É uma noite desafiadora para a astronomia no Observatório Lick, perto de San Jose, Califórnia. As luzes do Vale do Silício brilham abaixo do cume de 4.200 pés do Monte Hamilton, lavando as mais fracas estrelas. Nuvens se aproximam do norte com uma ameaça de chuva. No topo da montanha há dez cúpulas de telescópio e subo uma entrada íngreme até a maior delas. Há um som misterioso, como um obturador solto gemendo ao vento. É a cúpula em si, rangendo enquanto gira para manter a abertura centrada acima do telescópio em movimento lento no interior.
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Chris McCarthy, astrônomo da San Francisco State University (SFSU), me recebe em uma porta lateral. Usando uma pequena luz amarrada na cabeça, ele me leva até as escadas de metal através do interior da cúpula, mantido escuro como a tinta para observações noturnas, e para a sala de controle quente. Lá, Howard Isaacson, um veterano da SFSU, e Keith Baker, um técnico de telescópio, sentam-se em telas de computador em meio a grossos feixes de cabos e prateleiras de eletrônicos antiquados. McCarthy e Isaacson conversam e bebem chá quente enquanto Baker usa o mouse do computador para ajustar o telescópio. Antes do amanhecer, os astrônomos vão reunir luz de dezenas de estrelas. Algumas das estrelas, eles esperam, abrigam novos mundos.
Em uma era de exploradores explorando Marte e telescópios espaciais tirando fotos deslumbrantes do cosmos de cima da escuridão da atmosfera da Terra, a rotina de Lick - apontando um telescópio de 47 anos de idade em estrela após estrela por horas a fio - parece bastante pitoresco. No entanto, esses astrônomos são membros de uma equipe que é a melhor do ramo de caça ao planeta. Usando telescópios no Havaí, no Chile e na Austrália, bem como no Observatório Lick, para monitorar cerca de 2.000 estrelas - a maioria delas quieta e de meia-idade como o nosso Sol e perto o suficiente da Terra para grandes telescópios ter uma visão clara de suas movimentos - a equipe encontrou cerca de dois terços dos cerca de 200 planetas descobertos fora do nosso sistema solar até agora. (O recente burburinho sobre como definir um planeta em nosso sistema solar não ameaçou o status planetário desses objetos distantes.)
Alguns dos planetas extra-solares recém-encontrados, ou exoplanetas, como são chamados, são mundos gigantes do tamanho de Júpiter que circulam suas estrelas em órbitas rígidas, muito próximas da órbita de Mercúrio ao redor do sol. Outros se aproximam de suas estrelas e depois se afastam em caminhos ovais, espalhando corpos menores à medida que vão. Alguns planetas recém-nascidos arremessam seus planetas fraternos para uma destruição ígnea ou para as profundezas do espaço.
Nenhum lugar para ser visto - pelo menos ainda não - é um sistema solar como o nosso, com planetas sólidos próximos ao sol e planetas gigantes a gás em procissões ordenadas mais distantes. Tal sistema é o lugar mais provável para um planeta rochoso como a Terra sobreviver em uma órbita estável por bilhões de anos. Talvez seja paroquial, mas os astrônomos que buscam sinais de vida em outras partes do cosmos - uma busca que estimula a busca por exoplanetas - estão procurando planetas e sistemas solares como os nossos, com um planeta que não está nem muito nem perto de uma estrela. e talvez com água em sua superfície. A equipe da Califórnia diz que encontrar planetas semelhantes à Terra é apenas uma questão de tempo.
O estudo dos exoplanetas ainda é muito novo, afinal. Mais cedo do que uma década atrás, os astrônomos imaginaram que seria impossível vê-los contra o brilho brilhante de suas estrelas. Então, alguns astrônomos tentaram encontrar exoplanetas procurando por estrelas que pareciam balançar, puxadas pela gravidade de corpos invisíveis orbitando ao redor deles. Mas a maioria dos especialistas duvidava que a abordagem funcionasse. "As pessoas achavam que procurar por planetas não tinha valor", diz McCarthy. "Foi um passo acima da busca por inteligência extraterrestre, e isso foi um passo acima de ser abduzido por alienígenas. Agora, é um dos maiores avanços científicos do século 20".
O primeiro exoplaneta, descoberto em 1995 por Michel Mayor e Didier Queloz, da Universidade de Genebra, na Suíça, era um objeto gigante com metade do tamanho de Júpiter, girando em torno de uma estrela semelhante ao nosso sol em uma órbita frenética a cada quatro dias. A estrela, na constelação Pégaso, está a cerca de 50 anos-luz de distância. "Júpiteres quentes", ou planetas gasosos gigantes que orbitam perto das estrelas, emergiram rapidamente, mesmo porque aqueles corpos grandes imponham as oscilações mais pronunciadas em suas estrelas-mães.
Embora os astrônomos não tenham observado esses planetas diretamente, eles inferem que eles são gasosos devido ao seu tamanho e o que é conhecido sobre a formação de planetas. Um planeta se une aos destroços nos grandes discos de poeira e gás que envolvem as estrelas. Se atinge um certo tamanho - 10 a 15 vezes o tamanho da Terra - exerce uma atração gravitacional e suga tanto gás que se torna um gigante gasoso.
Conforme as técnicas de medição melhoravam, os astrônomos discerniam planetas gradualmente menores - primeiro o tamanho de Saturno, depois Netuno e Urano. Depois de alguns anos descobrindo exoplanetas, os cientistas viram uma tendência promissora: à medida que os tamanhos que detectavam diminuíam, havia mais e mais deles. O processo que constrói planetas parece favorecer os pequenos, não os titãs.
No último ano e meio, a equipe da Califórnia e um grupo liderado por pesquisadores em Paris descobriram os menores exoplanetas já vistos em torno de estrelas semelhantes ao sol: os dois planetas eram apenas cinco a oito vezes a massa da Terra. Astrônomos dizem que esses mundos podem consistir principalmente de metal e rocha, talvez com atmosferas densas. O exoplaneta encontrado pelo astrônomo Geoff Marcy, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, e seus colegas está próximo de sua estrela e, provavelmente, muito quente para a existência de líquido em sua superfície. O outro planeta orbita longe de uma estrela fraca e pode ser tão frio quanto Plutão. Ainda assim, aprender que nem todos os exoplanetas são bolas gigantes de gás foi um marco para o campo. "Estes são os primeiros mundos plausivelmente rochosos", diz Marcy. "Pela primeira vez, estamos começando a descobrir nossos parentes planetários entre as estrelas."
A característica mais surpreendente dos exoplanetas até agora, Marcy diz um dia em seu escritório no campus de Berkeley, é suas órbitas incomuns. No clássico diagrama de "visão aérea" do nosso sistema solar, os planetas (exceto o excêntrico Plutão, recentemente rebaixado a um planeta anão) traçam lindos círculos concêntricos ao redor do sol. Marcy alcança por trás de sua escrivaninha arrumada e tira um orrery, um modelo mecânico do nosso sistema solar. Bolas de metal nas extremidades dos braços finos giram em torno do sol. "Todos nós esperávamos ver essas órbitas circulares fonográficas", diz Marcy. "Isso é o que os livros didáticos dizem sobre os sistemas planetários. Então, quando começamos a ver órbitas excêntricas em 1996, as pessoas disseram que não podem ser planetas. Mas eles se revelaram um prenúncio do que está por vir."
Logo após a meia-noite no Lick Observatory, os astrônomos estão fazendo um bom progresso na lista de 40 estrelas da noite. Seus alvos geralmente não são as principais estrelas das constelações, mas, mesmo assim, muitos são brilhantes o suficiente para enxergar a olho nu. "Quando estou com meus amigos, posso apontar algumas estrelas que conhecemos como planetas", diz Howard Isaacson. Uma estrela particularmente brilhante na constelação de Andrômeda tem três.
McCarthy se oferece para revelar o segredo do sucesso da equipe em espionar exoplanetas. Entramos na cúpula escura e passamos sob o telescópio, com seu espelho de três metros de largura que recolhe e focaliza os fracos raios de luz de estrelas distantes. Eu tinha visto o enorme telescópio durante as turnês diurnas, mas à noite parecia muito mais vital, com suas grossas escoras de metal anguladas como as pernas de um mantis alto que rezava olhando para o céu. McCarthy leva-me a um quarto apertado sob o chão da cúpula, onde a luz das estrelas concentrada pelo espelho do telescópio está fluindo para um cilindro menor do que uma lata de refrigerante. Está envolto em espuma azul, com vidro nas duas pontas. Parece vazio por dentro, mas me disseram que está cheio de gás de iodo aquecido a 122 graus Fahrenheit.
Esta célula de iodo foi desenvolvida por Marcy e seu ex-aluno Paul Butler, agora um astrônomo da Carnegie Institution em Washington, DC Quando a luz de uma estrela passa pelo gás quente, as moléculas de iodo absorvem certos comprimentos de onda da luz. A luz restante é espalhada em um arco-íris por um instrumento que age como um prisma. Como o iodo subtraiu pedaços de luz, linhas escuras estão espalhadas pelo espectro, como um longo código de barras de um supermercado. Cada estrela carrega sua própria assinatura de comprimentos de onda de luz que foram absorvidos pela atmosfera da estrela. Esses comprimentos de onda mudam levemente quando uma estrela se move na direção ou para longe de nós. Os astrônomos comparam a assinatura da estrela de linhas escuras com as linhas de iodo estáveis de uma noite para a outra e de mês para mês e de ano para ano. Como existem tantas linhas finas, é possível detectar até mesmo mudanças minúsculas. "É como segurar a estrela até um pedaço de papel milimetrado", diz McCarthy. "As linhas de iodo nunca se movem. Então, se a estrela se move, usamos as linhas de iodo como uma régua para medir esse movimento."
Para algo tão grande quanto uma estrela, as únicas coisas que podem causar uma mudança regular e repetitiva são os puxões gravitacionais de outra estrela - que os astrônomos poderiam detectar facilmente por causa da própria assinatura luminosa de uma companheira e sua massa pesada - ou um planeta oculto em órbita. em torno dele. A célula de iodo pode rastrear uma estrela se movendo tão lentamente quanto vários metros por segundo - velocidade de caminhada humana - através do vasto vazio de trilhões de quilômetros de espaço. Essa sensibilidade é o motivo pelo qual muitas equipes de caça ao planeta usam a célula de iodo.
Eu olho dentro dela e vejo alguns fios enrugados e fios de aquecimento serpenteando através da espuma azul. Tiras de fita adesiva parecem conter partes dela juntas. Depois que voltamos para a sala de controle, McCarthy ri e aponta o slogan da camisa de moletom de Keith Baker: "Quando as coisas ficam difíceis, a fita adesiva dura."
Nas órbitas mais estranhamente espaçadas e estranhamente espaçadas que os astrônomos encontram, mais elas percebem que o processo natural de formação do planeta convida ao caos e à desordem. "Ficou claro que nosso sistema solar, com sua bela dinâmica e arquitetura, era muito mais estável do que aqueles em torno de outras estrelas", diz o astrofísico Greg Laughlin, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, que colabora com a equipe de Marcy e Butler. Tentar descobrir como novos planetas adquiriram seus caminhos estranhos tem sido uma tarefa assustadora. Laughlin projeta modelos computacionais de órbitas exoplanetas para tentar recriar as histórias dos planetas e prever seus destinos. Ele se concentra no papel da gravidade em causar estragos. Por exemplo, quando um grande planeta se move em uma órbita excêntrica, sua gravidade pode agir como um estilingue e arremessar mundos próximos menores. "Em alguns desses sistemas", diz Laughlin, "se você inserir um planeta parecido com a Terra em uma órbita habitável, ele pode literalmente ser ejetado dentro de semanas."
Interações entre planetas podem ser comuns no cosmos, dizem Laughlin e seus colegas. Quase 20 estrelas são conhecidas por terem mais de um planeta orbitando ao seu redor, e alguns desses exoplanetas irmãos são presos em uma dança chamada "ressonância". Por exemplo, um planeta circulando uma estrela chamada Gliese 876 leva 30 dias para orbitar, enquanto outro planeta leva quase exatamente o dobro do tempo. Os cálculos de Laughlin mostram que sua atração gravitacional mútua preserva um arranjo estável e semelhante ao relógio entre os dois planetas.
Ressonâncias são fortes indícios de que os planetas migraram para longe de seus locais de nascimento. O disco de poeira e gás que gera planetas embrionários tem uma gravidade própria. O disco se arrasta nos planetas, gradualmente puxando-os para dentro em direção à estrela ou, em alguns casos, forçando-os para fora. Como essa migração continua por centenas de milhares de anos, alguns exoplanetas ficam presos em ressonâncias com seus vizinhos. Quando os grandes planetas terminam próximos, eles se agitam e criam algumas das órbitas excêntricas vistas pela equipe. Pelo menos, esse é o melhor palpite atual.
Outros planetas não são longos para este mundo. Os modelos computacionais de Laughlin sugerem que alguns dos planetas mais próximos de suas estrelas mergulharão neles à medida que planetas mais distantes invadam órbitas menores, talvez em questão de centenas de milhares de anos. Esta pesquisa em sistemas solares distantes levantou um cenário fascinante sobre o nosso próprio sistema solar. Alguns astrônomos teorizam que Vênus, Terra e Marte são planetas de "segunda geração", sucessores de corpos anteriores que nasceram mais próximos do Sol e migraram para dentro até serem consumidos.
Será que todo o caos observado no universo traz consequências terríveis para pequenos planetas rochosos? De maneira nenhuma, diz Laughlin. A técnica de medir as oscilações das estrelas, sensíveis como é, teria que ser dez vezes mais fina para revelar objetos do tamanho da Terra. Mas os telescópios de satélite programados para o lançamento nos próximos anos podem ser capazes de detectar "sombras" de terras alienígenas enquanto os pequenos planetas passam na frente de suas estrelas. Laughlin prevê que os satélites encontrarão esses corpos em massa, mesmo em torno das estrelas, onde ainda não foram vistos grandes planetas. "É muito provável que as estrelas [semelhantes ao sol] sejam acompanhadas por planetas terrestres", diz ele. "Meu senso intuitivo é que nosso sistema solar não é incomum em tudo."
Geoff Marcy, de Berkeley, concorda, porque ele diz que todas as estrelas nascem com matéria-prima suficiente para criar muitos planetas. Muitos planetas sólidos como a Terra deveriam se formar, diz ele, enquanto a poeira se aglutina em seixos, que colidem repetidamente para fazer asteróides, luas e planetas. "Talvez os Júpiteres sejam raros", diz ele, "mas os planetas rochosos quase certamente são comuns. Eu apenas não vejo como fazer uma Terra pode ser difícil."
O pequeno exoplaneta recentemente detectado pela equipe de Marcy e Butler suporta essa visão. Eles descobriram enquanto monitoravam os dois planetas ressonantes no sistema Gliese 876, que fica a 15 anos-luz de distância. Algo estava exercendo sutis guinchos extras nas órbitas dos planetas, e a melhor explicação para isso é um terceiro planeta talvez 7, 5 vezes maior que a Terra. Dado seu tamanho, o planeta é provavelmente rochoso, como a Terra, ao invés de um gigante de gás. A descoberta foi um grande passo para responder à pergunta na mente de todos: podemos encontrar habitats potenciais para a vida em outro lugar?
Os astrônomos esperavam que a pergunta fosse respondida por uma missão de satélite da NASA chamada Terrestrial Planet Finder. Deveria ir além da detecção de exoplanetas: levaria imagens dos exoplanetas mais tentadores e analisaria suas atmosferas. Mas no início deste ano, a NASA suspendeu a missão, em grande parte por causa do estouro orçamentário da estação espacial e do ônibus espacial e do custo esperado do plano de mandar pessoas para Marte.
Enquanto isso, a equipe da Califórnia continua procurando por mais exoplanetas. Em poucos meses, Marcy e sua colega de trabalho Debra Fischer, da SFSU, começarão a trabalhar com um novo telescópio no Lick, chamado Automated Planet Finder, que apresentará o instrumento de análise de luz mais sensível já feito para pesquisas de exoplanetas. O instrumento robótico escaneará cerca de 25 estrelas promissoras a cada noite clara, com o potencial de detectar planetas tão pequenos quanto três a cinco vezes maiores que a Terra. "Este será o primeiro telescópio do mundo completamente dedicado à caça ao planeta", diz Fischer. "As pessoas achavam que seriam necessárias missões espaciais de bilhões de dólares para encontrar outros planetas como a Terra, mas acho que temos uma chance a partir do solo."
Marcy diz que encontrar planetas da Terra é apenas o começo. "Em última análise, precisamos ir, com espaçonaves robóticas e uma pequena câmera digital, e mandar aquele cachorrinho para Tau Ceti ou Epsilon Eridani", diz Marcy, citando duas estrelas próximas com uma promessa particular de hospedar planetas semelhantes à Terra. Eles são 12 e 10, 5 anos-luz de distância, respectivamente. "Claro que levará 100 anos [para desenvolver a tecnologia], mas é um objetivo maravilhoso para a nossa espécie, e está ao nosso alcance. É totalmente tecnologicamente possível obter as primeiras imagens da superfície de um planeta em torno de outra estrela. Podemos lançar uma missão global, um emissário da Terra. O esforço que estamos fazendo agora é simplesmente reconhecimento para essa missão, mas é um reconhecimento glorioso identificar os primeiros oásis no deserto cósmico. "
Robert Irion dirige o Programa de Comunicação Científica na Universidade da Califórnia em Santa Cruz. Fotógrafo Peter Menzel co-autoria Hungry Planet: What the World Eats .
