Enquanto os planetas que orbitam estrelas gêmeas são um grampo da ficção científica, outro está fazendo os humanos viverem em planetas que orbitam estrelas gigantes vermelhas. A maioria da história de Planeta dos Macacos ocorre em um planeta ao redor de Betelgeuse. Planetas ao redor de Arcturus, na casa de Isaac Asimov Fundação série compõem a capital de seu setor Sirius. Diz-se que o planeta natal do Super-Homem orbita um gigante vermelho fictício, Rao. As raças desses planetas são frequentemente retratadas como velhas e sábias, já que suas estrelas envelhecem e estão chegando ao fim de suas vidas. Mas é realmente plausível ter tais planetas?
As estrelas não duram para sempre. Nosso próprio Sol tem uma data de validade em cerca de 5 bilhões de anos. Nesse momento, a quantidade de hidrogênio combustível no núcleo do Sol terá acabado. Atualmente, a fusão desse hidrogênio em hélio está provocando uma pressão que impede a estrela de entrar em colapso devido à gravidade. Mas, quando acabar, esse mecanismo de suporte desaparecerá e o Sol começará a encolher. Esse encolhimento faz com que a estrela aqueça novamente, aumentando a temperatura até que uma concha de hidrogênio em torno do núcleo agora esgotado fique quente o suficiente para assumir o trabalho do núcleo e começar a fundir hidrogênio em hélio. Essa nova fonte de energia empurra as camadas externas da estrela de volta, causando um inchaço milhares de vezes maior que o tamanho anterior. Enquanto isso, a temperatura mais quente para inflamar essa forma de fusão significará que a estrela emitirá de 1.000 a 10.000 vezes mais luz em geral, mas como essa energia está espalhada por uma área de superfície tão grande, a estrela aparecerá vermelha, daí a nome.
Portanto, este é um gigante vermelho: uma estrela moribunda que está inchada e muito brilhante.
Agora, vamos dar uma olhada na outra metade da equação, a saber, o que determina a habitabilidade de um planeta? Como essas histórias de ficção científica inevitavelmente têm humanos andando pela superfície, há alguns critérios bastante rígidos que devem ser seguidos.
Primeiro, a temperatura não deve estar muito quente nem muito fria. Em outras palavras, o planeta deve estar na zona Habitável, também conhecida como “zona Cachinhos Dourados”. Geralmente, essa é uma área bastante boa de imóveis celestes. Em nosso próprio sistema solar, ele se estende aproximadamente da órbita de Vênus à órbita de Marte. Mas o que torna Marte e Vênus inóspitos e a Terra relativamente aconchegante é a nossa atmosfera. Ao contrário de Marte, é espessa o suficiente para reter grande parte do calor que recebemos do sol, mas não muito como Vênus.
A atmosfera é crucial de outras maneiras também. Obviamente, é o que os intrépidos exploradores vão respirar. Se houver muito CO2, ele não apenas retém muito calor, mas dificulta a respiração. Além disso, o CO2 não bloqueia a luz UV do sol e as taxas de câncer aumentam. Portanto, precisamos de uma atmosfera rica em oxigênio, mas não muito rica em oxigênio ou não haverá gases de efeito estufa suficientes para manter o planeta quente.
O problema aqui é que atmosferas ricas em oxigênio simplesmente não existem sem ajuda. O oxigênio é realmente muito reativo. Ele gosta de formar laços, tornando-o indisponível para ser livre na atmosfera como queremos. Forma coisas como H2O, CO2, óxidos, etc. É por isso que Marte e Vênus praticamente não têm oxigênio livre em suas atmosferas. O pouco que eles fazem vem da luz UV atingindo a atmosfera e fazendo com que as formas ligadas se desassociem, liberando temporariamente o oxigênio.
A Terra tem apenas tanto oxigênio livre quanto devido à fotossíntese. Isso nos fornece outro critério que precisamos determinar para a habitabilidade: a capacidade de produzir fotossíntese.
Então, vamos começar a juntar tudo isso.
Em primeiro lugar, a evolução da estrela à medida que sai da sequência principal, aumentando à medida que se torna um gigante vermelho e ficando mais brilhante e quente, significa que a "zona Cachinhos Dourados" estará varrendo para fora. Os planetas que antes eram habitáveis como a Terra serão assados se não forem totalmente engolidos pelo Sol à medida que cresce. Em vez disso, a zona habitável estará mais longe, mais onde Júpiter está agora.
No entanto, mesmo que um planeta estivesse nessa nova zona habitável, isso não significa que ele seja habitável sob a condição de que também tenha uma atmosfera rica em oxigênio. Para isso, precisamos converter a atmosfera de uma atmosfera sem oxigênio para uma rica em oxigênio via fotossíntese.
Então a questão é a rapidez com que isso pode ocorrer? Muito lento e a zona habitável já pode ter varrido ou a estrela pode ter ficado sem hidrogênio na concha e começou a se contrair novamente apenas para inflamar a fusão de hélio no núcleo, mais uma vez congelando o planeta.
O único exemplo que temos até agora é em nosso próprio planeta. Nos primeiros três bilhões de anos de vida, havia pouco oxigênio livre até os organismos fotossintéticos surgirem e começarem a convertê-lo em níveis próximos aos de hoje. No entanto, esse processo levou várias centenas de milhões de anos. Embora isso provavelmente possa ser aumentado em uma ordem de magnitude para dezenas de milhões de anos com bactérias geneticamente modificadas semeadas no planeta, ainda precisamos garantir que as escalas de tempo funcionem.
Acontece que as escalas de tempo serão diferentes para diferentes massas de estrelas. Estrelas mais massivas queimam seu combustível mais rapidamente e, portanto, serão mais curtas. Para estrelas como o Sol, a fase gigante vermelha pode durar cerca de 1,5 bilhão de anos, portanto 100 vezes mais do que o necessário para desenvolver uma atmosfera rica em oxigênio. Para estrelas duas vezes mais massivas que o Sol, essa escala de tempo cai para meros 40 milhões de anos, aproximando-se do limite inferior do que precisamos. Estrelas mais massivas evoluirão ainda mais rapidamente. Para que isso seja plausível, precisaremos de estrelas de massa mais baixa que evoluam mais lentamente. Um limite superior aproximado aqui seria uma estrela de duas massas solares.
No entanto, há mais um efeito com o qual precisamos nos preocupar: podemos ter CO suficiente2 na atmosfera para ter fotossíntese? Embora não seja tão reativo quanto o oxigênio, o dióxido de carbono também está sujeito a ser removido da atmosfera. Isso ocorre devido a efeitos como intemperismo de silicato, como CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2. Embora esses efeitos sejam lentos, eles se desenvolvem com escalas de tempo geológicas. Isso significa que não podemos ter planetas antigos, pois eles teriam todo o seu CO livre2 trancado na superfície. Esse equilíbrio foi explorado em um artigo publicado em 2009 e determinou que, para um planeta de massa terrestre, o CO livre2 estaria exausto muito antes que a estrela-mãe chegasse à fase gigante vermelha!
Portanto, é necessário que tenhamos estrelas de baixa massa que evoluam lentamente para ter tempo suficiente para desenvolver a atmosfera certa, mas se elas evoluírem lentamente, não haverá CO suficiente2 esquerda para obter a atmosfera de qualquer maneira! Estamos presos a uma verdadeira captura 22. A única maneira de tornar isso possível novamente é encontrar uma maneira de introduzir quantidades suficientes de novos CO2 na atmosfera assim que a zona habitável começa a varrer.
Felizmente, existem alguns grandes repositórios de CO2 apenas voando por aí! Os cometas são compostos principalmente de monóxido de carbono congelado e dióxido de carbono. Colocar alguns deles em um planeta introduziria CO suficiente2 potencialmente iniciar a fotossíntese (uma vez que a poeira baixou). Faça isso algumas centenas de milhares de anos antes que o planeta entre na zona habitável, espere dez milhões de anos e, em seguida, o planeta poderá ser potencialmente habitável por mais um bilhão de anos a mais.
Em última análise, esse cenário seria plausível, mas não exatamente um bom investimento pessoal, pois você estaria morto muito antes de poder colher os benefícios. Uma estratégia de longo prazo para a sobrevivência de uma espécie de tarifa espacial, talvez, mas não uma solução rápida para derrubar colônias e postos avançados.
