Na busca por vida em outros planetas, a presença de oxigaªnio na atmosfera de um planeta éum sinal potencial de atividade biológica que pode ser detectada por futuros telesca³pios. Um novo estudo, no entanto, descreve vários cenários em que um planeta rochoso sem vida em torno de uma estrela semelhante ao Sol poderia evoluir para ter oxigaªnio em sua atmosfera.

As novas descobertas, publicadas nesta tera§a-feira, 13 de abril na AGU Advances , destacam a necessidade de telesca³pios de última geração que sejam capazes de caracterizar ambientes planetarios e buscar maºltiplas linhas de evidência de vida, além de detectar oxigaªnio.

"Isso éútil porque mostra que hámaneiras de obter oxigaªnio na atmosfera sem vida, mas háoutras observações que vocêpode fazer para ajudar a distinguir esses falsos positivos do nega³cio real", disse o primeiro autor Joshua Krissansen-Totton, um Companheiro do Sagan no Departamento de Astronomia e Astrofísica da UC Santa Cruz. "Para cada cena¡rio, tentamos dizer o que seu telesca³pio precisa ser capaz de fazer para distinguir isso do oxigaªnio biola³gico."

Nas próximas décadas, talvez no final da década de 2030, os astrônomos esperam ter um telesca³pio capaz de capturar imagens e espectros de planetas potencialmente semelhantes a  Terra em torno de estrelas semelhantes ao sol. O coautor Jonathan Fortney, professor de astronomia e astrofa­sica e diretor do Laborata³rio de Outros Mundos da UCSC, disse que a ideia seria mirar em planetas semelhantes o suficiente a  Terra para que a vida pudesse ter surgido neles e caracterizar suas atmosferas.

"Tem havido muita discussão sobre se a detecção de oxigaªnio éum sinal de vida 'suficiente'", disse ele. "Este trabalho realmente defende a necessidade de saber o contexto de sua detecção. Que outras moléculas são encontradas além do oxigaªnio, ou não encontradas, e o que isso diz a vocêsobre a evolução do planeta?"

Isso significa que os astrônomos va£o querer um telesca³pio que sejasensívela uma ampla faixa de comprimentos de onda para detectar diferentes tipos de moléculas na atmosfera de um planeta.

Os pesquisadores basearam suas descobertas em um modelo computacional detalhado de ponta a ponta da evolução dos planetas rochosos, comea§ando em suas origens derretidas e se estendendo por bilhaµes de anos de resfriamento e ciclos geoqua­micos. Variando o inventa¡rio inicial de elementos vola¡teis em seus planetas modelo, os pesquisadores obtiveram uma gama surpreendentemente ampla de resultados.

O oxigaªnio pode comea§ar a se acumular na atmosfera de um planeta quando a luz ultravioleta de alta energia divide as moléculas de águana atmosfera superior em hidrogaªnio e oxigaªnio. O hidrogaªnio leve preferencialmente escapa para o Espaço, deixando o oxigaªnio para trás. Outros processos podem remover o oxigaªnio da atmosfera. O mona³xido de carbono e o hidrogaªnio liberados pela liberação de gases da rocha derretida, por exemplo, reagira£o com o oxigaªnio, e o desgaste da rocha também absorve o oxigaªnio. Esses são apenas alguns dos processos que os pesquisadores incorporaram em seu modelo de evolução geoquímica de um planeta rochoso.

"Se vocêexecutar o modelo para a Terra, com o que pensamos ser o inventa¡rio inicial de vola¡teis, vocêobtera¡ o mesmo resultado com segurança todas as vezes - sem vida vocênão obtanãm oxigaªnio na atmosfera", disse Krissansen-Totton. "Mas também encontramos vários cenários onde vocêpode obter oxigaªnio sem vida."

Por exemplo, um planeta que écomo a Terra, mas comea§a com mais a¡gua, acabara¡ com oceanos muito profundos, colocando uma pressão imensa sobre a crosta. Isso efetivamente desliga a atividade geola³gica, incluindo todos os processos como derretimento ou intemperismo de rochas que removeriam o oxigaªnio da atmosfera.

No caso oposto, onde o planeta comea§a com uma quantidade relativamente pequena de a¡gua, asuperfÍcie de magma do planeta inicialmente derretido pode congelar rapidamente enquanto a águapermanece na atmosfera. Essa "atmosfera de vapor" coloca águasuficiente na alta atmosfera para permitir o acaºmulo de oxigaªnio a  medida que a águase quebra e o hidrogaªnio escapa.

"A sequaªncia ta­pica éque asuperfÍcie do magma se solidifica simultaneamente com a condensação da águaem oceanos nasuperfÍcie", disse Krissansen-Totton. "Na Terra, uma vez que a águacondensou nasuperfÍcie, as taxas de escape foram baixas. Mas se vocêreter uma atmosfera de vapor depois que asuperfÍcie derretida se solidificou, háuma janela de cerca de um milha£o de anos quando o oxigaªnio pode se acumular porque háltas concentrações de águaem a alta atmosfera e nenhumasuperfÍcie derretida para consumir o oxigaªnio produzido pelo escape de hidrogaªnio. "

Um terceiro cena¡rio que pode levar ao oxigaªnio na atmosfera envolve um planeta que éparecido com a Terra, mas comea§a com uma proporção maior de dia³xido de carbono para a¡gua. Isso leva a um efeito estufa descontrolado , tornando-o muito quente para a águacondensar da atmosfera para asuperfÍcie do planeta.

"Neste cena¡rio semelhante ao de Vaªnus, todos os vola¡teis comea§am na atmosfera e poucos são deixados para trás no manto para serem eliminados e absorvidos pelo oxigaªnio ", disse Krissansen-Totton.

Ele observou que os estudos anteriores se concentraram nos processos atmosfanãricos, enquanto o modelo utilizado neste estudo explora a evolução geoquímica e tanãrmica do manto e da crosta do planeta, bem como as interações entre a crosta e a atmosfera.

“Nãoécomputacionalmente intensivo, mas hámuitas partes ma³veis e processos interconectados”, disse ele.