Procura de Vida

Fora da Terra

José Eduardo S. Costa

Dept. Astronomia – Instituto de Física – UFRGS

Abril / 2010

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”)

O desenvolvimento e teste de teorias sobre a vida extraterrestre

é conhecido como:

● Exobiologia (estudos sobre vida fora da Terra)

● Astrobiologia (inclui estudos sobre a vida na Terra, na perspectiva astronômica)

(já se usou o termo Xeno

Que área da ciência estuda a vida extraterrestre?

Como se define “vida” ou “ser vivo” ???

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;

Bioquímica: o que é necessário para formar vida?

Os “ingredientes” básicos:

● Carbono● Hidrogênio● Oxigênio● Nitrogênio● Enxofre● Fósforo

● pequenas quantidades de vários outros elementos

● ÁGUA → solvente (onde as reações bioquímicas ocorrem)

Em ambientes onde os “ingredientes” acima existam, e que possuamcertas 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)

Para encontrar locais habitáveis:

… procure os elementos... procure os elementos...”

… procure água líquida... procure água líquida...

Como seriam as formas de vida extraterrestre?

As formas de vida poderiam variar desde organismos similares à bactérias

até formas inteligentes, com inteligência superior à nossa.

Várias teorias tem sido propostas para as bases da vida extraterrestre do ponto de vista da bioquímica, da evolução e da morfologia.

Como a vida surgiu na Terra ?

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!

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, CO

2, CH

4, NH

4, etc...

Ambiente inicial na Terra

● Vapor d'água gerado pela atividade vulcânica se condensou → parte líquida

● Atividade vulcânica → CO2, CO, N

2, H

2O (vapor), CH

4, NH

3

● 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).

Experimento de Urey-Miller

Stanley Lloyd Miller (1930 – 2007)Químico e biólogo americano.

Harold Clayton Urey (1893-1981)Físico-químico americano.

Prêmio Nobel de Química – 1934(isótopos)

(Universidade de Chicago - EUA)

O experimento de Urey-Miller (1952) foi concebidopara testar a hipótese de Oparin e Haldana de queos compostos orgânicos que percursores da vida naTerra teriam sido sintetizados a partir de compostos inorgânicos no ambiente primitivo daTerra.

Aminoácidos se unem através de ligaçõespeptídicas formando proteinas.

Estrutura geral da molécula de aminoácido.

Experimento Miller-Urey (1952)

Água (H2O), metano (CH

4), amônia (NH

3) e

hidrogênio (H2), monóxido de carbono (CO)

Após uma semana de operaçãocontínua:

10-15% do C → compostos orgânicos 2% do C → aminoácidos

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 = ~ 300 000 anos

● Homo sapiens sapiens = ~ 125 000 anos

● Civilização = ~ 10 000 anos (com o fim da última era glacial)

● Na Terra, foram necessários 800 milhões de anos para a vida surgir e 3.8 bilhões de anos para aparecer vida inteligente!

(fósseis de microrganismos)

Moléculas orgânicas

podem ser sintetizadas

fora da Terra ?

Um meio de responder esta pergunta éanalisando a composição do meio interestelar

● Já foram detectadas mais de 140 moléculas orgânicas no meio interestelar

Hidrocarbonatos aromáticos Hidrocarbonatos alifáticos Alcools Ácidos Aldeidos Cetonas Aminas Éteres

● Isto mostra que os componentes básicos para a formação de microorganismos estão presentes fora da Terra.

No meio interestelar há nuvens rarefeitas degás e “poeira”. Acima, se vê a nuvem localdentro da qual o Sol e as estrelas mais próximasestão.

A análise espectral da luz que passa através destemeio permite estudar sua composição química.

● Vários meteoritos apresentam aminoácidos de origem extraterrestre.

Berringer (1.2 km x 175 m) Peru (30m x 6m)

Meteorito Willamette

Podemos também procurar por moléculas orgânicasem meteoritos

O CasoMeteorito ALH84001

● Meteorito No. 0001 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

HÁ VIDA

EM OUTROS LOCAIS

DO SISTEMA SOLAR ?

Há vida em outros partes do sistema solar ?

Alguns corpos do sistema solar em escala de tamanho,(mas não em escala de distâncias)

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 demaisda estrela.

● 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

Locais que poderiam abrigar vida no sistema solar

Marte

● 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...

(Mars Pathfinder)

Mercúrio

1 – crosta (100-300km)2 – manto (600km)3 – núcleo (1800 km)

Messenger → descobriu grandes quantidades deagua nas camadas externas de Mercúrio.

Vênus: um planeta muito quente

(imagem de uma cratera na superfície de Vênus, construída a partir de imagens de radar)

Existira vida microbiana em nuvens estáveis a 50 km acima da superfície?

As Luas de Júpiter

Júpiter parece não oferecer condições para abrigar vida,mas algumas de suas luas podem ser habitáveis:

● Europa● Ganimedes● Calisto

Europa: um possível oceano interno

“criobot”Exploração futura do oceano de Europa

GANIMEDES: outra lua de Júpiter com um possível oceano interno

Calisto comparada com a Terra

A superfície de calisto está coberta poruma crosta de gelo.

CALISTO: outra lua de Júpiter

Calisto também pode ter um oceanoabaixo da crosta de gêlo.

Saturno e suas Luas

ENCELADOS: uma das luas de Saturno

:

Geysers em Encelados → descobertos pela sonda Cassini em 2005

Encelados: estrutura interna

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.

Haveria vida emoutros planetas

fora do sistema solar ?

Há vida em planetas orbitandooutras estrelas de nossa Galáxia?

● Diâmetro: ~ 100 000 anos luz;● Espessura: ~ 1 000 anos luz;

● Número de estrelas: 100 bilhões..

●.80-120 bilhões de galáxias observáveis...

Até hoje,

já foram detectados

mais de 460

planetas extrasolares.

Vida em Planetas Extrasolares

● Mais de 440 planetas descobertos (hoje: 374)

Missão Darwin (4 x 3m)

A vida suportariaas condições

desses locais ?

Em que condiçõespode existir vida?

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

EXTREMÓFILOS● Descobertos em 1965...

● 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 (88-122 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)

● A vida pode tomar formas inesperadas... … evoluir em lugares improváveis … … e de formas imprevisíveis...

Extremófilos que vivem em temperaturas extremamente altas ou extremamente baixas.

(hipertermófilos e criófilos)

Campeão: Pyrodictium occultum (120oC)

Acidóficos & Alcalíferos: extremófilos que vivem em ambientes extremamente ácidos ou extremamente alcalinos

Ácido Básico / AlcalinoNeutro

(alcalíferos)(acidófilos)

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.

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 !

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!

HÁ VIDA

INTELIGENTE

NA GALÁXIA?

O Caso da Nebulosa do Caranguejo

A Nebulosa do Caranguejo é umaqrande nuvem de gás e poeira que existe na constelação doCaranguejo.

É resultante da “explosão” de umaestrela.

Na década de 1960 a Nebulosa doCaranguejo estava sendo estudadapor radioastrônomos.

Os radiotelescópios captam emissõesna faixa de rádio.

Estranhos sinais de rádio estavam vindo da Nebulosa do Caranguejo !

Não se conhecia nenhuma fonte natural quepudesse produzir esse tipo de sinal.

Estariam sendo produzidos por alguma formade civilização extraterrestre ?

Pulsar: uma fonte natural de sinais pulsantes

Um pulsar é uma estrela de nêutrons em rápida rotação e com um forte campo magnético.

Há vida em planetas orbitandooutras estrelas de nossa Galáxia?

● Diâmetro: ~ 100 000 anos luz;● Espessura: ~ 1 000 anos luz;

● Número de estrelas: 100 bilhões..

●.80-120 bilhões de galáxias observáveis...

Equação de Drake: provavelmente quantas civilizações existem na Via Láctea?

← Frank Drake (Astrofísico americano)

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 = 13 500 anos-luz

Hipótese Pessimista:

● Para haver apenas +1 civilização em nossa galáxia (além da nossa), ela deveria durar 300 000 anos.

Hipóteses Muito Otimistas e Pessimistas

● Hipótese muito otimista: haveriam 1 bilhão de civilizações querendo se comunicar!

● Hipótese muito pessimista: estamos sozinhos !

SETI = Search for Extra Terrestrial Inteligence

Projeto Phoenix – Arecibo / Porto Rico / EUADiâmetro: 305 m (maior radiotelescópio)

← (SETI @ home) 50 anos...sem sinal...

“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 defrequências para comunicação interestelar.

VIAGENS

ATÉ

OUTRAS ESTRELAS:

É POSSÍVEL ?

Viagem usando a tecnologia atual

● Velocidade da luz é um limite físico : c = 300 000 km/s

● Distância de Alpha-Centauri = 4.4 anos luz

Ônibus espacial (v = 28 000 km/h)

Tempo de viagem = 168 000 anos

Voyagers

Tempo de viagem = 80 000 anos

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;

Viagem com uma tecnologia mais avançada ...

● Viagem até Alpha-Centauri (~ 4.4 anos luz)

● Velocidade: ~70% da velocidade da luz

● Motor perfeito.... (eficiência = 100%) …

● Energia necessária = 2.6 x 1016

J

(= energia produzida em toda a Terra, por todas as fontes, inclusive fontes nuclear, durante 100 000 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%

Worm holes?

O nosso espaço de 3 dimensões pode ser deformado em relação à quarta dimensão.

FIM

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;

Os “alienígenas” seremos nós!!

Missão exploratória de MARTE

Os “alienígenas” seremos nós!!

Colonização de Marte

Equação de Drake

(Frank Drake)

N_civ = número de civilizaçõesF_et = taxa de formação estelarP_pla = fração de estrelas com planetasN_pla = número médio de planetas habitávies/estrelaP_vie = fração de planetas onde a vida pode surgirP_int = fração de planetas com vida inteligenteP_com = fração de civilizações com comunicação tecnológicaT = tempo de vida comunicativa

Zona Habitável na nossa Galáxia

A região verde é a zona habitável da Via Lactea.

A imagem mostra como a zona habitável evolui com a evolução da galáxia.

Tempo Atual

No início da Formação daVia Lactea.

Linh

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Tem

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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 - 1980'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.