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?
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.
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)
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 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
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.
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.
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...
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!
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.
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%
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;
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.