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Habitabilidade No Sistema Solar

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Habitabilidade No Sistema Solar Jorge Martins Teixeira HABITABILIDADE NO SISTEMA SOLAR Departamento de Física e Astronomia. Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. Ano de 2014 Prefácio O tema da existência de vida no sistema solar é extremamente interessante. Gente de todas as idades, formações escolares e profissões se questiona se estamos sós no Universo. E gente de todos os tempos. É um assunto inesgotável. Estar em cima deste planeta e ver aquelas pintinhas lá longe tão inacessíveis é sentir que estamos perante algo que nos ultrapassa completamente. Mas que é ao mesmo tempo extremamente fascinante. Isso mesmo tive oportunidade de constatar numas férias que passei no Alentejo quando estive presente no Andanças - basicamente uma série de pavilhões onde se aprende a dançar - pois quando me encontrava altas horas da noite a indicar aos meus colegas onde se encontrava a estrela polar, a posição da Via Láctea, e outros fenómenos astronómicos fui surpreendido por um grupo de umas dez pessoas, de todas as idades, que se apercebeu do que estava a fazer e propôs a realização de uma sessão de observação de astronomia naquele recinto. De pergunta a pergunta a olhar para o céu estrelado, os minutos passaram a mais de uma hora. Isto é, a juntar à dança propriamente dita não lhes parecia mal acrescentar as danças dos corpos celestes. Seria também interessante fazer uma pesquisa nos livros de divulgação científica quais aqueles que fazem da astronomia o seu principal tema. E dar o devido valor a estas matérias que têm sido um pouco subalternizadas no ensino por outras. E ir para o espaço é o nosso futuro. Assim a Física e Química, as Ciências Naturais e a Biologia e Geologia têm no seu currículo partes de Astronomia. A Matemática pode ter magníficos exemplos para exercitar a construção e interpretação de gráficos. Pode-se considerar que a literatura tem um ramo específico relacionado com a astronomia que é a ficção científica. A imaginação de formas de vidas e visões de paisagens podem ser um forte motivo para criar lindos desenhos e quadros. É um tema ótimo para se fazer formação pois é interdisciplinar como prova a própria História Universal. Jorge Martins Teixeira Professor de Física e Química i Dedicada ao Francisco aos meus pais ao meu orientador e aos meus professores de mestrado aos meus colegas de escola e a todos os que dançam com estrelas ii RESUMO Esta tese está estruturada em cinco partes: -Uma primeira parte em que se pretende caracterizar a vida sob o ponto de vista físico-químico. É dado um relevo especial ás formas de vida extremófila que vivem no nosso planeta e aos ambientes que podem servir como modelos de ambientes fora da Terra. Referem-se também os sinais identificadores de vida -A segunda parte trata da possibilidade de haver vida no Sistema Solar. Começa com os requisitos cósmicos necessários para um planeta ser habitável. Faz-se um relato da história do Universo depois da Terra no que à vida diz respeito. E depois faz-se uma viagem pelo sistema solar procurando os locais onde é mais provável haver ou ter havido vida com especial destaque para Marte, Titã, Enceladus e Europa. -A terceira trata da vida além do Sistema Solar, caracterizando-se os métodos de deteção de exoplanetas e analisando alguns dos seus resultados. Também se discutem as zonas habitáveis estelares e galácticas. -Na quarta referem-se as missões espaciais que já foram enviadas aos diferentes planetas do sistema solar. E o que se vai fazer no futuro próximo. Também se referem as limitações do Homem para poder viajar no espaço. -A quinta trata destes assuntos sob uma perfectiva pedagógica. De facto estes assuntos podem ser utilizados para motivar o estudo de outras matérias numa perspetiva interdisciplinar. São apresentadas algumas atividade práticas muito simples de concretizar numa sala de aula e fora dela. iii ABSTRACT This thesis is structured in five parts: -The first part aims to characterize life in a physical-chemical perspective. It is given a special focus about the extremophile forms of life that live in our planet and the environments that can serve as models of environments beyond Earth. Also refer to the identifying signs of life. -A second part deals with the possibility of life in the Solar System. Begins with the cosmic requirements necessary for a planet to be habitable. It is an account of the history of the universe followed by the history of Earth in regards to life. And then it is a journey through the solar system looking for the places where it is more likely to be or have been living with special emphasis on Mars, Titan, Enceladus and Europa. -A third deals with the life beyond the Solar System, featuring the methods of detecting exoplanets and analyzing some of its results. Also discuss the stellar and Galactic habitable zones. -A fourth refers space missions that have been sent to different planets of the solar system. And what will be done in the near future. It also refers to the limitations of man to travel in space. -A fifth addresses the issues from a pedagogical point of view. In fact these issues can be used to motivate the study of other materials from an interdisciplinary perspective. Some very simple practical activity to achieve inside or outside a classroom are presented. iv RÉSUMÉ Cette thèse est structurée en cinq parties: -La première partie vise à caractériser la vie dans une perspective physico-chimique. Il est donné un accent particulier sur les formes de vie extrêmophiles qui vivent sur notre planète et les environnements qui peuvent servir de modèles de fonctionnement en dehors de la Terre. Se référer également aux signes d'identification de la vie. -La deuxième partie traite de la possibilité de la vie dans le système solaire. Commence par les exigences cosmiques nécessaire pour une planète soit habitable. Il s'agit de raconter l'histoire de l'univers, suivie par l’histoire de la Terre en ce qui concerne la vie. Et puis c'est un voyage à travers le système solaire à la recherche des endroits où il est plus susceptible d'être ou avoir été la vie avec une attention particulière sur Mars, Titan, Encelade et Europe. -La troisième traite de la vie au-delà du système solaire, caractérisant les méthodes de détection des exoplanètes et l'analyse de certains de ses résultats. Discutez également les zones habitables stellaires et galactiques. -La quatrième traits des missions spatiales qui ont été envoyés à différentes planètes et outres corps du système solaire. Et ce qui sera fait dans un proche avenir. Il se réfère également aux limites humaines à voyager dans l'espace. -La cinquième trait de ces sujets d'un point de vue pédagogique. En fait, ces sujets peuvent être utilisés pour motiver l'étude d'autres matières dans une perspective interdisciplinaire. Certaines activités pratiques très simple à réaliser dans une salle de classe ou l’exterieur sont présentés. v ÍNDICE Prefácio…………………………………………………………………………………..…..….i Dedicatória ……………………………………………………………………………...…..….ii Resumo…………………………………………………………………………………...….....iii Abstract..…………………………………………………………………………………....…..iv Résumé…….…………………………………………………………………………………....v Introdução…………………………………………………………………….……………..….1 1. Vida, essa desconhecida…………………………………………………….…………….3 1.1 O que é a vida?……………………………………………………………………3 1.1.1. Vida como transmissão de informação…………………………….…....4 1.1.2. Vida como desequilíbrio energético………………………………………5 1.1.3. Células……………………………….…….…………………………….....6 1.1.4. Os trabalhos moleculares da vida…….……………………………..…..8 1.1.5. Armazenamento da informação…………………..………………….....11 1.1.6. Extração de energia………………………………………………….…..12 1.1.6.1. Respiração…………………….………………..…………………..12 1.1.6.2. Energia Inorgânica…………………….……………………….…. 13 1.1.6.3. Fotossíntese…………………………………………………….......15 1.1.7. Haverá outros caminhos?……………….………………………….…...16 1.1.7.1. DNA/RNA………………………………………………………..….17 1.1.7.2. Carbono……………………………………………………….….... 18 1.1.7.3. Água…………………………………………………………….…...19 1.2 Os extremófilos…………………………………………………………………..22 1.2.1. As biosferas………………………………….…………………………....22 1.2.1.1. Temperatura…………………….………………..……….….…..…22 1.2.1.2. Acidez…………………….…………………………………….….... 24 1.2.1.3. Salinidade………………………………………………………….…25 1.2.1.4. Extremófilos eucariontes…………………..………….………….....26 1.2.2. Ambientes propícios á vida…………………………….…………….…..26 1.2.2.1. Vales secos da Antártida……………….………………………..…26 1.2.2.2. Fontes hidrotermais…………………….……………………..…....29 1.2.2.3. Aquíferos basálticos profundos………………………..……..……30 1.2.2.4. O lago Vostok e outros lugares …………………………………...32 1.2.2.5. Vida nas nuvens …………………..….…….………………….…...32 vi 1.2.3. A Panspermia…….……………………….……………………………...33 1.2.4. As assinaturas da vida…………………………………………………..38 2. A Vida no sistema solar ………………………………………………………………….40 2.1 Requisitos cósmicos ……………………………………………………………40 2.1.1. Um mundo adequado ………………………………………….…...…40 2.1.2. O ciclo carbonato-silicato e a tectónica de placa….…………….....41 2.1.3. Nem anã nem gigante………………………………..…….…….…...42 2.1.4. Efeitos de estufa e glaciares descontrolados……………….…..….44 2.1.5. A Lua …………………………………………………………….….…..45 2.1.6. O protector Júpiter …………………………………………….…........45 2.1.7. Assassinos do espaço sideral……………………………….………..46 2.2. A construção de uma Terra habitável………………………………….…….48 2.2.1.O Sistema Solar ……………….…………………………………........48 2.2.2. A criação dos elementos…………………..………….……….……..49 2.2.3. O nascimento de um sistema planetário…………………….……...52 2.2.4. Big Splash - um impacto que priginou a Lua……………..…….…..56 2.2.5. Formação de um planeta com camadas…….……………………...57 2.2.6. Bombardeamento passado tardio ……………….……………….….58 2.2.7. Acabamentos finais…………………….……………………..……... 60 2.2.8. O aparecimento de vida……………………………………………… 62 2.2.9. Os primeiros fósseis…………………………………………..……... 66 2.2.10.A fotossíntese e a revolução do oxigénio…….………………….…67 2.2.11.Os eucariontes e os organismos multicelulares………..……….…68 2.2.12. A explosão Câmbrica e a “Terra bola de neve”…………….…….69 2.3. Por toda a parte no Sistema Solar……………………………………………72 2.3.1. Mercúrio e Lua…………………….………………………….……….73 2.3.2. Vénus, o planeta vulcânico…………………………………………..74 2.3.3. Marte, o planeta vermelho……………………………….…….……..77 2.3.4. Os asteroides…….…………………………………………..………...88 2.3.5.
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