A água é essencial para a vida na Terra. Portanto, o líquido deve ser um requisito para a vida em outros mundos. Durante décadas, a definição dos cientistas de habitabilidade em outros planetas se baseou nessa suposição.

Mas o que torna alguns planetas habitáveis pode ter muito pouco a ver com água. Na verdade, um tipo de líquido completamente diferente poderia possivelmente sustentar vida em mundos onde a água mal existe. Essa é uma possibilidade que cientistas do MIT levantam em um estudo publicado esta semana na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

A partir de experimentos de laboratório, os pesquisadores descobriram que um tipo de fluido conhecido como líquido iônico pode se formar facilmente a partir de ingredientes químicos que também são encontrados na superfície de alguns planetas e luas rochosos. Líquidos iônicos são sais que existem na forma líquida abaixo de cerca de 100 graus Celsius. Os experimentos da equipe mostraram que uma mistura de ácido sulfúrico e certos compostos orgânicos contendo nitrogênio produziu tal líquido. Em planetas rochosos, o ácido sulfúrico pode ser um subproduto da atividade vulcânica, enquanto compostos contendo nitrogênio foram detectados em vários asteroides e planetas em nosso sistema solar, sugerindo que os compostos podem estar presentes em outros sistemas planetários.

Os cientistas propõem que, mesmo em planetas muito quentes ou com atmosferas de pressão muito baixa para suportar água líquida, ainda pode haver bolsões de líquido iônico. E onde há líquido, pode haver potencial para vida, embora provavelmente não seja algo que se assemelhe aos seres aquáticos da Terra.

Líquidos iônicos têm pressão de vapor extremamente baixa e não evaporam; eles podem se formar e persistir em temperaturas mais altas e pressões mais baixas do que a água líquida tolera. Os pesquisadores observam que o líquido iônico pode ser um ambiente propício para algumas biomoléculas, como certas proteínas que conseguem permanecer estáveis no fluido.

“Consideramos a água necessária para a vida porque é o que é necessário para a vida na Terra. Mas, se analisarmos uma definição mais geral, vemos que precisamos de um líquido no qual o metabolismo para a vida possa ocorrer”, diz Rachana Agrawal, que liderou o estudo como pós-doutoranda no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. “Agora, se incluirmos o líquido iônico como uma possibilidade, isso pode aumentar drasticamente a zona de habitabilidade de todos os mundos rochosos.”

Os coautores do estudo no MIT são Sara Seager, professora de Ciências Planetárias da turma de 1941 no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias e professora nos departamentos de Física e de Aeronáutica e Astronáutica, juntamente com Iaroslav Iakubivskyi, Weston Buchanan, Ana Glidden e Jingcheng Huang. Os coautores também incluem Maxwell Seager, do Instituto Politécnico de Worcester, William Bains, da Universidade de Cardiff, e Janusz Petkowski, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Wroclaw, na Polônia.

O trabalho da equipe com líquido iônico surgiu de um esforço para buscar sinais de vida em Vênus, onde nuvens de ácido sulfúrico envolvem o planeta em uma névoa nociva. Apesar de sua toxicidade, as nuvens de Vênus podem conter sinais de vida — uma ideia que os cientistas planejam testar em futuras missões à atmosfera do planeta.

Agrawal e Seager, que lideram as Missões Estrela da Manhã a Vênus, estavam investigando maneiras de coletar e evaporar ácido sulfúrico. Se uma missão coleta amostras das nuvens de Vênus, o ácido sulfúrico teria que ser evaporado para revelar quaisquer compostos orgânicos residuais que pudessem ser analisados em busca de sinais de vida.

Os pesquisadores utilizaram seu sistema personalizado de baixa pressão, projetado para evaporar o excesso de ácido sulfúrico, para testar a evaporação de uma solução do ácido e de um composto orgânico, a glicina. Eles descobriram que, em todos os casos, embora a maior parte do ácido sulfúrico líquido evaporasse, uma camada persistente de líquido sempre permanecia. Logo perceberam que o ácido sulfúrico estava reagindo quimicamente com a glicina, resultando em uma troca de átomos de hidrogênio do ácido para o composto orgânico. O resultado foi uma mistura fluida de sais, ou íons, conhecida como líquido iônico, que persiste como líquido em uma ampla faixa de temperaturas e pressões.

Essa descoberta acidental deu início a uma ideia: o líquido iônico poderia se formar em planetas muito quentes e com atmosferas muito finas para a existência de água?

“A partir daí, demos o salto da imaginação sobre o que isso poderia significar”, diz Agrawal. “O ácido sulfúrico é encontrado na Terra a partir de vulcões, e compostos orgânicos foram encontrados em asteroides e outros corpos planetários. Isso nos levou a questionar se líquidos iônicos poderiam se formar e existir naturalmente em exoplanetas.”

Na Terra, os líquidos iônicos são sintetizados principalmente para fins industriais. Eles não ocorrem naturalmente, exceto em um caso específico, em que o líquido é gerado a partir da mistura de venenos produzidos por duas espécies rivais de formigas.

A equipe se propôs a investigar em que condições o líquido iônico poderia ser produzido naturalmente e em que faixa de temperaturas e pressões. No laboratório, eles misturaram ácido sulfúrico com vários compostos orgânicos contendo nitrogênio. Em trabalhos anteriores, a equipe de Seager havia descoberto que os compostos, alguns dos quais podem ser considerados ingredientes associados à vida, são surpreendentemente estáveis em ácido sulfúrico.

“No ensino médio, você aprende que um ácido quer doar um próton”, diz Seager. “E, curiosamente, sabíamos, por meio de nossos trabalhos anteriores com ácido sulfúrico (o principal componente das nuvens de Vênus) e compostos contendo nitrogênio, que um nitrogênio quer receber um hidrogênio. É como se o lixo de uma pessoa fosse o tesouro de outra.”

A reação poderia produzir um pouco de líquido iônico se o ácido sulfúrico e os compostos orgânicos contendo nitrogênio estivessem em uma proporção de um para um — uma proporção que não era o foco do trabalho anterior. Para seu novo estudo, Seager e Agrawal misturaram ácido sulfúrico com mais de 30 compostos orgânicos contendo nitrogênio diferentes, em uma faixa de temperaturas e pressões, e então observaram se o líquido iônico se formava quando evaporavam o ácido sulfúrico em vários frascos. Eles também misturaram os ingredientes em rochas basálticas, que são conhecidas por existirem na superfície de muitos planetas rochosos.

A equipe descobriu que as reações produziram líquido iônico a temperaturas de até 180 graus Celsius e a pressões extremamente baixas — muito inferiores às da atmosfera terrestre. Seus resultados sugerem que o líquido iônico poderia se formar naturalmente em outros planetas onde a água líquida não existe, sob as condições certas.

“Estamos imaginando um planeta mais quente que a Terra, sem água e que, em algum momento do passado ou do presente, deve ter tido ácido sulfúrico, formado a partir da liberação de gases vulcânicos”, diz Seager. “Esse ácido sulfúrico precisa fluir sobre uma pequena bolsa de matéria orgânica. E depósitos orgânicos são extremamente comuns no sistema solar.”

Então, ela diz, os bolsões de líquido resultantes poderiam permanecer na superfície do planeta, potencialmente por anos ou milênios, onde poderiam, teoricamente, servir como pequenos oásis para formas simples de vida baseadas em líquido iônico. No futuro, a equipe de Seager planeja investigar mais a fundo para ver quais biomoléculas e ingredientes para a vida poderiam sobreviver e prosperar em líquido iônico.

“Abrimos a caixa de Pandora de novas pesquisas”, diz Seager. “Tem sido uma verdadeira jornada.”

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela Fundação Sloan e pela Fundação Volkswagen.