ensino de astronomia na ufabcradiação e astropartículas: exposição à radiação e partículas...

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


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!!!


Abiogênese x Biogênese

Francesco Redi (1629 - 1697)

Experimento sobre geração de insetos


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


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


Hipótese Oparin-Haldane

John Haldane e Aleksandr Oparin

(Zaia; Zaia, 2008)


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)


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!


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 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


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.



Evolução da Vida na Terra (IAG/USP, 2016)



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


● 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


● 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


● Encélado (lua de Saturno):

oceanos abaixo de uma crosta

de gelo e ocorrência de

gêiseres devido à alta

atividade geológica.

Encélado


● 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


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)


Frank Drake (1930-)

Como estimar o número de civilizações inteligentes na

Galáxia?

Equação de Drake


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


(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


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/

https://astronomiaufabc.wordpress.com/arquivo-do-projeto/

Sugestões de Leitura


“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!!!

ensino de astronomia na ufabcradiação e astropartículas: exposição à radiação e partículas...

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