ensino de astronomia na ufabcradiação e astropartículas: exposição à radiação e partículas...
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Ensino de Astronomia na UFABC
Aula 18 - Vida no Espaço
“Audaciosamente indo onde nenhum ser-
humano jamais esteve…”
Vida Fora da Terra
Anaxágoras de Clazômenas fez o uso do termo
“panspermia” (tudo semente) para defender a ideia de que a
vida se originou fora da Terra, no século V a.C.
“É assim que a excelência de Deus se exalta e que a
grandeza de seu reino se manifesta. Ele é glorificado não em
um único, mas em incontáveis sóis; não em uma única Terra,
mas numa infinidade de mundos.”
(Giordano Bruno)
“Não é apenas uma opinião, mas uma forte convicção, de que
existem habitantes em outros mundos.”
(Immanuel Kant)
Uma breve história...
Vida Fora da Terra
● Entender as condições que possibilitaram o
surgimento e a evolução da vida na Terra e
procurar essas condições em outros lugares no
Universo
● Expandir as possibilidades para a conceituação e
parâmetros aceitáveis da vida
● Colonização do espaço por seres humanos
● Busca e tentativas de estabelecer contato com
civilizações extraterrestres
Tardígrado, um símbolo da astrobiologia
Perspectivas para a vida fora da Terra
Perspectivas para a Vida Além da Terra
Astro-Latim: “corpo celeste”
-bio-Grego: vida
(βίος)
-logiaGrego: “razão, discurso,
cálculo, proporção”
(λόγος)
Astrobiologia: visa entender a origem, a distribuição, a
evolução e o futuro da vida, na Terra e fora dela.
(Astrobiologia: Uma Ciência Emergente)
O Que é Vida?
● Discussão filosófica
● Propriedades de uma definição de vida:
○ Universalidade
○ Especificidade
○ Coerência
● Critérios mais aceitos (IAG/USP, 2016):
○ Compartimentalização
○ Informação
○ Metabolismo
“Não devemos nos sentir
desencorajados pela dificuldade
de interpretar a vida a partir das
leis comuns da física”
(Erwin Schrödinger)
Perspectivas para a Vida Além da Terra
Parte I
Entendendo a Vida na Terra
Origem da Vida na Terra
Teorias de geração da vida
● Criacionismo
● Abiogênese
● Biogênese
● Metabolismo Primordial
● Mundo RNA
● Panspermia Cósmica
● Neopanspermia Cósmica
Origem da Vida na Terra
Criacionismo
● A existência dos seres vivos e sua diversidade se
devem à criação divina
● Presente nas religiões tradicionais e em grande
parte das religiões antigas de vários povos
● O Design Inteligente é uma teoria criacionista
moderna mais sofisticada (ad hoc)
TEORIAS CRIACIONISTAS NÃO SÃO ACEITAS PELA
CIÊNCIA!!!
Origem da Vida na Terra
Abiogênese x Biogênese
Francesco Redi (1629 - 1697)
Experimento sobre geração de insetos
Origem da Vida na Terra
Abiogênese x Biogênese
Louis Pasteur (1822 - 1895)
● John Needham (1745) e Lazzaro Spallanzani (1768)
realizaram experimentos semelhantes e controversos
● Louis Pasteur apresentou a evidência definitiva em
favor da biogênese
Origem da Vida na Terra
Caldo Nutritivo
Charles Darwin (1809 - 1882)
● Charles Darwin (1809 - 1882) propôs que a vida
pode ter sido gerada a partir de um “caldo
nutritivo”, calor e eletricidade.
● Haldane e Oparin propuseram estudar a
evolução de reações químicas em termos de
competição e seleção natural
O modelo de Oparin-Haldane teria como ponto de
partida reações entre moléculas simples, como CH4,
CO, CO2, HS, H2S, HCN, NH3, H2O e outras…
● Com algumas controvérsias, o modelo Oparin-
Haldane foi aceito como viável
Origem da Vida na Terra
Hipótese Oparin-Haldane
John Haldane e Aleksandr Oparin
(Zaia; Zaia, 2008)
Origem da Vida na Terra
Genes Primordiais x Metabolismo Primordial
John Haldane e Aleksandr Oparin
● Os primeiros seres vivos apresentariam uma química
prebiótica e rede metabólica complexas. Mas qual veio
primeiro?
(Zaia; Zaia, 2008)
Origem da Vida na Terra
Neopanspermia Cósmica
Meteorito de Murchison (Austrália, 1969)
● Variação da teoria da panspermia cósmica que propõe
que biomoléculas complexas vieram do espaço, e não
seres vivos
● Evidências da presença de biomoléculas em corpos
celestes indicam que eles podem ter tido algum papel
importante no surgimento da vida no planeta
Essa hipótese oferece um precedente para estudarmos as
possibilidades da formação da vida em outros planetas!
Origem da Vida na Terra
Objeções “ingênuas” a teorias naturalistas
● “O experimento de Pasteur demonstrou a impossibilidade de um surgimento espontâneo da vida.”
○ Isso vai muito além do que Pasteur queria demonstrar na época, e seu experimento era
simples demais para reproduzir o surgimento da vida como ele é entendido hoje.
● “Se a vida é a auto-organização da matéria, a Segunda Lei
da Termodinâmica impediria seu surgimento espontâneo,
pois prevê que a entropia de um sistema sempre aumenta.”
○ A Segunda Lei da Termodinâmica é válida apenas
para sistemas fechados - reduções locais de entropia
são possíveis. Além disso, “ordem” e “desordem” não
são grandezas físicas análogas à entropia, e sim
qualidades subjetivas. Nesse caso, as interações
inter- e intramoleculares teriam favorecido o
agregamento e a auto-organização da matéria.
Química Interestelar e Circunstelar
Nucleossíntese Estelar
● Elementos essenciais para o surgimento da vida (C-H-O-N-P-S) surgem da atividade estelar -
com exceção do H, que já é abundante no meio interestelar
Fonte: Wikipedia
Química Interestelar e Circunstelar
Química do meio interestelar e circunstelar
● Moléculas podem se agregar em grãos de poeira estelar e formar biopolímeros em reações com
íons, ou até mesmo formar outras moléculas complexas em reações fotoquímicas ou com raios
cósmicos
Química Interestelar e Circunstelar
Fontes exógenas de biomoléculas (Pilling, 2012)
● Meteoróides: Bases purínicas e pirimídicas (Adenina,
Uracila, Xantina, Guanina), coacervados, açúcares,
bioassinaturas (?), fósseis bacterianos (?), bactérias
vivas (?)
● Cometas: Silicatos, Água (H2O), monóxido e dióxido
de carbono (CO e CO2), hidrocarbonetos, ácido
cianídrico (HCN), aldeídos, ácido sulfídrico (H2S) e
outras moléculas que poderiam fazer parte da química
prebiótica
Neowise (APoD NASA, 2020)
Terra Primitiva
Química Prebiótica (IAG/USP, 2016)
● Fontes endógenas de biomoléculas: Vulcões, fontes
hidrotermais, minerais, reações em meio sólido e
aquoso
● Atmosfera prebiótica: rarefeita, pobre em oxigênio.
Provavelmente composta por CO, CO2, NH4, N2, H2,
H2O e H2S
● Fontes de energia: calor, radiação UV (não havia
ozônio na atmosfera), descargas elétricas, partículas
de altas energias (raios cósmicos)
Nessas condições, cientistas conseguiram a síntese
experimental de aminoácidos proteicos, bases nucleicas de
DNA/RNA e microestruturas orgânicas
Terra no período Hadeano
Evolução Biogeológica da Terra
Evolução da Vida na Terra (IAG/USP, 2016; Wikipedia)
● Período Hadeano: Formação da Terra e da Lua,
bombardeio de meteoros e química prebiótica.
● Período Arqueano: Aparecimento da vida procarionte
e formação de biofilmes microbianos. Aparecimento de
cianobactérias fotossintetizantes.
● Período Proterozóico: A fotossíntese começa a
enriquecer a atmosfera com oxigênio (O2), o que
favorece a diversificação de organismos aeróbicos.
Também surgem os primeiros eucariontes e
organismos multicelulares.
● Período Fanerozóico: Condições que existem até
hoje. Emersão da Pangéia e diversificação da vida até
o surgimento do ser-humano.
Terra no período Hadeano
Evolução Biogeológica da Terra
Evolução da Vida na Terra (IAG/USP, 2016)
Terra no período Hadeano
Evolução Biogeológica da Terra
Variação da
Temperatura no
Planeta (Wikipedia)
Evolução Biogeológica na Terra
Concentração de CO2 na AtmosferaFonte: Climate.gov
Vida no Espaço
Parte II
Possibilidades de vida fora
da Terra
Zonas Habitáveis
Critérios para habitabilidade (IAG/USP, 2016)
● Habitabilitade Planetária: O planeta deve ser rochoso,
possuir campo magnético, manter água líquida...
Outros fatores importantes: atmosfera, gigantes
gasosos, atividade geológica
● Zona Habitável Estelar: Classe espectral, distância
até a estrela.
○ Limite interno: saturação de nuvens na atmosfera
○ Limite externo: condensação do gás carbônico
● Zona Habitável Galática:
Metalicidade
○ Limite inferior: baixa formação de planetas
rochosos
○ Limite superior: alta ocorrência de Hot Jupiters
...e taxa de formação estelar
Zonas Habitáveis
Zona Habitável Estelar (IAG/USP, 2016)
Marte, dentro da zona habitável
Zonas Habitáveis
Zona Habitável Galática
Fonte: IF/UFRGS
Fonte: IAG/USP
Vida no Sistema Solar
● Vênus: Planeta rochoso, perto da
zona habitável, com possibilidade
de ter sido habitável no passado.
Hoje em dia, possibilidade muito
remota de vida na atmosfera,
quente e úmida.
Lua de Júpiter, Europa
Vida no Sistema Solar● Marte: planeta rochoso com
vestígios de presença de água
líquida na superfície no
passado. Possibilidade de vida
abaixo da superfície. Atividade
geológica intensa no passado.
Marte
Vida no Sistema Solar● Marte: planeta rochoso com
vestígios de presença de água
líquida na superfície no
passado. Possibilidade de vida
abaixo da superfície. Atividade
geológica intensa no passado.
Superfície de Marte em detalhes
Vida no Sistema Solar
● Europa (lua de Júpiter): matéria
orgânica, presença de água
líquida em grandes quantidades
abaixo de uma crosta de gelo,
energia proveniente de fontes
geotérmicas e forças de maré,
dinâmicas semelhantes às de
placas tectônicas.
Europa
Vida no Sistema Solar
● Ganimedes (lua de Júpiter):
presença de água líquida,
abundante em matéria orgânica
e energia proveniente de fontes
geotérmicas e forças de maré.
Presença de magnetosfera.
Ganímedes
Vida no Sistema Solar● Titã (lua de Saturno): atmosfera
densa, atividade hidrológica na
superfície com lagos de
hidrocarbonetos, possível
oceano de água no interior da
lua, forças de maré.
Titã
Vida no Sistema Solar
● Encélado (lua de Saturno):
oceanos abaixo de uma crosta
de gelo e ocorrência de
gêiseres devido à alta
atividade geológica.
Encélado
Vida no Sistema Solar
● Tritão (lua de Netuno): órbita
retrógrada - provavelmente
capturado gravitacionalmente.
Evidências da presença de
energia e química complexa,
com possibilidades para
formas de vida alternativas
(silanos)
Tritão
Vida no Sistema Solar
Lua de Júpiter, Europa
Fonte: IAG/USP
Vida Fora do Sistema Solar
Fonte: Revista Galileu
● Exoplanetas: podem ser avaliados pela densidade,
distância à estrela, atmosfera e suas variações. Com
base nesses dados, astrônomos avaliam o grau de
similaridade com a Terra (Earth Similarity Index)
Peebles Mayor Queloz
Expandindo a Ideia de Vida
Tardígrado
● Extremófilos e Extremotolerantes: seres capazes de
sobreviver em condições extremas de temperatura,
pressão, pH, exposição à radiação, concentração de
solutos, privação de água ou oxigênio, etc…
Tardígrados: podem suportar altas variações de
temperatura e pressão, são resistentes à radiação e
desidratação. Podem suspender o próprio metabolismo a
taxas inferiores a 0,01%, podendo sobreviver sem comida
por mais de 30 anos!
● Metabolismos Alternativos: Alternativas para ciclos
metabólicos comuns (O2 - CO2). Podem gerar
diferentes níveis de energia para os seres.
Exemplos: respiração anaeróbia, fotossíntese anoxigênica...
Vida no Espaço
Se a vida pode ter surgido fora da Terra,
poderia ter evoluído até o surgimento de
civilizações inteligentes?
Busca por Vida Inteligente Extraterrestre
Jill Tarter (1944-)
● SETI: Search for Extraterrestrial Intelligence “a
probabilidade de sucesso é difícil de ser estimada; mas se
nunca buscarmos, as chances de sucesso serão nulas”
● METI: Messaging to Extraterrestrial Intelligence
Ilustração do disco da sonda Pioneer 10
(Fonte: Wikipedia)
Busca por Vida Inteligente Extraterrestre
Frank Drake (1930-)
Como estimar o número de civilizações inteligentes na
Galáxia?
Equação de Drake
Busca por Vida Inteligente Extraterrestre
Estimativas do número de civilizações inteligentes na Galáxia
● Frank Drake (1961): ~ 2 civilizações
● Isaac Asimov (1979): ~ 530 mil civilizações
● Carl Sagan (1980):
○ Hipótese 1: ~ 10 civilizações
○ Hipótese 2: ~ 10 milhões de civilizações
● Ernst Mayr (1995): “uma improbabilidade de dimensões
astronômicas” (~ 0 civilizações além da Terra)
● Ethan Siegel (2018): ~ 10 mil civilizações
Carl Sagan (1934 - 1996)
Paradoxo de Fermi
Enrico Fermi (1901 - 1954)
“Cadê todo mundo?”
● Leis físicas inviabilizam ou dificultam comunicações
● Civilizações podem não se comunicar por rádio
● Tentativas de comunicação podem ser ignorados por
nós por falta de conhecimento
● Civilizações podem ser hostis
● O surgimento da vida e da inteligência podem não ser
tão frequentes quanto imaginamos
● Pode haver um “funil” em que a maior parte das
civilizações se autodestrói pelo próprio avanço
tecnológico
Ufologia
● Nome cunhado a partir da sigla U.F.O. (Unidentified Flying
Object), que é um código militar usado para designar um
objeto voador não-identificado
● Adeptos acreditam que visitas extraterrestres são
relativamente comuns e debatem possíveis vestígios e
registros
● É comum ligar visitas de alienígenas a construções antigas
como as pirâmides e evocar teorias da conspiração
● Objeções: falta de esclarecimento sobre as luzes no céu,
manipulações gráficas, segredos militares, paralisia do sono
e outras alucinações, viés eurocêntrico da História, nossa
concepção a respeito da vida e viagens interestelares, etc…
A UFOLOGIA DIVERGE EM MÉTODOS DA ASTROBIOLOGIA E
DA BUSCA CIENTÍFICA PELA VIDA NO ESPAÇO, PORTANTO,
NÃO É CONSIDERADA UMA CIÊNCIA!!!
Colonização do Espaço
Freeman Dyson (1932 - 2020)
Estamos prontos para sair da Terra?
● Microgravidade: Mudanças fisiológicas, efeitos
psicológicos, dificuldade em atividades simples, etc...
● Radiação e Astropartículas: Exposição à radiação e
partículas carregadas que acarretam danos à estrutura
orgânica.
● Micrometeoritos: Danos a estruturas e riscos de
ferimentos graves.
● Vácuo: Descompensação da pressão, falta de O2 para
a respiração e dificuldades em se dissipar calor.
● Condições Ambientais: Depende do ambiente, mas
em geral, todas as colônias seriam altamente
dependentes de sistemas de suporte de vida.
Colonização do Espaço
Estamos prontos para sair da Terra?
● ISS (International Space Station): Estação Espacial
Internacional - o mais próximo que temos de uma “colônia”
fora da Terra
● Viagens Interplanetárias: Podem ser realizadas a
velocidades não-relativísticas, mas durariam meses! A
duração da viagem representa enormes desafios logísticos
e biomédicos
● Viagens Interestelares:
○ Relativísticas: grandes energias (aumento da massa),
dilatação temporal, espaço-tempo quadridimensional
○ Não-relativísticas: hibernação, naves-colônia
● Viagens no Tempo: Paradoxo dos gêmeos de Einstein.
Seria possível viajar no tempo?
Série original Star Trek
Civilizações Inteligentes
Nikolai Kardashev (1932 - 2019)
Escala Kardashev
● Civilização Tipo 0: Civilização “adolescente”. Emprega
seus recursos de forma limitada e irracional. Depende
de fontes de energia fósseis e não-renováveis.
● Civilização Tipo 1: Civilização capaz de aproveitar
totalmente, e de forma sustentável, a energia de seu
planeta natal: eólica, geotérmica, maremotriz, etc...
● Civilização Tipo 2: Civilização capaz de coletar toda a
energia de sua estrela natal e colonizar seu sistema
solar.
● Civilização Tipo 3: Civilização capaz de manipular
toda a energia de sua galáxia. Consegue utilizar a
energia de matéria escura, supernovas e buracos
negros e já se espalhou por toda sua galáxia
Vida no Espaço
Isaac Asimov (1920 - 1992)
“Vamos nos esforçar para herdar
o Universo que está à nossa
espera; sozinhos, se for preciso,
ou na companhia de outros, se
eles existirem.”
(Isaac Asimov)
Referências
Isaac Asimov (1920 - 1992)
(IAG/USP, 2016) “Astrobiologia: Uma Ciência Emergente” cap.
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 12, 13, 14. Ed. Tikinet.
(Asimov, 1987) - “Civilizações Extraterrenas”, cap. 10, 11, 12.
Ed. Clube do Livro.
(Zaia; Zaia, 2008) - “Algumas Controvérsias Sobre a Origem da
Vida”, Química Nova, vol.31 n.6.
(Pilling, 2012) - “Aula 6 - Panspermia, Cometas e Meteoritos”,
Astrobiologia UNIVAP/SP
(Mayr, 1995) - “Can SETI Succeed? Not Likely”, The
Bioastronomy News, vol. 7, no. 3
(Gnipper, 2018) - “A Equação de Drake já não serve mais, mas
há uma possível correção”, Canaltech
Referências
Isaac Asimov (1920 - 1992)
Escala de tempo geológica da Terra, para referência (Slide 20):
disponível em wikipedia.pt - “Escala de tempo geológico”
Gráfico da variação da temperatura do planeta (Slide 22):
disponível em wikipedia.en - “File:All paleotemps.png”
Gráfico de emissão e concentração de CO2 (Slide 23): disponível
em climate.gov - “Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide”
Slides baseados no arquivo do curso:
Aula extra - 2018 (prof. Jiri)
Aula extra 02 - 2018 (prof. Leonardo)
Aula 20 - 2016 (profª. Victoria)
Disponível em: https://astronomiaufabc.wordpress.com/arquivo-do-projeto/
Sugestões de Leitura
Isaac Asimov (1920 - 1992)
“Astrobiologia: Uma Ciência Emergente”; IAG/USP.
“Civilizações Extraterrenas”, cap. 10, 11, 12; Isaac Asimov.
“O Que é Vida?”; Erwin Schrödinger.
“O Relojoeiro Cego”, cap. 1, 6; Richard Dawkins.
“Infinito em Todas as Direções”, cap. 4, 5; Freeman Dyson.
“O Caldeirão Azul”, parte II; Marcelo Gleiser.
“Cosmos”, cap. 12; Carl Sagan.
“O Mundo Assombrado Pelos Demônios” cap. 5, 6; Carl Sagan.
“Variedades da Experiência Científica” cap. 2, 3, 4; Carl Sagan.
FIM!!!