Procura de Vida. Fora da Terra

Transcrição

1 Procura de Vida Fora da Terra José Eduardo S. Costa Dept. Astronomia Instituto de Física UFRGS Abril / 2010

2 O que é vida extraterrestre? Vida extraterrestre = formas de vida com origem fora da Terra As vezes se usa a expressão: EBE = Entidades Biológicas Extraterrestres ( Extraterrestrial Biological Entities )

3 Que área da ciência estuda a vida extraterrestre? O desenvolvimento e teste de teorias sobre a vida extraterrestre é conhecido como: Exobiologia Astrobiologia (estudos sobre vida fora da Terra) (inclui estudos sobre a vida na Terra, na perspectiva astronômica) (já se usou o termo Xeno

4 Como se define vida ou ser vivo???

5 O que caracteriza um ser vivo? ( Não há uma resposta inequívoca para esta pergunta!) Estrutura: organização em células; Metabolismo: transformações químicas à custa de energia; Crescimento: transformação de materiais do meio em componentes do corpo; Reprodução: cópia do organismo mediante transferência genética; Mutação: mudança de características individuais; Evolução: reprodução da mutação, capacidade de evolução por seleção; Adaptação ao meio; Resposta à estímulos;

6 Bioquímica: o que é necessário para formar vida? Os ingredientes básicos: Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Enxofre Fósforo Para encontrar locais habitáveis: procure os elementos... procure os elementos... procure água líquida... procure água líquida... pequenas quantidades de vários outros elementos ÁGUA solvente (onde as reações bioquímicas ocorrem) Em ambientes onde os ingredientes acima existam, e que possuam certas condições de temperatura e pressão, a vida pode ter se formado. C + O + H carbohidratos combustível celular (energia química) fotosíntese converter luz em energia! elementos estruturais (Ex.: ribose no DNA / RNA; celulose)

7 Como seriam as formas de vida extraterrestre? Várias teorias tem sido propostas para as bases da vida extraterrestre do ponto de vista da bioquímica, da evolução e da morfologia. As formas de vida poderiam variar desde organismos similares à bactérias até formas inteligentes, com inteligência superior à nossa.

8 Como a vida surgiu na Terra?

9 Possibilidades para o surgimento de vida em diferentes lugares: 1 A vida teria surgido independentemente em diferentes lugares no universo 2 Panspermia (ou exogênise) a vida teria se espalhado entre os planetas habitáveis. Essas duas possibilidades não são mutuamente exclusivas!

10 Origem da vida: como surgiu a vida na Terra? Gases mais voláteis (H2, He) escaparam da atmosfera primitiva; Desgasamento do interior quente; Atividade vulcânica intensa H20 (vapor), CO, CO2, CH4, NH4, etc...

11 Ambiente inicial na Terra Vapor d'água gerado pela atividade vulcânica se condensou parte líquida Atividade vulcânica CO2, CO, N2, H2O (vapor), CH4, NH3 Atividade vulcânica não gerou O2... nem os compostos orgânicos necessários para formação de bactérias... A formação dos compostos orgânicos exige energias de radiação com comprimentos de onda > 2200 Angstroms (UV).

12 Experimento de Urey-Miller O experimento de Urey-Miller (1952) foi concebido para testar a hipótese de Oparin e Haldana de que os compostos orgânicos que percursores da vida na Terra teriam sido sintetizados a partir de compostos inorgânicos no ambiente primitivo da Terra. Harold Clayton Urey ( ) Físico-químico americano. Prêmio Nobel de Química 1934 (isótopos) Estrutura geral da molécula de aminoácido. Stanley Lloyd Miller ( ) Químico e biólogo americano. (Universidade de Chicago - EUA) Aminoácidos se unem através de ligações peptídicas formando proteinas.

13 Experimento Miller-Urey (1952) Água (H2O), metano (CH4), amônia (NH3) e hidrogênio (H2), monóxido de carbono (CO) Após uma semana de operação contínua: 10-15% do C compostos orgânicos 2% do C aminoácidos

14 TEMPO: um ingrediente fundamental para o surgimento e a evolução da vida Idade da Terra = 4.6 bilhões de anos (compostos orgânicos) Paleontologia: fósseis microscópicos de bactérias e algas = 3.8 bilhões de anos Tempo para surgir vida na Terra = ~ 800 milhões de anos. Homo sapiens = ~ anos Homo sapiens sapiens = ~ anos Civilização = ~ anos (com o fim da última era glacial) (fósseis de microrganismos) Na Terra, foram necessários 800 milhões de anos para a vida surgir e 3.8 bilhões de anos para aparecer vida inteligente!

15 Moléculas orgânicas podem ser sintetizadas fora da Terra?

16 Um meio de responder esta pergunta é analisando a composição do meio interestelar Hidrocarbonatos aromáticos Hidrocarbonatos alifáticos Alcools Ácidos Aldeidos Cetonas Aminas Éteres No meio interestelar há nuvens rarefeitas de gás e poeira. Acima, se vê a nuvem local dentro da qual o Sol e as estrelas mais próximas estão. A análise espectral da luz que passa através deste meio permite estudar sua composição química. Já foram detectadas mais de 140 moléculas orgânicas no meio interestelar Isto mostra que os componentes básicos para a formação de microorganismos estão presentes fora da Terra.

17 Podemos também procurar por moléculas orgânicas em meteoritos Berringer (1.2 km x 175 m) Peru (30m x 6m) Meteorito Willamette Vários meteoritos apresentam aminoácidos de origem extraterrestre.

18 O CasoMeteorito ALH84001 Meteorito No de 1984 Local: Allan Hills (Antártida) Massa: 1.9 kg Formação: 4.5 bilhoes de anos Ejeção: 16 milhões de anos Queda na Terra: 13 mil anos. Agosto de 1996 Evidências de fósseis microscópios Origem: Marte (3.6 bilhões da anos) Há 20 meteoritos de origem marciana Traços de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e depósitos minerais parecidos com os causados por nanobactérias na Terra 1996: traços de carbono orgânico em outro meteorito marciano: EETA79001

19 HÁ VIDA EM OUTROS LOCAIS DO SISTEMA SOLAR?

20 Há vida em outros partes do sistema solar? Alguns corpos do sistema solar em escala de tamanho, (mas não em escala de distâncias)

21 Zona Habitável : região onde pode existir água líquida Se o planeta estiver perto demais da estrela temperaturas demasiado altas Se o planeta estiver longe demais da estrela temperaturas demasiado baixas Para ser habitável, um planeta não pode estar perto demais, nem longe demais da estrela.

22 Locais que poderiam abrigar vida no sistema solar Mercúrio recentemente foi descoberta água em sua exosfera Vênus vida microbiana em nuvens estáveis a 50 km de altitude? Marte água na forma de gelo e na forma líquida; vapor d'água na atmosfera; Júpiter : luas Europa um possível oceano líquido Ganimedes possível oceano líquido Calisto um possível oceano líquido Saturno: luas Encelados atividade geotérmica; água em vapor Titã lagos de metano líquido

23 Marte (Mars Pathfinder) Marte possui água (vapor e gêlo) Água líquida em amostras de solo (2008) Pressão 150 vezes menor que na Terra Meteorito ALH84001: evidências de microorganismos...

24 Mercúrio Messenger descobriu grandes quantidades de agua nas camadas externas de Mercúrio. 1 crosta ( km) 2 manto (600km) 3 núcleo (1800 km)

25 Vênus: um planeta muito quente Existira vida microbiana em nuvens estáveis a 50 km acima da superfície? (imagem de uma cratera na superfície de Vênus, construída a partir de imagens de radar)

26 As Luas de Júpiter Júpiter parece não oferecer condições para abrigar vida, mas algumas de suas luas podem ser habitáveis: Europa Ganimedes Calisto

27 Europa: um possível oceano interno

28 Exploração futura do oceano de Europa criobot

29 GANIMEDES: outra lua de Júpiter com um possível oceano interno Calisto comparada com a Terra A superfície de calisto está coberta por uma crosta de gelo.

30 CALISTO: outra lua de Júpiter Calisto também pode ter um oceano abaixo da crosta de gêlo.

31 Saturno e suas Luas

32 ENCELADOS: uma das luas de Saturno

33 Geysers em Encelados descobertos pela sonda Cassini em 2005 :

34 Encelados: estrutura interna

35 TITÃ: uma das luas de Saturno Lagos de carboidratos líquidos nas regiões polares. Primeiros lagos de líquidos descobertos fora da Terra! Análise da atmosfera de Titã sugere que organismos estariam consumindo hidrogênio, acetileno e etano e produzindo metano.

36 Haveria vida em outros planetas fora do sistema solar?

37 Há vida em planetas orbitando outras estrelas de nossa Galáxia? Diâmetro: Espessura: ~ anos luz; ~ anos luz; Número de estrelas: 100 bilhões bilhões de galáxias observáveis...

38 Até hoje, já foram detectados mais de 460 planetas extrasolares.

39 Vida em Planetas Extrasolares Missão Darwin (4 x 3m) Mais de 440 planetas descobertos (hoje: 374)

40 A vida suportaria as condições desses locais? Em que condições pode existir vida?

41 Dentro de que condições a vida pode existir? Limites de temperatura Limites de pressão Limites de ph Limites de radiação Composição química do meio Quantidade de água

42 EXTREMÓFILOS Descobertos em A vida pode tomar formas inesperadas... evoluir em lugares improváveis e de formas imprevisíveis... Acidófilos: vivem em meios muito áciodos (ph < 3); Alcalíferos: vivem em meios com ph > 9; Halófilos: requerem altas concentrações de NaCl para crescer; Metalotolerantes: toleram altas doses de metais pesados em soluções (Cu, Cd, As, Zn); Osmófilos: crescem em ambientes com altas concentrações de açúcar; Endolitos: vivem dentro de rochas (pensava-se que rochas eram estéreis, sem nutrientes); Hipólitos: aparecem dentro de rochas em desertos gelados; Oligotrofos: capazes de crescer em ambientes nutricionalmente limitados; Xerófilos: crescem em ambientes extremamente sêcos; Hipertermófilos: crescem em altas temperaturas ( C). Piezófilos: crescem sob altíssimas pressões (no fundo do solo ou dos oceanos); Radioresistentes: sobrevivem à 5000 Grays (1Gray equivale à absorção de 1J/kg) (10 Grays matam um homem)

43 Extremófilos que vivem em temperaturas extremamente altas ou extremamente baixas. (hipertermófilos e criófilos) Campeão: Pyrodictium occultum (120oC)

44 Acidóficos & Alcalíferos: extremófilos que vivem em ambientes extremamente ácidos ou extremamente alcalinos Ácido (acidófilos) Neutro Básico / Alcalino (alcalíferos)

45 Xerófilos: extremófilos que crescem em ambientes extremamente secos Encontrados nos desertos gelados do Vale da Morte (Arizona / EUA) Outros extremófilos vivem em condições semelhantes na Antártida.

46 Radioresistentes: extremófilos que resistem à radiações intensas Campeão: Deinococcus radiodurans Sobrevivem à radiações de 5000 Grays!! 1 Gray equivale a 1 J / kg. 10 Grays matam um homem!

47 Bactéria que substitui o Fósforo por Arsênico Nome: GFAJ-1 Encontrado no Lago Mono (califórina) O Lago Mono é extremamente salgado (3 x mais salgado que os oceanos) e conta com níveis elevados de arsênico. Cultivaram bactérias da lama do fundo do Lago Mono em laboratório e foram reduzindo as quantidades de fósforo e aumentando as de arsênico. Fósforo está presente na estrutura do DNA, do ATP e de outras moléculas. Descobriram evidências de que o GFAJ-1 estava substituindo o fósforo por arsênico!

48 HÁ VIDA INTELIGENTE NA GALÁXIA?

49 O Caso da Nebulosa do Caranguejo A Nebulosa do Caranguejo é uma qrande nuvem de gás e poeira que existe na constelação do Caranguejo. É resultante da explosão de uma estrela. Na década de 1960 a Nebulosa do Caranguejo estava sendo estudada por radioastrônomos. Os radiotelescópios captam emissões na faixa de rádio.

50 Estranhos sinais de rádio estavam vindo da Nebulosa do Caranguejo! Não se conhecia nenhuma fonte natural que pudesse produzir esse tipo de sinal. Estariam sendo produzidos por alguma forma de civilização extraterrestre?

51 Pulsar: uma fonte natural de sinais pulsantes Um pulsar é uma estrela de nêutrons em rápida rotação e com um forte campo magnético.

52 Há vida em planetas orbitando outras estrelas de nossa Galáxia? Diâmetro: Espessura: ~ anos luz; ~ anos luz; Número de estrelas: 100 bilhões bilhões de galáxias observáveis...

53 Equação de Drake: provavelmente quantas civilizações existem na Via Láctea? Frank Drake (Astrofísico americano)

54 Hipótese Otimista de Frank Drake: R = Nstar / Tgalax = 3/ano f_p = 0.6 T_dur = 100 anos N = 180 civilizações! Distância média entre elas = anos-luz Hipótese Pessimista: Para haver apenas +1 civilização em nossa galáxia (além da nossa), ela deveria durar anos.

55 Hipóteses Muito Otimistas e Pessimistas Hipótese muito otimista: haveriam 1 bilhão de civilizações querendo se comunicar! Hipótese muito pessimista: estamos sozinhos!

56 SETI = Search for Extra Terrestrial Inteligence Projeto Phoenix Arecibo / Porto Rico / EUA Diâmetro: 305 m (maior radiotelescópio) home) 50 anos...sem sinal...

57 Buraco d'agua Buraco d'água é uma faixa de comprimentos de onda de rádio (3-30 cm) onde o ruido cósmico é relativamente pequeno. Seria a melhor faixa de frequências para comunicação interestelar.

58 VIAGENS ATÉ OUTRAS ESTRELAS: É POSSÍVEL?

59 Viagem usando a tecnologia atual Velocidade da luz é um limite físico : c = km/s Distância de Alpha-Centauri = 4.4 anos luz Ônibus espacial (v = km/h) Voyagers Tempo de viagem = anos Tempo de viagem = anos

60 Alguns problemas: * Tecnológico: eficiência de propulsão (motor); * Tecnológico: resistência de materiais sob altas acelerações; * Econônimo: grande quantidade de energia consumida; * Econômico/Prático: duração das viagens (anos); * Biomédico: efeitos de altas acelerações sobre os viajantes;

61 Viagem com uma tecnologia mais avançada... Viagem até Alpha-Centauri (~ 4.4 anos luz) Velocidade: ~70% da velocidade da luz Motor perfeito... (eficiência = 100%) 16 Energia necessária = 2.6 x 10 J (= energia produzida em toda a Terra, por todas as fontes, inclusive fontes nuclear, durante anos!) Tempo de viagem = 6 anos (seriam necessários: 1000 navios super-tanques cheios de combustível nuclear) IMPORTANTE: não depende da tecnologia atual! e=10-40%

62 Worm holes? O nosso espaço de 3 dimensões pode ser deformado em relação à quarta dimensão.

63 FIM

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65 UFOs / OVNIs? UFO = Unidentified Flying Object OVNI = Objeto Voador Não-Identificado Na maioria das vezes: Balões meteorológicos; Meteoros; Planetas brilhantes; Aviões militares classificados; Fenômenos meteorológicos;

66 Os alienígenas seremos nós!! Missão exploratória de MARTE

67 Colonização de Marte Os alienígenas seremos nós!!

68 Equação de Drake (Frank Drake) N_civ = número de civilizações F_et = taxa de formação estelar P_pla = fração de estrelas com planetas N_pla = número médio de planetas habitávies/estrela P_vie = fração de planetas onde a vida pode surgir P_int = fração de planetas com vida inteligente P_com = fração de civilizações com comunicação tecnológica T = tempo de vida comunicativa

69 Zona Habitável na nossa Galáxia Linha do Tempo Tempo Atual No início da Formação da Via Lactea. A região verde é a zona habitável da Via Lactea. A imagem mostra como a zona habitável evolui com a evolução da galáxia.

70 A procura de vida fora da Terra FASES DA PESQUISA 1950's Experimento de Miller-Urey (sobre a síntese de compostos orgânicos) Um melhor entendimento sobre a origem da vida na Terra. 1960's Não havia como (teconologicamente) procurar indícios de vida fora da Terra. Mas, se alguma forma inteligente de vida estivesse enviando sinais eletromagnéticos (ondas de rádio), poderíamos captá-las... Equação de Drake. 1970's 's detecção de compostos orgânicos no meio interestelar. 1990's Indícios de vida em meteoritos. Detecção de outros compostos orgânicos no meio interestelar. Descoberta dos primeiros exoplanetas (Júpiteres) 2000's Descoberta de centenas de exoplanetas (Júpiters) 2010's -... Procura por exoplanetas tipo-terra. Procura por indícos de vida em outras Terras.