Astrobiologia

Astronomia

Muitas das pesquisas astrobiológicas relacionadas à astronomia se enquadram na categoria de detecção e análise de exoplanetas, com a hipótese de que, se a vida surgiu na Terra, ela também poderia surgir em outros planetas com características semelhantes. Para esse fim, diversos instrumentos projetados para detectar exoplanetas têm sido concebidos desde a década de 1990, como as missões espacias CoRoT (lançada em 2006 pela agência espacial francesa) e as missões Kepler e TESS (lançadas em 2009 e 2018, respectivamente, pela NASA). Existem também diversos instrumentos e telescópios na Terra dedicados à detecção de exoplanetas como o levantamento CARMENES, o espectrógrafo HARPS e o telescópio TRAPPIST.

O objetivo dessas missões não é apenas detectar planetas do tamanho da Terra, mas também detectar diretamente a luz do planeta para que possa ser estudada espectroscopicamente. Ao examinar os espectros planetários, seria possível determinar a composição básica da atmosfera e/ou a superfície de um exoplaneta. Com esse conhecimento, pode ser possível avaliar sua habitabilidade, a probabilidade de existência de vida naquele planeta, que tipo de vida seria com base naquela que conhecemos na Terra e quais bioassinaturas seriam esperadas dadas às condições ambientais identificadas.

O estudo da formação e evolução de sistemas planetários é também de grande importância para a Astrobiologia. De fato, existe evidência de que peculiaridades do Sistema Solar (como, por exemplo, a presença de Júpiter como escudo protetor) podem ter aumentado muito a probabilidade do surgimento de vida em nosso planeta. A área da astrofísica estelar, que investiga a formação e a evolução dos diferentes tipos de estrelas, pode produzir também importante contribuição para a Astrobiologia, visto que permite a determinação de propriedades estelares que podem ser favoráveis ou proibitivas ao desenvolvimento e a manutenção de vida em um determinado sistema planetário.

Apesar dos esforços para tal, até o momento não foi detectado sinal inequívoco de vida fora da Terra. Esse fato nos remete a uma das questões mais intrigantes da Astrobiologia: o aparente paradoxo entre a enorme escala do Universo, com um número cada vez maior de exoplanetas sendo descobertos, e a ausência de evidências de que vida exista fora da Terra. Historicamente, essa contradição foi explorada e ficou conhecida como o Paradoxo de Fermi, em homenagem ao físico Enrico Fermi.

Em 1961, alguns anos após o Paradoxo ter sido enunciado, Frank Drake desenvolveu a equação de Drake, que fornece uma estimativa para o número de planetas com vida extraterrestre inteligente capaz de se comunicar através de ondas eletromagnéticas. A equação foi apresentada pela primeira vez durante a primeira reunião científica para discussão do projeto SETI, ocorrida no Observatório de Green Bank, nos Estados Unidos. No entanto, algumas aplicações da fórmula foram tomadas literalmente e relacionadas a argumentos simplistas ou pseudocientíficos.

Essencialmente, a equação expressa a probabilidade de vida inteligente como o produto de fatores como a fração de planetas que podem ser habitáveis e a fração de planetas em qual vida pode surgir:

${\displaystyle N=R^{*}~\times ~f_{p}~\times ~n_{e}~\times ~f_{l}~\times ~f_{i}~\times ~f_{c}~\times ~L}$

Onde:

• N = O número de civilizações comunicativas
• R* = A taxa de formação de estrelas adequadas (estrelas como o nosso Sol)
• f_p = A fração dessas estrelas com planetas (a evidência atual indica que os sistemas planetários podem ser comuns para estrelas como o Sol)
• n_e = O número de planetas do tamanho da Terra por sistema planetário
• f_l = A fração desses planetas do tamanho da Terra onde a vida realmente se desenvolve
• f_i = A fração dos locais de vida onde a inteligência se desenvolve
• f_c = A fração de planetas comunicativos (aqueles nos quais a tecnologia de comunicações eletromagnéticas se desenvolve)
• L = O "tempo de vida" de civilizações em comunicação

No entanto, embora a lógica por trás da equação seja sólida, é improvável que ela possa produzir resultados minimamente confiáveis em um futuro próximo. O problema com a fórmula é que ela não é usada para gerar ou apoiar hipóteses porque contém fatores que atualmente não podem ser verificados. O primeiro termo, R*, taxa de formação de estrelas como o Sol, é geralmente restrito a algumas ordens de magnitude. O segundo e terceiro termos, f_p, fração de estrelas com planetas e n_e, número de planetas com tamanho da Terra, estão sendo avaliados para a vizinhança do Sol.

Além da procura por vida fora do Sistema Solar, o estudo dos corpos do próprio Sistema Solar também constitui uma das principais vertentes da Astrobiologia atualmente. De fato, diversas missões têm sido concebidas para procurar por evidências de vida presente ou pretérita nos planetas rochosos Marte, Vênus e nas luas geladas de Júpiter e Saturno. Como exemplos, temos as atuais missões para exploração de Marte ExoMars, da Agência Espacial Europeia, e Mars 2020, da NASA, e as missões espaciais JUICE, lançada em 2023 pela Agência Espacial Europeia, e Europa Clipper, lançada em 2024 pela NASA, para estudar as luas de Júpiter. A NASA planeja também lançar em 2028 a missão espacial Dragonfly, com o objetivo de estudar a lua Titã de Saturno.

Os dados obtidos por missões como o Telescópio Espacial James Webb e as missões para a exploração do Sistema Solar nos permitirão conhecer cada vez mais profundamente o Sistema Solar e os outros sistemas planetários e, assim, responder questões fundamentais para a procura de vida fora da Terra.

Biologia

A biologia é a ciência que estuda a vida. A descoberta de extremófilos, organismos capazes de sobreviver em ambientes extremos, tornou-se um elemento central de pesquisa para astrobiólogos, pois são importantes para entender quatro áreas nos limites da vida no contexto planetário: o potencial de panspermia, a contaminação direta devido a empreendimentos de exploração humana, colonização planetária por humanos e a exploração de vida extraterrestre extinta e existente.

Até a década de 1970, pensava-se que a vida dependia inteiramente da energia do Sol. No entanto, em 1977, durante um mergulho exploratório na Fenda de Galápagos no submersível de exploração de alto mar Alvin, os cientistas descobriram colônias de vermes tubulares gigantes, mariscos, crustáceos, mexilhões e outras criaturas variadas agrupadas em torno de feições vulcânicas submarinas conhecidas como fumarolas negras. Essas criaturas prosperam apesar de não terem acesso à luz solar, e logo foi descoberto que elas compreendem um ecossistema totalmente independente. Outras formas de vida totalmente desacopladas da energia da luz solar são bactérias sulfurosas verdes que estão capturando luz geotérmica para fotossíntese anoxigênica ou bactérias que executam quimiolitoautotrofia com base na decomposição radioativa do urânio. Essa quimiossíntese revolucionou o estudo da biologia e da astrobiologia, revelando que a vida não precisa depender do sol; ela só requer água e um gradiente de energia para existir.

Biólogos descobriram extremófilos que prosperam em gelo, água fervente, ácido, álcali, núcleo de água de reatores nucleares, cristais de sal, lixo tóxico e em uma variedade de outros habitats extremos que antes eram considerados inóspitos para a vida. Isso abriu uma nova avenida na astrobiologia ao expandir maciçamente o número de possíveis habitats extraterrestres. A caracterização de organismos extremófilos, os ecossistemas em que prosperam e seus caminhos evolutivos, é considerada um componente crucial para a compreensão de como a vida pode evoluir em outras partes do universo. Por exemplo, alguns organismos capazes de resistir à exposição ao vácuo e à radiação do espaço sideral incluem o fungo líquen Rhizocarpon geographicum e Xanthoria elegans, a bactéria Bacillus safensis, Deinococcus radiodurans, Bacillus subtilis, levedura Saccharomyces cerevisiae, sementes de Arabidopsis thaliana ('agrião-orelha-de-rato'), bem como o animal invertebrado Tardígrado. Embora os tardígrados não sejam considerados verdadeiros extremófilos, eles são considerados microrganismos extremotolerantes que contribuíram para o campo da astrobiologia. Sua extrema tolerância à radiação e presença de proteínas de proteção de DNA podem fornecer respostas sobre se a vida pode sobreviver longe da proteção da atmosfera terrestre.

A lua de Júpiter, Europa, e a lua de Saturno, Encélado, são agora considerados os locais mais prováveis para vida extraterrestre existente no Sistema Solar devido a seus oceanos de água subterrâneos, onde o aquecimento radiogênico e das marés permite a existência de água líquida.

A origem da vida, conhecida como abiogênese, distinta da evolução da vida, é outro campo de pesquisa em andamento. Aleksandr Oparin e J. B. S. Haldane postularam que as condições na Terra primitiva eram propícias à formação de compostos orgânicos a partir de elementos inorgânicos e, portanto, à formação de muitos dos produtos químicos comuns a todas as formas de vida que vemos hoje. O estudo desse processo, que se mescla bastante com a química prebiótica, avançou, mas ainda não está claro como a vida poderia ter surgido na Terra.

Química

A química estuda a composição, estrutura, propriedades da matéria, as mudanças sofridas por ela durante as reações químicas e a sua relação com a energia, sendo base para a existência da vida. A poeira cósmica que permeia o universo contém compostos orgânicos complexos ("sólidos orgânicos amorfos com uma estrutura aromática-alifática mista") que podem ser sintetizados no ambiente espacial. Considerando que um dos motes da busca por vida no universo é seguir depósitos de carbono, esses compostos podem indicar regiões com maior depósito de carbono, onde podem ocorrer reações químicas relevantes para a vida.

Mais de 20% do carbono do universo pode estar associado aos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH), possíveis materiais de partida para a formação da vida. Os PAH parecem ter se formado logo após o Big Bang, estão espalhados por todo o universo e estão associados a novas estrelas e exoplanetas. Os PAH são submetidos a condições do meio interestelar e são transformados por hidrogenação, oxigenação e hidroxilação em compostos orgânicos mais complexos, "um passo ao longo do caminho em direção aos aminoácidos e nucleotídeos, as matérias-primas das proteínas e do DNA, respectivamente".

Adicionalmente, a química participa da astrobiologia em diferentes vertentes. A química prebiótica é a área que estuda o aumento da complexidade e o surgimento de moléculas biológicas no planeta, a astroquímica estuda a abundância química no universo e, ao se tentar detectar vida em outros planetas, a química auxilia na busca por esses sinais, as chamadas bioassinaturas.

Geologia

Geologia é a ciência que estuda a Terra como um todo, sua origem, composição, estrutura e história, bem como os processos internos e externos ao globo que deram origem ao seu estado atual e os que governam as transformações que ocorrem no presente. De uma forma geral, a Geologia desenvolve-se a partir do estudo das rochas, dos processos que deram origem a elas e do tempo geológico. Apresenta uma diversidade de campos de estudo, cada um com suas particularidades e aplicações específicas, tais como: mineralogia, petrografia, sedimentologia, estratigrafia, geotectônica, geologia ambiental, hidrogeologia, vulcanologia, paleontologia, astrogeologia, geofísica, entre outras tantas disciplinas. Todos esses campos, assim como a própria Geologia, são conhecidos como Geociências, pois são interligados e complementares, permitindo aos cientistas uma compreensão abrangente dos processos que moldaram e continuam a moldar a Terra, bem como suas implicações para o meio ambiente e para a sociedade através dos recursos minerais.

Apesar do foco se concentrar no estudo da Terra, a Geologia também fornece a base para a compreensão da dinâmica e de processos planetários que ocorrem em outros corpos celestes. Este campo de estudo é chamado de Astrogeologia (ou Geologia Planetária), uma disciplina da área das ciências planetárias que se baseia em princípios geológicos conhecidos para estudar outros corpos do Sistema Solar e que surgiu a partir do advento da exploração espacial no século XX. Ao investigar a geologia dos planetas, luas, asteroides, cometas e meteoritos do nosso Sistema Solar, os geólogos podem inferir sobre sua história, as condições passadas e presentes, bem como a possibilidade de habitabilidade planetária ou de abrigar vida.

Com o auxílio de imagens e dados coletados por missões espaciais ou a partir de telescópios aqui na Terra, os geólogos podem analisar as estruturas geológicas desses corpos celestes, como vulcões, crateras de impacto, montanhas e rios secos. Ao comparar esses recursos com os encontrados na Terra, podem inferir sobre os processos rochosos e as condições ambientais que moldaram esses mundos distantes. Ainda é possível utilizar análogos terrestres para identificar os locais ideais para coleta de amostras e estabelecer os instrumentos necessários para realizar as mais diversas análises.

Quando partimos para a Paleontologia, um dos ramos da Geologia e que lida com o estudo do registro fóssil, ela fornece a única janela que temos para acessar a vida pretérita, sua evolução e como ela prosperou em consonância com a dinâmica do Sistema Terra ao longo do Tempo Geológico. Desde a forma mais antiga conhecida de vida na Terra, passando por todo o registro da vida preservada na forma de fósseis, sejam eles micro- ou macrofósseis, ou ainda quimiofósseis, todos podem servir à Astrobiologia. Ao examinar as evidências fósseis, os paleontólogos e paleontólogas são capazes de compreenderem melhor os tipos de organismos que surgiram na Terra primitiva, como a vida é preservada na forma de fósseis em bacias sedimentares (incluindo a interação vida-ciclo sedimentar), como os diferentes grupos surgiram e responderam à fortes mudanças na química planetária, nos ciclos biogeoquímicos ou na paisagem, evoluíram conforme as outras esferas terrestres mudaram, ou ainda, como resistiram (ou não) às extinções em massa. Algumas regiões da Terra, como por exemplo Pilbara, na Austrália Ocidental, e os Vales secos de McMurdo da Antártica, são considerados ambientes geológicos análogos às regiões de Marte e, como tal, podem fornecer pistas sobre a possibilidade de vida passada no nosso planeta vizinho. A interação vida-sistema planetário é de se esperar em outros corpos do Sistema Solar e, por isso, os dados terrestres serviriam de gabarito para entendermos esta íntima e inerente interação, que está sempre mudando.

Ainda nesta esteira, os fósseis, e juntamente com outras informações do registro geológico, nos mostram como a vida tem sido influenciada por eventos para além da Terra, ou seja, aqueles que acontecem no cosmos. O registro geológico acaba sendo o diário onde estes eventos e suas consequências ficaram inscritos. São exemplos desta influência os ciclos orbitais (ciclos de Milankovitch), que levam a mudanças na área do planeta atingida pelos fluxos solares e que, por isso, modificam o clima terrestre, servindo como um forte filtro seletor nos mecanismos que regem a evolução biológica. A explosão de supernovas também influencia diretamente a vida, sobretudo através dos raios cósmicos, que podem acarretar alterações do material genético e resultam em novidades evolutivas. Ou ainda o aporte de meteoritos e asteroides para a Terra, que apresentam um papel paradoxal: eles foram os principais fornecedores de material químico e energia para a origem da vida, porém, também acarretaram extinções em massa, moldando a biodiversidade em vários momentos do Tempo Geológico.

Assim, vários tópicos da Geologia servem à Astrobiologia, alguns de forma direta, em que métodos, processos geológicos e seus produtos são aplicados ao registro rochoso, e, outros tópicos, de forma indireta, nas quais as premissas terrestres servem de base para discussões teóricas relacionadas a outros corpos celestes. Entre os tópicos que diretamente podem ser diretamente aplicados à Astrobiologia estão a Paleontologia, a Geologia Sedimentar, a Geologia Ígnea, a Sedimentologia e a Estratigrafia (incluindo a Estratigrafia Isotópica), e a Geoquímica Orgânica e Inorgânica. Destas, a Paleontologia, cujo objeto de estudos são os fósseis, e a Geoquímica Orgânica, cujo foco são os biomarcadores (ou quimiofóssies) são, certamente, as que estão mais fortemente ligadas à Astrobiologia, uma vez que estas lidam com evidências diretas da vida e da sua evolução.

Origem da vida

Os muitos estudos científicos da origem da vida, ocasionalmente também denominados evolução química, constituem um ramo pluridisciplinar da ciência, que envolve, além da Química e da Biologia, conhecimentos de Física, Astronomia e Geologia. Seu objeto de interesse são os processos que teriam permitido aos elementos químicos que compõem os organismos atingirem o grau de organização estrutural e funcional que caracteriza a matéria viva. O fato de que estes processos requerem condições determinadas, que só podem ocorrer em locais específicos do universo, conecta o estudo da origem da vida à Astrobiologia.

Os modelos propostos para a origem da vida são tentativas de recriar a história desta evolução e é importante destacar que não existe, na maioria das etapas deste processo, nenhum consenso entre os cientistas. Embora os mecanismos exatos da origem da vida ainda estejam sendo investigados, é um consenso entre os cientistas que a vida surgiu a partir de matéria inanimada, um processo conhecido como abiogênese. É uma situação inteiramente distinta da evolução biológica onde o modelo evolucionista darwiniano encontra-se bem estabelecido há mais de um século.

Habitabilidade planetária

Ao procurar vida em outros planetas como a Terra, algumas suposições simplificadoras são úteis para reduzir o tamanho da tarefa do astrobiólogo. Uma é a suposição informada de que a vasta maioria das formas de vida em nossa galáxia é baseada na química do carbono, assim como todas as formas de vida na Terra. O carbono é bem conhecido pela variedade incomum de moléculas que podem ser formadas ao seu redor. O carbono é o quarto elemento mais abundante no universo e a energia necessária para fazer ou quebrar uma ligação está no nível apropriado para construir moléculas que são não apenas estáveis, mas também reativas. O fato de que os átomos de carbono se ligam prontamente a outros átomos de carbono permite a construção de moléculas extremamente longas e complexas.

A presença de água líquida é um requisito assumido, pois é uma molécula comum e fornece um excelente ambiente para a formação de complicadas moléculas baseadas em carbono que podem eventualmente levar ao surgimento de vida. Alguns pesquisadores postulam ambientes de misturas de água-amônia como possíveis solventes para tipos hipotéticos de bioquímica.

Uma terceira suposição é se concentrar em planetas orbitando estrelas semelhantes ao Sol para aumentar as probabilidades de habitabilidade planetária. Estrelas muito grandes têm vidas relativamente curtas, o que significa que a vida pode não ter tempo de emergir nos planetas que as orbitam. Estrelas muito pequenas fornecem tão pouco calor e calor que apenas os planetas em órbitas muito próximas não seriam congelados, e em órbitas tão próximas esses planetas estariam "travados" de forma de maré na estrela. A longa vida das anãs vermelhas pode permitir o desenvolvimento de ambientes habitáveis em planetas com atmosferas densas. Isso é significativo, pois as anãs vermelhas são extremamente comuns. (Veja Habitabilidade de sistemas de anãs vermelhas).

Visto que a Terra é o único planeta conhecido por abrigar vida, não há maneira evidente de saber se alguma dessas suposições simplificadoras está correta.

Ambientes extremos na Terra

Em 17 de março de 2013, os pesquisadores relataram que as formas de vida microbiana prosperam na Fossa das Marianas, o local mais profundo da Terra. Outros pesquisadores relataram que os micróbios prosperam dentro de rochas até 580 m abaixo do fundo do mar, sob 2.600 m de oceano na costa noroeste dos Estados Unidos. De acordo com um dos pesquisadores, "Você pode encontrar micróbios em todos os lugares, eles são extremamente adaptáveis às condições e sobrevivem onde quer que estejam". Evidências de percloratos foram encontradas em todo o Sistema Solar e, especificamente, em Marte. A Kennda Lynch descobriu a primeira instância conhecida de percloratos e micróbios redutores de percloratos em um paleolago em Pilot Valley, Utah. Essas descobertas expandem a habitabilidade potencial de certos nichos de outros planetas.

Extremófilos

O estudo dos extremófilos é útil para compreender a possível origem da vida na Terra, bem como para encontrar os candidatos mais prováveis para a futura colonização de outros planetas. O objetivo é detectar aqueles organismos que são capazes de sobreviver às condições de viagens espaciais e manter a capacidade de proliferação. Os melhores candidatos são os extremófilos, uma vez que se adaptaram para sobreviver em diferentes tipos de condições extremas na Terra. Durante o curso da evolução, os extremófilos desenvolveram várias estratégias para sobreviver às diferentes condições de estresse de diferentes ambientes extremos. Essas respostas ao estresse também podem permitir que sobrevivam em condições espaciais adversas, embora a evolução também coloque algumas restrições em seu uso como análogos à vida extraterrestre.

A espécie termofílica G. thermantarcticus é um bom exemplo de microorganismo que poderia sobreviver a viagens espaciais. A formação de esporos permite que ele sobreviva a ambientes extremos enquanto ainda é capaz de reiniciar o crescimento celular. É capaz de proteger eficazmente a integridade do seu DNA, membrana e proteínas em diferentes condições extremas (dessecação, temperaturas até -196 °C, radiação UVC e raios-C ...). Também é capaz de reparar os danos produzidos pelo ambiente espacial.

Alguns locais da Terra são particularmente adequados para estudos astrobiológicos de extremófilos. Por exemplo, Valeria Souza e colegas propuseram que a bacia Cuatro Ciénegas em Coahuila, México, pudesse servir como um "parque astrobiológico Pré-Cambriano" devido à semelhança de alguns de seus ecossistemas com um período anterior na história da Terra, quando a vida multicelular começou a dominar.

Ao compreender como os organismos extremofílicos podem sobreviver aos ambientes extremos da Terra, também podemos entender como os microorganismos poderiam ter sobrevivido às viagens espaciais e como a hipótese da panspermia poderia ser possível.

Busca por vida Extraterrestre

Em 2019, nenhuma evidência de vida extraterrestre foi identificada. O exame do meteorito Allan Hills 84001, que foi recuperado na Antártica em 1984 e se originou de Marte, é considerado por David S. McKay, assim como alguns outros cientistas, como contendo microfósseis de origem extraterrestre; esta interpretação é controversa.

Yamato 000593, o segundo maior meteorito de Marte, foi encontrado na Terra em 2000. Em um nível microscópico, esferas são encontradas no meteorito que são ricas em carbono em comparação com as áreas circundantes que não possuem tais esferas. As esferas ricas em carbono podem ter sido formadas por atividade biótica, de acordo com alguns cientistas da NASA.

Em 5 de março de 2011, Richard B. Hoover, um cientista do Centro de Voos Espaciais George C. Marshall, especulou sobre a descoberta de supostos microfósseis semelhantes a cianobactérias em meteoritos carbonáceos CI1 na periferia Journal of Cosmology, uma história amplamente divulgada pela grande mídia. No entanto, a NASA se distanciou formalmente da afirmação de Hoover. De acordo com o astrofísico americano Neil deGrasse Tyson: "No momento, a vida na Terra é a única vida conhecida no universo, mas existem argumentos convincentes que sugerem que não estamos sozinhos".

Vida no Sistema Solar

As pessoas há muito especulam sobre a possibilidade de vida em outros ambientes que não a Terra; no entanto, as especulações sobre a natureza da vida em outros lugares frequentemente dão pouca atenção às restrições impostas pela natureza da bioquímica. A probabilidade de que a vida em todo o universo seja provavelmente baseada no carbono é sugerida pelo fato de que o carbono é um dos mais abundantes dos elementos superiores. Apenas dois elementos, carbono e silício, são conhecidos por servir como espinha dorsal de moléculas grandes o suficiente para transportar informações biológicas. Como base estrutural para a vida, uma das características importantes do carbono é que, ao contrário do silício, ele pode prontamente se envolver na formação de ligações químicas com muitos outros átomos, permitindo assim a versatilidade química necessária para conduzir as reações de metabolismo biológico e propagação.

A discussão sobre onde a vida no Sistema Solar poderia ocorrer foi historicamente limitada pelo entendimento de que a vida depende, em última análise, da luz e do calor do Sol e, portanto, está restrita às superfícies dos planetas. Os quatro candidatos mais prováveis para a vida no Sistema Solar são o planeta Marte, a lua de Júpiter Europa e as luas de Saturno Titã e Encélado.

Um foco particular da pesquisa astrobiológica atual é a busca por vida em Marte devido à proximidade deste planeta com a Terra e a história geológica. Há um número crescente de evidências que sugerem que Marte já teve uma quantidade considerável de água em sua superfície, sendo a água considerada um precursor essencial para o desenvolvimento de vida baseada em carbono. As missões projetadas especificamente para pesquisar a vida atual em Marte foram o programa Viking e a sonda Beagle 2. Os resultados do Viking foram inconclusivos, e o Beagle 2 falhou minutos após o pouso. Uma missão futura com um papel forte na astrobiologia teria sido o Jupiter Icy Moons Orbiter, projetado para estudar as luas congeladas de Júpiter, algumas das quais podem ter água líquida, se não tivesse sido cancelado. No final de 2008, a sonda Phoenix sondou o ambiente em busca da habitabilidade planetária passada e presente da vida microbiana em Marte e pesquisou a história da água lá.

Em novembro de 2011, a NASA lançou a missão Mars Science Laboratory carregando o rover Curiosity, que pousou em Marte na cratera Gale em agosto de 2012. O rover Curiosity está atualmente sondando o ambiente em busca da habitabilidade planetária passada e presente da vida microbiana em Marte. Em 9 de dezembro de 2013, a NASA relatou que, com base nas evidências do Curiosity estudando Aeolis Palus, a cratera Gale continha um antigo lago de água doce que poderia ter sido um ambiente hospitaleiro para a vida microbiana.

A Agência Espacial Europeia está atualmente colaborando com a Agência Espacial Federal Russa (Roscosmos) e desenvolvendo o rover astrobiológico ExoMars, que estava programado para ser lançado em julho de 2020, mas foi adiado para 2022. Enquanto isso, a NASA lançou o rover astrobiológico Mars 2020 e o sample cacher para um retorno posterior à Terra.

Marte, Encélado e Europa são considerados prováveis candidatos na busca de vida principalmente porque podem ter água subterrânea líquida, uma molécula essencial para a vida como a conhecemos para seu uso como solvente nas células. Água em Marte é encontrada congelada em suas calotas polares, e ravinas recém-escavadas recentemente observadas em Marte sugerem que água líquida pode existir, pelo menos temporariamente, na superfície do planeta. Nas baixas temperaturas e baixa pressão de Marte, a água líquida provavelmente é altamente salina. Quanto Encélado e Europa, grandes oceanos globais de água líquida existem sob as crostas externas geladas dessas luas. Essa água pode ser aquecida a um estado líquido por aberturas vulcânicas no fundo do oceano, mas a fonte primária de calor é provavelmente o aquecimento de marés. Em 11 de dezembro de 2013, a NASA relatou a detecção de "minerais semelhantes a argila" (especificamente, filossilicatos), muitas vezes associados a materiais orgânicos, na crosta gelada de Europa. A presença dos minerais pode ter sido resultado de uma colisão com um asteroide ou cometa, segundo os cientistas. Além disso, em 27 de junho de 2018, astrônomos relataram a detecção de compostos orgânicos macromoleculares complexos em Encélado e, de acordo com cientistas da NASA em maio de 2011, "está emergindo como o local mais habitável além da Terra no Sistema Solar para a vida como a conhecemos".

Outro corpo planetário que poderia sustentar vida extraterrestre é a maior lua de Saturno, Titã. Titã foi descrito como tendo condições semelhantes às da Terra primitiva. Em sua superfície, os cientistas descobriram os primeiros lagos líquidos fora da Terra, mas esses lagos parecem ser compostos de etano e/ou metano, não de água. Alguns cientistas acreditam ser possível que esses hidrocarbonetos líquidos possam ocupar o lugar da água em células vivas diferentes das da Terra. Depois que os dados da sonda Cassini foram estudados, foi relatado em março de 2008 que Titã também pode ter um oceano subterrâneo composto de água líquida e amônia.

A fosfina foi detectada na atmosfera do planeta Vênus. Não há processos abióticos conhecidos no planeta que possam causar sua presença. Dado que Vênus tem a temperatura superficial mais quente de qualquer planeta do Sistema Solar, a vida em Vênus, se existe, é provavelmente limitada a microorganismos extremófilos que flutuam na alta atmosfera do planeta, onde as condições são quase semelhantes às da Terra.

Medir a proporção dos níveis de hidrogênio e metano em Marte pode ajudar a determinar a probabilidade de vida em Marte. De acordo com os cientistas, "... baixas proporções de H₂/CH₄ (menos de aproximadamente 40) indicam que a vida provavelmente está presente e ativa". Outros cientistas relataram recentemente métodos de detecção de hidrogênio e metano em atmosferas extraterrestres.

Compostos orgânicos complexos de vida, incluindo uracilo, citosina e timina, foram formados em um laboratório sob condições do espaço sideral, usando produtos químicos iniciais como a pirimidina, encontrada em meteoritos. A pirimidina, assim como os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH), é o produto químico mais rico em carbono encontrado no universo.

Tentativas de comunicação

A pesquisa em comunicação com inteligência extraterrestre (CETI) se concentra em compor e decifrar mensagens que teoricamente poderiam ser entendidas por outra civilização tecnológica. As tentativas de comunicação por humanos incluíram a transmissão de linguagens matemáticas, sistemas pictóricos como a mensagem de Arecibo e abordagens computacionais para detectar e decifrar a comunicação em linguagem "natural". O programa SETI, por exemplo, usa radiotelescópios e telescópios ópticos para procurar sinais deliberados de uma inteligência extraterrestre.

Enquanto alguns cientistas de alto nível, como Carl Sagan, defendem a transmissão de mensagens, o cientista Stephen Hawking alertou contra isso, sugerindo que os alienígenas podem simplesmente invadir a Terra em busca de seus recursos e depois seguir em frente.

Sistemas planetários

É possível que alguns exoplanetas tenham luas com superfícies sólidas ou oceanos líquidos que sejam hospitaleiros. A maioria dos planetas até agora descobertos fora do Sistema Solar são gigantes gasosos quentes considerados inóspitos à vida, então ainda não se sabe se o Sistema Solar, com um planeta interno quente, rochoso e rico em metais como a Terra, é de uma composição aberrante. Métodos de detecção aprimorados e maior tempo de observação sem dúvida descobrirão mais sistemas planetários e, possivelmente, alguns mais parecidos com os nossos. Por exemplo, a missão Kepler da NASA busca descobrir planetas do tamanho da Terra em torno de outras estrelas medindo mudanças mínimas na curva de luz da estrela conforme o planeta passa entre a estrela e a sonda espacial. O progresso na astronomia infravermelha e na astronomia submilimétrica revelou os constituintes de outros sistemas estelares.

Programa Viking

Cada uma das duas sondas Viking transportou quatro tipos de experimentos biológicos para a superfície de Marte no final dos anos 1970. Estas foram as únicas sondas de Marte a realizar experimentos que procuram especificamente o metabolismo da vida microbiana atual em Marte. As sondas usaram um braço robótico para coletar amostras de solo em recipientes de teste selados na sonda. As duas sondas eram idênticas, então os mesmos testes foram realizados em dois lugares da superfície de Marte; Viking 1 perto do equador e Viking 2 mais ao norte. O resultado foi inconclusivo, e ainda é contestado por alguns cientistas.

Norman Horowitz foi o chefe da seção de biociências do Jet Propulsion Laboratory para as missões Mariner e Viking de 1965 a 1976. Horowitz considerou que a grande versatilidade do átomo de carbono o torna o elemento com maior probabilidade de fornecer soluções, até mesmo soluções exóticas, para os problemas de sobrevivência da vida em outros planetas. No entanto, ele também considerou que as condições encontradas em Marte eram incompatíveis com a vida baseada no carbono.

Beagle 2

Beagle 2 foi uma sonda britânica sem sucesso que fazia parte da missão Mars Express de 2003 da Agência Espacial Europeia (ESA). Seu objetivo principal era procurar por sinais de vida em Marte, no passado ou no presente. Embora tenha pousado com segurança, não foi possível implantar corretamente seus painéis solares e a antena de telecomunicações.

EXPOSE

A EXPOSE é uma instalação multiusuário montada em 2008 fora da Estação Espacial Internacional dedicada à astrobiologia. A EXPOSE foi desenvolvido pela Agência Espacial Europeia (ESA) para voos espaciais de longo prazo que permitem a exposição de produtos químicos orgânicos e amostras biológicas ao espaço sideral em órbita terrestre baixa.

Mars Science Laboratory

A missão Mars Science Laboratory (MSL) pousou o rover Curiosity que está atualmente em operação em Marte. Foi lançado em 26 de novembro de 2011 e pousou na cratera Gale em 6 de agosto de 2012. Os objetivos da missão são de ajudar a avaliar a habitabilidade de Marte e, ao fazê-lo, determinar se Marte é ou já foi capaz de sustentar vida, coletar dados para uma futura missão tripulada, estudar a geologia marciana, seu clima e avaliar melhor o papel que a água, um ingrediente essencial para a vida como a conhecemos, atuou na formação de minerais em Marte.

Tanpopo

A missão Tanpopo é um experimento de astrobiologia orbital que investiga o potencial de transferência interplanetária de vida, compostos orgânicos e possíveis partículas terrestres na órbita terrestre baixa. O objetivo é avaliar a hipótese de panspermia e a possibilidade de transporte interplanetário natural de vida microbiana, bem como de compostos orgânicos prebióticos. Os primeiros resultados da missão mostram evidências de que alguns aglomerados de microorganismos podem sobreviver por pelo menos um ano no espaço. Isso pode apoiar a ideia de que aglomerados maiores que 0,5 milímetros de microorganismos podem ser uma forma de a vida se espalhar de planeta a planeta.

Rover ExoMars

O ExoMars é uma missão robótica a Marte para pesquisar possíveis bioassinaturas da vida marciana, passada ou presente. Esta missão astrobiológica está atualmente em desenvolvimento pela Agência Espacial Europeia (ESA) em parceria com a Agência Espacial Federal Russa (Roscosmos); está planejado para um lançamento em 2022.

Mars 2020

O Mars 2020 pousou com sucesso seu rover Perseverance na cratera Jezero em 18 de fevereiro de 2021. Ele investigará ambientes em Marte relevantes para a astrobiologia, investigará seus processos geológicos de superfície e sua história, incluindo a avaliação de sua habitabilidade passada e potencial para preservação de bioassinaturas e biomoléculas em materiais geológicos acessíveis. A Science Definition Team (Equipe de Definição de Ciência) está propondo que o rover colete e empacote pelo menos 31 amostras de núcleos de rocha e solo para uma missão posterior de trazer de volta para análises mais definitivas em laboratórios na Terra. O rover pode fazer medições e demonstrações de tecnologia para ajudar os projetistas de uma expedição tripulada a entender os perigos representados pela poeira marciana e demonstrar como coletar dióxido de carbono (CO₂), que pode ser um recurso para a produção de oxigênio molecular (O₂) e combustível de foguete.

Europa Clipper

Europa Clipper é uma missão planejada pela NASA para um lançamento em 2025 que fará um reconhecimento detalhado da lua de Júpiter, Europa, e investigará se seu oceano interno pode abrigar condições adequadas para a vida. Também ajudará na seleção de futuros locais de pouso.

Conceitos propostos

Etimologia e História

A palavra "astrobiologia" é derivada etimologicamente do grego: ἄστρον, astron, "constelação, estrela"; βίος, bios, "vida"; e λογία, logia, "estudo". Foi proposta em julho de 1935 na revista francesa La Nature pelo engenheiro aeroespacial russo Ary Abramovich Sternfeld, em seu artigo intitulado La vie dans l'Univers, para definir a ciência resultante do desenvolvimento da biologia e astronomia, cujo "principal objetivo é avaliar a habitabilidade de outros mundos". O físico Laurence J. Lafleur reutilizou o termo em 1941 em seu artigo homônimo publicado pela Astronomical Society of the Pacific para descrever "a consideração da vida no Universo além da Terra" e, devido ao alcance desta publicação, o autor é frequentemente creditado como criador do termo. Em 1953, o astrônomo soviético Gavrill Adrianovich Tikhov também empregou a astrobiologia em seu livro de mesmo nome e, adicionalmente, cunhou o termo "astrobotânica" para se referir à pressuposta existência de vegetação extraterrestre em Marte, sendo pioneiro neste campo de estudos.

Ainda durante 1953, o fisiologista alemão e pioneiro na medicina espacial Hubertus Strughold, levado aos Estados Unidos através da Operação Paperclip, citou o termo astrobiologia brevemente em sua obra The Green And Red Planet: A Physiological Study Of The Possibility Of Life On Mars; em 1961, publicou um artigo chamado Space Medicine and Astrobiology onde o definiu como a "combinação frutífera de astronomia e biologia" e um conjunto de "revisões teóricas, observações visuais, análises espectrográficas e experimentações", além de avaliar a possibilidade da vida extraterrestre poder ser bioquimicamente diferente daquela baseada em carbono encontrada na Terra. Em 1958, o livro Introdução à Astrobiologia, publicado pelo biólogo e professor brasileiro Flávio Augusto Pereira, introduziu o termo no Brasil e trouxe um compilado de estudos contemporâneos da área como forma de divulgá-los no país.

A partir de 1958, o biólogo molecular estadunidense ganhador do prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina, Joshua Lederberg, popularizou o termo "exobiologia" (do grego, Έξω, exo, "externo"; Βίος, bios, "vida"; e λογία, logia, "estudo") ao estabelecer o campo de estudos como disciplina científica e advertir sobre as consequências da exploração espacial para a saúde humana durante a década de 1960. Deste período até meados da década de 1990, o uso da palavra exobiologia ganhou destaque entre os acadêmicos e em programas espaciais, mas desapareceu gradualmente graças à sua limitação conceitual: enquanto "exobiologia" denota estritamente a vida extraterrestre, "astrobiologia" abrange simultaneamente a biologia extraterrena e os estudos acerca do surgimento e evolução inicial da vida no planeta Terra como forma de entender os mecanismos que levariam a esse fenômeno num contexto universal. Em 1998, a NASA renomeou o programa de exobiologia para Instituto de Astrobiologia (NASA Astrobiology Institute ou NAI, no original em inglês) e, desde então, o termo vem sido adotado unanimemente para definir um campo de caráter interdisciplinar voltado para o estudo da origem, evolução, distribuição e futuro da vida no universo.

Outro termo existente e anteriormente empregado para descrever a vida extraterrestre é "xenobiologia" (do grego, ξένος, xénos, "estrangeiro"; Βίος, bios, "vida"; e λογία, logia, "estudo"), criado em 1954 pelo escritor estadunidense Robert A. Heinlein em seu livro The Star Beast (em português, O Monstro do Espaço). Apesar de parecer um sinônimo para astro ou exobiologia, a palavra xenobiologia atualmente é aplicada à biologia extraterrestre ou sintética cuja bioquímica seja diferente da vida baseada em carbono e/ou que utilize códigos genéticos diferentes do ácido desoxirribonucleico e do ácido ribonucleico. Algumas designações como "xenologia", "bioastronomia", "cosmobiologia" e certas derivações como "exossociologia" e "exoplanetologia" podem ser empregadas na literatura como sinônimos grosseiros para astrobiologia por se referirem ao estudo da possibilidade de vida extraterrestre.

Filosofia

O substrato para a astrobiologia teve início com as discussões acerca da existência de vida extraterrestre e de outros mundos além do planeta Terra. A possibilidade da existência de vida extraterrena foi primeiramente registrada como discussão filosófica na Idade Antiga, sobretudo na Grécia entre os pensadores pré-socráticos. Os filósofos da natureza do século V AEC, Leucipo de Mileto e Demócrito de Abdera, foram responsáveis pelo desenvolvimento do pensamento atomístico e propunham um universo físico formado por uma quantidade infinita de átomos constituintes de toda matéria, incluindo das inumeráveis estrelas e dos exoplanetas que, por estarem muito distantes, atribuíam a aparência nebulosa à Via Láctea. Para eles, partindo do pressuposto de que os átomos dentro e fora da Terra eram indistintos em suas propriedades, a formação de infinitos outros mundos semelhantes a esse planeta, bem como os processos naturais resultantes na vida, poderia ser um fenômeno comum. Enquanto o matemático e astrônomo Aristarco de Samos partilhava da visão do universo vasto e fundava o modelo heliocêntrico para explicar os movimentos celestes, seu contemporâneo filósofo Epicuro baseou-se no atomismo para defender a existência de muitos mundos semelhantes à Terra dotados de flora e fauna. Para a escola epicurista, essa pluralidade dos mundos (ou pluralismo cósmico) era uma proposição indubitável, levando o filósofo Metrodoro de Lâmpsaco a afirmar que "considerar a Terra o único mundo povoado no espaço infinito é tão absurdo quanto afirmar que em um campo inteiro semeado com milheto apenas um grão crescerá". O poeta romano e entusiasta do epicurismo Lucrécio disseminou as filosofias atomista e pluralista pela Europa através da sua obra De rerum natura (em português, Sobre a natureza das coisas), onde concluía, pela lógica, que existiam "outros mundos em outras partes do universo, com diferentes raças de homens e animais".

Essas ideias haviam sido fortemente rejeitadas por Aristóteles e seu modelo geocêntrico, responsável por centralizar fixamente o planeta Terra na hierarquia de esferas celestes e rebaixar o sol, os planetas e as estrelas a objetos meramente subordinados. Além disto, o filósofo se opunha ao pensamento secular do epicurismo e distinguia o mundo terrestre em constantes transformações da esfera celeste perfeita e imutável regida por uma inteligência metafísica. No século II EC, conforme os dados das observações astronômicas aumentavam, o matemático grego Cláudio Ptolomeu precisou aprimorar a mecânica geocêntrica flexibilizando-a para adaptá-la às novas descobertas e, com a ascensão e consolidação do cristianismo sob influência deste modelo aristotélico-ptolomaico, o heliocentrismo junto à pluralidade dos mundos sofreram ostracismo por aproximadamente quatorze séculos.

O definhamento do geocentrismo começou após o astrônomo polonês Nicolau Copérnico publicar seu livro De revolutionibus orbium coelestium (Das revoluções das esferas celestes) em 1543, apresentando o heliocentrismo como uma mecânica cosmológica menos complexa para explicar os movimentos dos planetas; apesar de Copérnico não apresentar demais implicações a respeito deste sistema planetário, para o filósofo italiano Giordano Bruno isto era um indício para os conceitos de universo infinito e do pluralismo cósmico sob uma visão panteísta, que foi considerada herética e causou sua prisão e condenação à morte. As observações das trajetórias e topografias de Vênus, de Marte, da lua e dos satélites de Júpiter realizadas independentemente pelos astrônomos Galileu Galilei e Johannes Kepler ao longo das suas vidas foram fundamentais para corroborar copernicanismo, fortalecer a ideia de universo autogovernado e aperfeiçoar a mecânica dos corpos celestes, além de suscitar comparações inevitáveis deles com a Terra. As similaridades direcionavam os astrônomos aos seguintes questionamentos: se existem montanhas e vales na lua, por exemplo, não poderiam também haver cidades habitadas por seres inteligentes? O sol é a única estrela acompanhada de planetas?

Para o filósofo e matemático francês René Descartes, o universo era um sistema dinâmico autogovernado e impessoal regido pela matemática no qual as infinitas partículas colidiam e se agregavam para formar a matéria inclusive no vácuo do espaço e, apesar de negar os conceitos de vazio e indivisibilidade da matéria, suas ideias assemelhavam-se grosseiramente ao atomismo grego. Descartes assumiu em Principia Philosophiae (Princípios de Filosofia) de 1664 que todas as estrelas observáveis eram sóis potencialmente circundados por planetas, abrindo espaço para novas discussões acerca do pluralismo cósmico no âmbito da filosofia e literatura.

Literatura

Com a ascensão das descobertas astronômicas, a literatura europeia absorveu e ressignificou o conceito de Universo em suas obras, mesclando uma carga ficcional às narrativas. A obra póstuma de Johannes Kepler publicada em 1634, comumente atribuída ao gênero de ficção científica, Somnium, descreve o universo através de observadores habitantes da lua, usando desta narrativa lúdica para explicar melhor alguns fenômenos astronômicos comuns tanto ao satélite natural quanto à Terra (como, por exemplo, os movimentos de rotação e translação).

Enquanto o atomismo e o corpuscularismo influenciaram a filosofia mecanicista reacendendo os debates pluralistas durante o século XVII, por sua vez, a decadente pseudociência da astrologia e a recente descoberta do novo e do novíssimo mundo contextualizaram a percepção de vida extraterrestre sob um viés místico e antropocêntrico nas obras literárias que se sucederam. Considerado um dos primeiros escritores de ficção científica, em 1657 o francês Cyrano de Bergerac empregou conceitos imaginativos em sua obra L'Autre Monde: ou les États et Empires de la Lune (O Outro Mundo: ou os Estados e Impérios da Lua), narrando não somente sobre a especulada sociedade habitante da lua, mas desenvolvendo um modelo rudimentar de foguete espacial como meio de transporte da Terra até o satélite. O dramaturgo Bernard le Bovier de Fontenelle também partilhava do pensamento pluralista e em Entretiens sur la pluralité des mondes (Diálogos Sobre a Pluralidade dos Mundos) de 1686 se sobressaiu ao estabelecer uma personagem feminina como protagonista e empregar uma série de diálogos em linguagem coloquial como forma de divulgação científica aos leitores leigos, apresentando o conhecimento da época (heliocentrismo e universo vasto) mesclado com suposições fantasiosas a respeito da flora, fauna e civilizações da lua. O campo das especulações também foi explorado pelo matemático e astrônomo neerlandês Christiaan Huygens no livro Cosmotheoros publicado postumamente em 1698 onde pressupôs que a presença dos satélites de Júpiter e de Saturno implica necessariamente na existência de vida inteligente nos planetas correspondentes e se estendeu a respeito das atividades e da moralidade dos chamados "planetários".

O pluralismo cósmico persistiu durante os séculos XVIII e XIX e manteve-se unânime entre os físicos, astrônomos e escritores europeus apesar de possuir caráter totalmente especulativo e de estar limitado pela falta de conhecimento a respeito de certos fenômenos relacionados à formação dos sistemas solares e da própria vida.

No decorrer do século XX diversos autores de ficção científica buscaram retratar o imaginário sobre a vida extraterrestre. Talvez uma das obras mais expressivas seja o romance de Herbert George Wells, The War of the Worlds (A Guerra dos Mundos). Publicado em capítulos 1987 no Reino Unido pela Pearson's Magazine e lançado como um romance no ano seguinte, nesta fascinante história somos surpeendidos por uma invasão da Terra por marcianos inteligentes, dotados de um poderoso raio carbonizador e máquinas assassinas (tripods), semelhantes a depósitos de água sobre tripés. Essa obra literaria foi adaptada diversas vezes para o cinema, a última em 2005, por Steven Spielberg, com Tom Cruise no papel principal, Dakota Fanning e Justin Chatwin.^{[carece de fontes]}?