Todos sabemos que, para haver vida em um mundo, são necessários três itens essenciais: água, calor e alimentos. Agora, acrescente a isso um fator chamado “entropia”. Ela desempenha um papel importante para determinar se um determinado planeta pode sustentar e desenvolver vida complexa.

O cientista Luigi Petraccone, pesquisador de química da Universidade de Nápoles, na Itália, analisou a entropia planetária. Ele está interessado em saber como os cientistas selecionam os planetas que podem ser habitáveis.

Ele publicou um artigo que examina algo chamado “produção de entropia planetária” (PEP). Veja como isso funciona.

Um mundo habitável precisa de uma biosfera com coisas vivendo dentro dela. Toda a vida cresce e se expande, usando a água, o calor e os recursos alimentares disponíveis. Como se vê, a entropia ocorre dentro da biosfera de um mundo.

E ela precisa de um PEP relativamente alto. Isso aumenta a probabilidade de ter sistemas vivos complexos e significa que seria um bom alvo para exploração. E, de acordo com o artigo de Petraccone, não importa qual seja a base química dessa vida – se carbono, silício ou algum outro elemento. O que importa é como a vida evolui para uma complexidade maior.

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O que é entropia?

Antes de nos aprofundarmos no artigo de Petraccone, vamos falar sobre entropia. A definição do dicionário de física é: “uma quantidade termodinâmica que representa a indisponibilidade da energia térmica de um sistema para conversão em trabalho mecânico”. A segunda lei da termodinâmica exige que o universo se mova em uma direção em que a entropia aumente.

Isso parece um pouco complexo, então vamos pensar na entropia como uma medida de aleatoriedade ou desordem em um sistema. Um sistema ordenado tem energia exatamente suficiente para fazer as coisas que precisa fazer.

Se ele produz (ou ganha) mais energia, isso se expressa em um estado mais alto de entropia. Os seres vivos são altamente ordenados e exigem uma entrada constante de energia para manter um estado de baixa entropia.

Eles produzem resíduos e subprodutos e, é claro, perdem energia como parte do processo da vida. Quanto mais energia entra em um sistema e, posteriormente, é perdida por esse sistema em seu entorno, menos ordenadas e mais aleatórias ficam as coisas. Essencialmente, mais alto se torna o estado de entropia.

A entropia na biologia entra em jogo quando se observam os sistemas que contribuem para a vida em um planeta. Petraccone escreve: “A extensão da produção de entropia é proporcional à capacidade desses sistemas de dissipar energia livre e, portanto, de ‘viver’, evoluir e crescer em complexidade.

Em geral, um determinado limite de produção de entropia deve ser ultrapassado para o surgimento de estruturas complexas de auto-organização. Assim, a produção de entropia pode ser considerada como o impulso termodinâmico que impulsiona o surgimento e a evolução da vida.”

Isso nos leva ao valor da “produção de entropia planetária” (PEP), que pode ajudar os cientistas a identificar prováveis planetas favoráveis à vida. Os mais habitáveis serão aqueles onde a vida pode gerar mais entropia.

Quanto mais complexas e dinâmicas forem as formas de vida, mais entropia elas produzirão e maior será o valor PEP que manterão. Petraccone propõe que planetas diferentes terão mais ou menos potencial de energia, prevendo quais planetas têm maior probabilidade de serem habitáveis.

Aplicação da produção de entropia planetária à busca por vida

É importante descobrir onde e se a vida acontece em um planeta. Primeiro, ele precisa estar dentro da zona habitável circunstelar (CHZ) de sua estrela. É nessa zona que a água pode existir na superfície em estado líquido. Também é importante o local da CHZ em que o planeta orbita.

Se ele estiver muito próximo da borda interna, poderá perder a água que possui devido ao aquecimento estelar (e a um efeito estufa descontrolado). Se estiver mais próximo da borda externa, pode não ser tão hospitaleiro quanto um planeta na área central da CHZ.

Além disso, um determinado planeta pode estar na parte perfeita da zona, mas ter outros desafios para sustentar uma biosfera.

Por que não procurar planetas em toda a CHZ? Existem diferenças termodinâmicas entre as bordas interna e externa da CHZ. A borda interna é mais vantajosa para o desenvolvimento de biosferas complexas.

Tanto o PEP quanto a energia livre disponível para planetas semelhantes à Terra aumentam com a temperatura estelar. Com essas informações, Petraccone e sua equipe aplicaram seus cálculos para avaliar a PEP e a energia livre para uma amostra selecionada de planetas habitáveis propostos.

Os cientistas também precisam descobrir o limite superior do valor de PEP de um mundo e a energia livre correspondente que ele recebe em função da temperatura estelar e dos parâmetros orbitais planetários.

Petraccone escreve, por exemplo, que somente planetas semelhantes à Terra na CHZ de estrelas G e F podem ter um valor de PEP maior do que o valor da Terra (Terra é o que usamos para comparação). Isso significa que é provável que eles suportem vida, ao contrário de planetas em outras partes da zona habitável.

Por que usar o PEP como justificativa para a habitabilidade planetária?

É interessante notar que, entre os exoplanetas habitáveis propostos recentemente, os chamados mundos “Hycean” parecem ser os melhores candidatos do ponto de vista termodinâmico. Esses são planetas com oceanos de água líquida e atmosferas ricas em hidrogênio.

Nosso planeta é um bom exemplo e pode ser usado como um “roteiro” para avaliação. Os cientistas já estão estudando a melhor combinação de terra e oceanos para um mundo habitável, usando a Terra como um análogo. Ela fica perto da borda interna da CHZ do Sol, o que a coloca no lugar certo para ter um valor PEP mais alto.

Se assumirmos que o valor de PEP da Terra é necessário para a vida, isso permite que os cientistas planetários criem uma “zona habitável entrópica” (ou EHZ). Ela inclui a distância de uma estrela onde um planeta tem água líquida e um alto valor de PEP.

Aplicando esses critérios aos planetas, parece que os mundos ao redor de estrelas de baixa massa não desenvolveriam uma ZEE alta o suficiente para sustentar a vida. Tampouco as estrelas M e K. Entretanto, uma fração dos mundos ao redor de estrelas F e G poderia aterrissar na “zona” de sorte e continuar a desenvolver vida.

Seleção dos possíveis planetas habitáveis

Atualmente, vemos cada vez mais descobertas de exoplanetas em torno de estrelas próximas. Examinar todos eles em busca de vida é quase impossível. Portanto, os cientistas precisam de alguns critérios úteis para priorizar os alvos de estudo.

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Juntamente com outros fatores, a produção de entropia parece ser um bom indicador de que um determinado mundo pode ou não abrigar vida – e de quão complexa é essa vida.

É interessante notar que uma grande vantagem de usar a PEP e a presença na EHZ como forma de avaliar um mundo é que isso não requer suposições sobre suas condições atmosféricas. Esses fatores também não implicam em nenhuma conclusão sobre a base química dos sistemas vivos em um determinado mundo.

Eles simplesmente fornecem uma maneira de os cientistas avaliarem um mundo enquanto examinam milhares de exoplanetas para estudo posterior.

A pesquisa foi publicada na OXFORD ACADEMIC.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universe Today. Leia o artigo original.