LHS 3844b é um exoplaneta ligeiramente maior que a Terra que orbita a estrela anã vermelha LHS 3884, localizada a 48,5 anos-luz do nosso Sistema Solar. Ao contrário da Terra, é de maré, o que significa que gira uma vez em seu eixo exatamente no mesmo tempo que leva para orbitar sua estrela. Como resultado, um hemisfério experimenta luz diurna brilhante e constante, enquanto o outro permanece em escuridão constante, tão fria que se aproxima do zero absoluto (zero Kelvin).
À primeira vista, um ambiente tão extremo parece completamente inóspito. As temperaturas diurnas podem atingir cerca de 1.000 a 2.000 Kelvin, enquanto o lado noturno é tão frio que o movimento das partículas é efetivamente interrompido. No entanto, novas pesquisas sugerem que estes mundos podem não ser tão hostis à vida como parecem.
“Uma simples olhada nas temperaturas extremas diurnas e noturnas – por exemplo, 1.000-2.000 Kelvin durante o dia e zero absoluto à noite – levaria a concluir que esses exoplanetas são muito severos para a vida. Mas, diz Daisuke Noto, pós-doutorado no laboratório Hugo Ulloa Pen GEFLOW da Universidade da Pensilvânia, “a vida pode encontrar um caminho.”
Em um estudo publicado em Comunicações da naturezaNota e seus colegas da Agência de Ciência e Tecnologia Marinha do Japão e da Universidade de Hokkaido descobriram que “tais exoplanetas podem ser mais tolerantes ao suporte de vida porque o ‘bloqueio de maré’ pode ajudar a manter um ambiente térmico moderado localmente, distribuindo o fluxo de calor lateralmente”.
Por que os exoplanetas Tidally Locked são tão comuns
Os resultados obtidos desafiam a suposição comum de que os planetas mostram sempre a mesma face das suas estrelas. De acordo com Noth, mundos com dia e noite constantes são muito mais comuns do que planetas como a Terra, que vivenciam um ciclo regular de dia e noite.
“Muitos corpos celestes, como luas e planetas, que estão muito próximos das suas estrelas-mãe são o que chamamos de maré”, explica ele. “Isto significa que à medida que giram em torno do seu eixo e giram em torno dos seus pais, essas velocidades/frequências coincidem, levando a fenómenos como o de vermos apenas um lado da nossa Lua.”
Esta orientação constante cria um contraste dramático de temperatura em todo o planeta. Em vez de se concentrarem apenas nas condições da superfície, os investigadores queriam compreender o que estava a acontecer nas profundezas do planeta, especificamente no manto, a espessa camada rochosa entre a crosta e o núcleo.
Criando um planeta alienígena em laboratório
Em vez de confiar apenas em simulações de computador, a equipe construiu um modelo físico de laboratório para simular o interior do planeta, que está em estado fechado devido às marés.
“Criar um exoplaneta real em laboratório não estava no orçamento”, brinca Noto.
Em vez disso, os pesquisadores usaram um tanque retangular de mesa cheio de glicerina viscosa e minúsculos cristais líquidos termocrômicos que mudam de cor quando a temperatura muda. Sistemas experimentais semelhantes têm sido usados há muito tempo para estudar como o calor viaja através de materiais de movimento lento, tornando-os locais úteis para o interior rochoso dos planetas.
Ao contrário do clima ou das correntes oceânicas, que são fortemente influenciadas pela rotação e gravidade da Terra, a convecção dentro do manto rochoso é impulsionada principalmente por diferenças de temperatura e densidade. Para reproduzir estas condições, a equipa instalou quatro termóstatos à volta do tanque para aquecer e arrefecer diferentes regiões, criando gradientes de temperatura semelhantes aos esperados entre o lado constantemente claro, o lado constantemente escuro, a superfície e a profundidade do interior bloqueado pelas marés do exoplaneta.
Motor térmico planetário
Os experimentos revelaram um padrão notavelmente estável. O material quente subiu sucessivamente sob o lado diurno, fluiu pela parte superior, esfriou ao atingir o lado noturno e depois afundou antes de retornar pelo manto inferior. O resultado foi um ciclo contínuo de circulação sanguínea que se comportou como o batimento cardíaco constante do planeta.
“Não é caótico como o manto da Terra”, diz Noto. “É lento e constante. Previsível. Meio triste – mas no bom sentido.”
Os pesquisadores também observaram plumas ocasionais em forma de cogumelo subindo da base aquecida do tanque. Ao contrário dos pontos quentes vulcânicos na Terra, como os do Havai ou da Islândia, estas plumas permaneceram fixas num só lugar, em vez de flutuarem ao longo do tempo.
As medições de transferência de calor, conhecidas como números de Nusselt, foram comparáveis às observadas para o manto da Terra. Esta descoberta sugere que alguns exoplanetas bloqueados pelas marés podem suportar um ambiente geotérmico localizado que proporciona condições favoráveis para a vida, particularmente em latitudes médias mais temperadas.
O que isso pode significar para a vida alienígena
Um padrão de circulação constante pode afetar mais do que apenas a temperatura da superfície. Nota acredita que também poderá afectar o movimento do núcleo líquido do planeta, criando potencialmente campos magnéticos que diferem do campo dipolo habitual da Terra.
“Isso é algo que não pudemos testar neste experimento”, diz ele, “mas é uma direção interessante para trabalhos futuros”.
Uma visão de outros mundos
Nota e Ulloa continuam a desenvolver modelos laboratoriais semelhantes para investigar uma ampla gama de processos geofísicos. Pesquisas anteriores do Laboratório Penn GEFLOW investigaram como o calor e a massa se movem através de espaços confinados, fornecendo novos insights sobre o papel dos fluidos em sistemas hidrotérmicos.
“Planejamos expandir ainda mais os métodos experimentais para estudar mais profundamente os diferentes sistemas do nosso planeta em diferentes contextos. As possibilidades são literalmente infinitas”, diz Noto.
Daisuke Nota é estudante de doutorado na Escola de Artes e Ciências da Universidade da Pensilvânia.
Hugo Ulloa é professor assistente no Departamento de Ciências da Terra e Ambientais da Penn Arts & Sciences.
Outros autores incluem Takehiro Miyagoshi e Takatoshi Yanagisawa, da Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia Marinha; e Tomomi Terada e Yuji Tasaka da Universidade de Hokkaido.
