede de interferir com civilizações em desenvolvimento como a nossa.
• A hipótese do paraíso: Os extraterrestres são gordos e felizes num ambiente ideal e não têm interesse na exploração.
• A hipótese de substituição: A vida orgânica foi substituída por máquinas inteligentes (um futuro muitas vezes previsto para a raça humana), e as máquinas não têm interesse em contactar a vida orgânica.

O problema, no entanto, é que embora possamos imaginar qualquer um destes cenários em algumas civilizações extraterrestres, é realmente difícil considerar qualquer um deles como o resultado inevitável do desenvolvimento da vida.

Existem muitos milhões de planetas do tamanho da Terra nas CHZ das suas estrelas, uma conjectura suportada pelo facto de já termos encontrado algumas dezenas deles na nossa pequena amostra de alguns milhares de exoplanetas. Que todos eles adotariam algo como a Diretiva Principal do Star Trek, por exemplo, é extremamente improvável. Receamos que a resposta mais lógica à questão de porque não estamos cientes da existência de civilizações extraterrestres avançadas é que essas civilizações não estão lá. Tanto quanto podemos ver, a única explicação para isso que depende das leis da natureza é uma que depende da operação da seleção natural.

Isso nos leva a uma possibilidade muito sombria sobre o destino da vida nos mundos Goldilocks. Dada a tendência da seleção natural para produzir espécies agressivas – espécies como o Homo sapiens- é possível que toda a história do universo tenha sido retomada pelo processo de evolução produzindo formas de vida inteligentes em um planeta Cachinhos Dourados após o outro, apenas para que essas formas de vida se exterminem quando descobrirem a ciência. Em outras palavras, pode ter havido um grande número de civilizações que chegaram ao nosso nível lá fora, mas todas elas se destruíram antes de poderem colonizar suas estrelas próximas. Este cenário catastrófico é uma explicação comum para o paradoxo Fermi.

É um pensamento arrepiante.