Pergunte a Ethan: como será nossa primeira fotografia direta de um exoplaneta semelhante à Terra?

Uma foto da Terra tirada pela câmera DSCOVR-EPIC, e também é degradada para uma resolução de 3x3 pixels - aproximadamente dessa forma, pesquisadores do futuro verão exoplanetas

Na última década, principalmente graças à missão Kepler , nosso conhecimento sobre os planetas de outros sistemas estelares aumentou tremendamente. De apenas alguns mundos - a maioria massivos, com órbitas rápidas e internas orbitando estrelas com uma pequena massa - a literalmente milhares de planetas de tamanhos completamente diferentes. Agora sabemos que mundos do tamanho da Terra e um pouco maiores são extremamente comuns. Os observatórios da próxima geração, que aparecerão no espaço (por exemplo, o telescópio James Webb ) e no solo ( GMT e ELT ), poderão fotografar diretamente o mais próximo desses mundos. Como eles serão? Isto é o que nosso leitor pergunta:

Que tipo de resolução pode ser esperada dessas fotos? Alguns pixels ou algum detalhe visível?

As fotografias em si não serão muito impressionantes. No entanto, com eles, podemos aprender tudo o que você pode sonhar (dentro de limites razoáveis).


Proxima B em órbita em torno de Proxima Centauri, conforme apresentado pelo artista. Com a ajuda de futuros telescópios de 30 metros, podemos vê-lo diretamente, mas não tão lindamente quanto na imagem.

Para começar, vamos lidar com más notícias. O sistema estelar mais próximo é o Alpha Centauri , localizado a apenas 4 anos-luz de nós. É composto por três estrelas:

• Alpha Centauri A, uma estrela da classe G, como o Sol;
• Alpha Centauri B, uma estrela da classe K mais fria e menos massiva, gira em torno de Alpha Centauri A em órbita comparável às órbitas de nossos gigantes gasosos;
• Proxima Centauri, uma estrela da classe M muito mais fria e menos maciça que possui pelo menos um planeta do tamanho da Terra.

Pode haver muito mais planetas em torno deste sistema de estrelas triplas, mas eles serão pequenos e a distância deles até as estrelas será enorme.


Novo sistema óptico de 5 espelhos ELT. Antes de entrar em instrumentos científicos, a luz é refletida em um espelho principal côncavo de 39 metros (M1) e depois em dois espelhos subsequentes de 4 metros, M2 convexo e M3 côncavo. Os dois últimos espelhos, M4 e M5, formam um sistema óptico adaptável, que permite obter imagens extremamente nítidas no último plano focal. A potência da luz e a resolução angular de 0,005 "deste telescópio serão melhores do que qualquer outra na história.

O maior telescópio de tudo o que está sendo construído, o ELT, terá 39 m de diâmetro, o que significa uma resolução angular máxima de 0,005 segundos de arco; 60 segundos de arco são 1 minuto de arco e 60 minutos de arco são 1 grau. Se você colocar um planeta do tamanho da Terra próximo a Proxima Centauri, a estrela mais próxima de nosso Sol, localizada em 4,24 anos-luz, seu diâmetro angular será de 67 microssegundos angulares (μas), o que significa que, mesmo com nosso melhor telescópio em construção, a resolução será 74 vezes pior do que o necessário para ver um planeta do tamanho da Terra.

Tudo o que podemos esperar é o único pixel saturado cuja luz penetra nos pixels vizinhos ao seu redor, e isso é nas câmeras mais avançadas com resolução máxima. Visualmente, isso será uma decepção séria para todos que esperam obter uma bela vista como o que está presente nas ilustrações da NASA.


O exoplaneta Kepler-186f, cujas propriedades, talvez, sejam semelhantes à Terra, na visão do artista. No entanto, essas ilustrações são especulativas e dados futuros não nos fornecerão espécies semelhantes a esta.

No entanto, as más notícias terminam aqui. Usando um coronógrafo , podemos bloquear a luz da estrela-mãe e observar a luz diretamente do próprio planeta. Obviamente, obtemos a luz por pixel, mas não será um pixel fixo e imutável. Podemos rastrear a luz de três maneiras diferentes:

1. Em várias cores, fotometricamente, de onde aprendemos as propriedades ópticas gerais de qualquer imagem do planeta.
2. Espectroscopicamente, o que nos permitirá dividir a luz em diferentes comprimentos de onda e procurar sinais da presença de certas moléculas e átomos na superfície e na atmosfera.
3. Medindo as mudanças dos dois pontos anteriores com a rotação do planeta em torno do eixo e em órbita, obtemos características temporárias.

A partir de apenas um pixel de luz, podemos determinar um grande número de propriedades de qualquer mundo estudado. E aqui estão alguns deles.


Exoplaneta com a lua girando em torno dele

Medindo a reflexão do planeta da luz durante seu movimento orbital, obtemos informações sobre muitos fenômenos, alguns dos quais observamos na Terra. Se diferentes hemisférios do mundo têm um albedo (refletividade) diferente e o mundo gira de qualquer maneira, exceto quando conectado por uma estrela a uma proporção de 1: 1, podemos ver um sinal periódico que aparece quando o planeta gira para sua estrela do outro lado.

Em um mundo com continentes e oceanos, o sinal aumenta e diminui em diferentes frequências, correspondendo às partes que refletem a luz direta em direção aos nossos telescópios.


Centenas de candidatos a planetas já foram descobertos em dados coletados e divulgados pelo telescópio espacial TESS, projetados para abrir os exoplanetas pelo método de trânsito. A imagem mostra os três mais interessantes e muitos mais aparecerão por trás deles.

E se existem nuvens e fenômenos atmosféricos no planeta que bloqueiam e refletem a luz? Então a mudança do tempo nos permitirá extrair esse sinal quando observamos como a cobertura de nuvens muda com o tempo, sobrepondo seu efeito a outros efeitos. As nuvens também terão certas características moleculares que mostram se são compostas por ácido sulfúrico, gotas de água, metano ou outro material volátil.

Graças às capacidades de observação direta, seremos capazes de medir diretamente as mudanças climáticas em um planeta fora do nosso sistema solar.


Imagens compostas da "Blue Ball" de 2001-2002, criada pelo espectrorradiômetro MODIS.

A vida será mais difícil de detectar, mas se houver um exoplaneta no qual exista vida semelhante à terrestre, veremos algumas mudanças sazonais específicas. A rotação da Terra em torno de seu eixo significa que, no inverno, quando nosso hemisfério se afasta do Sol, as calotas polares aumentam, a refletividade dos continentes cobertos de neve para latitudes mais baixas aumenta e o mundo fica menos verde.

No verão, pelo contrário, nosso hemisfério olha para o sol. As calotas polares estão diminuindo, os continentes estão adquirindo uma cor verde que domina a vida vegetal do nosso planeta. Mudanças sazonais semelhantes afetarão a luz de qualquer exoplaneta fotografado, o que nos permitirá julgar não apenas as mudanças sazonais, mas também as mudanças percentuais na distribuição e refletividade das cores.


Nesta foto de Titan, a névoa e a atmosfera de metano são mostradas em azul translúcido, e os recursos da superfície são visíveis. Para criar a imagem, foram utilizadas imagens nas faixas ultravioleta, óptica e infravermelha.

As características planetárias e orbitais também devem aparecer. A menos que observemos o trânsito do planeta do nosso ponto de vista, quando o planeta passa exatamente entre nós e sua estrela, não conheceremos a orientação de sua órbita. Ou seja, não reconhecemos sua massa; só conheceremos a combinação de massa e ângulo de inclinação da órbita.

Mas se medirmos a mudança em sua luz ao longo do tempo, podemos calcular como devem ser suas fases e como elas mudam. Podemos usar essas informações para determinar sua massa e inclinação orbital, bem como a presença ou ausência de luas grandes. Mesmo a partir de um único pixel, subtraindo as mudanças na luz em relação à cor, cobertura de nuvens, rotação e mudanças sazonais, podemos obter todas essas informações.


As fases de Vênus visíveis da Terra são semelhantes às de um exoplaneta que orbita sua estrela. Se o lado "noturno" tiver certas propriedades de temperatura, às quais o telescópio James Webb é sensível, podemos determinar se ele possui uma atmosfera e seus componentes.

Finalmente, a observação direta e a análise espectroscópica devem nos mostrar os componentes da atmosfera, quais moléculas e átomos estão nela.

Isso é importante por vários motivos. Sim, a grande esperança óbvia é encontrar uma atmosfera rica em oxigênio, possivelmente mesmo com uma molécula de nitrogênio inerte, mas generalizada, que proporcione uma atmosfera verdadeiramente terrestre. Mas podemos ir além, procurando água. Outros sinais de vida em potencial podem ser buscados, como metano e dióxido de carbono. Outra conseqüência interessante que hoje é subestimada é a capacidade de examinar diretamente as super-terras. Quais possuem coberturas gigantes de hidrogênio e hélio e quais não?


A classificação dos planetas é uma estrela rochosa, do tipo netuno e do tipo Júpiter. A fronteira entre os planetas semelhantes à Terra e Netuno é obscurecida.

Se realmente quisermos ver os detalhes em um planeta localizado fora do nosso sistema solar, precisaremos de um telescópio centenas de vezes maior que o maior dos planejados: vários quilômetros de diâmetro. E até aquele dia, podemos esperar informações sobre muitas coisas importantes relacionadas aos mundos semelhantes à Terra mais próximos em nossa galáxia. TESS já está encontrando novos planetas. James Webb foi concluído e espera ser lançado em 2021. Três telescópios de 30 metros estão em construção e o primeiro (GMT) deve começar em 2024, e o maior (ELT) - para ver a primeira luz em 2025. Em dez anos, teremos luz direta (óptica ou infravermelha) ) dados de dezenas de mundos, do tamanho da Terra ou um pouco maiores, localizados fora do nosso sistema solar.

Um único pixel pode parecer insignificante, mas pense em quanto podemos aprender - sobre estações, clima, continentes, oceanos, calotas polares e até vida - e você ficará surpreso.

Você pode encontrar mais artigos sobre o tópico da ciência popular no site Golovanov.net. Veja também: por que não sentimos como a Terra voa pelo espaço? como a natureza refuta a matemática ; novos argumentos para o nono planeta; como se tornar um nômade digital ; as declarações mais controversas feitas pelo pai do DNA; e outros artigos, incluindo Peça a série Ethan .

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