Sigam a Água -1 FOLLOW THE LIFE • Solvent • Biogenic elements • Source of Free Energy searches for life within our solar system commonly retreat from a search for life to a search for “life as we know it,” meaning life based on liquid water, a suite of so-called “biogenic” elements (most famously carbon), and a usable source of free energy. (Chyba & Hand, 2005, p. 34) FOLLOW THE LIFE • Follow the water • Follow the carbon • Follow the nitrogen • Follow the energy • Follow the entropy • Follow the information Zona Habitável Estelar Distância certa da estrela água líquida R A História dos Cachinhos Dourados Nem quente demais, senão ferve Nem frio demais, senão congela No Sistema Solar: Vênus sempre foi quente demais Marte, no passado, já esteve no ponto. A Terra em geral esteve no ponto, exceto em duas ocasiões de quase total congelamento Primeiro exoplaneta descoberto na Zona Habitável (2007) Gliese 581c Astrônomos descobrem planeta que pode ser habitável Folha Online 24/04/2007 - 22h44 Astrônomos encontraram um planeta fora do nosso Sistema Solar que é po- tencialmente habitável, com temperaturas parecidas com as da Terra. A des- coberta foi considerada um grande passo na procura por vida extraterrestre. O planeta tem o tamanho certo, pode ter água em forma líquida e, em termos de Universo, está relativamente perto, a cerca de 20,5 anos-luz da Terra. Ele gira em torno de uma anã vermelha --uma estrela muito menor, menos luminosa e mais fria que o nosso Sol-- chamada de Gliese 581. O planeta, batizado de Gliese 581c, foi descoberto pelo telescópio do Observatório Sistema planetário de Gliese 581 Europeu do Sul (ESO) em La Silla, no Chile. O novo planeta é cinco vezes mais pesado que a Terra. Não se sabe ainda se ele é rochoso como a Terra ou se é uma esfera de gelo, com água líquida na superfície. Se for rochoso, que é o que a teoria prevalecente propõe, tem um diâmetro cerca de 1,5 vez maior que o do nosso planeta. Se for uma esfera de gelo, seria maior ainda. Instrumentos utilizados da descoberta de Gliese 581c Telescópio de 3,6m do ESO, em La Silla, Chile, a 2400m de altitude Equipe descobridora de Gliese 581c Uma equipe de onze astrônomos da Suíça, França, e Portugal. Esta equipe faz parte do grupo liderado por Michel Mayor, do Observatório de Genebra, Michel Mayor na Suíça, responsável pela descoberta de 89 exoplanetas (até 4/6/2007) Há 242 exoplanetas descobertos até essa data O Estranho Sistema Solar de Gliese 581 Planeta Massa “Ano” Distância Gliese 581b 15 MTerra 5,4 dias 6 milhões km Gliese 581c 5 MTerra 13 dias 11 milhões km Distância “certa” para água líquida (temperatura= 0-40 C) Gliese 581d 15 MTerra 84 dias 38 milhões km Gliese 581c – um mundo aquático? Um planeta de classe Aurélia? Um lado, dia para sempre Outro lado, noite eterna A Terra é o “Planeta Água”? Há mais água no manto terrestre do que nos oceanos Água Composta pelos dois elementos quimicamente ativos mais abundantes do Universo. Principal componente dos cometas e dos seres vivos. Assim, o Oxigênio e o Hidrogênio são os elementos principais de seres vivos terrestres e do Universo Logo atrás vem o Carbono e o Nitrogênio. DNA C H O N + P Six “Major Biogenic Elements”: Carbon, Hydrogen, Oxygen, Nytrogen, Phosphorous, Sulfur (CHON + P + S) Five “Minor Biogenic Elements”: Sodium, Potassium, Magnesium, Calcium, Chlorine Relative abundances of chemical elements Relative abundances of chemical elements (O=100) The abundances are in number (decreasing order) Sources: Lehninger 2000 (human body and Earth crust abundances); Asplind, Grevesse & Sauval 2004 (C, N, and O are solar photospheric values; the other elements are solar system meteoritic values) Human Body Earth Crust Cosmic H 247 O 100 H 21 900 O 100 Si 59.6 O 100 C 37.3 Al 16.8 C 53.7 N 5.49 Fe 9.6 N 13.2 Ca 1.22 Ca 7.5 Mg 7.41 P 0.86 Na 5.3 Si 7.10 Cl 0.31 K 5.3 Fe 6.17 K 0.24 Mg 4.7 S 3.16 S 0.20 Ti 1.1 Al 0.58 Na 0.12 H 0.4 Ca 0.43 Mg 0.04 C 0.4 Na 0.41 A água é essencial para a vida como conhecemos H2O A água também pode ser essencial para a vida em outros pontos do Universo Afinal, há água por toda parte no Universo H2O = Hidrogênio + Oxigênio Hidrogênio é o elemento mais abundante do Universo e o mais simples (só um próton) Oxigênio (seis prótons e seis nêutrons) é o segundo elemento quimicamente ativo mais abundante Hélio (dois prótons e dois nêutrons) é o segundo elemento mais abundante mas não é quimicamente ativo O UNIVERSO É ÚMIDO Detecting Water through the PAH 6.2 line Spitzer Diâmetro: 0,85 m Water Ice Line PANH z=1.83 Phase Diagram for Water Critical Point 647 K, 22.064 MPa Triple Point 273.16 K, 611.73 Pa Liquid Water • H20 is the combination of the two most abundant chemical elements in the Universe • H20 is the most abundant tri-atomic molecule in the Universe (requires stars) • liquid H20 is much less common (a narrow range of pressure and temperatures) • liquid H20 requires planetary environments • highest boiling temp= 650 K (high pressures) History of the Complexity in the Universe • 10-43 s 1. The space is born (4 extended dimensions) • 10-33 s 2. The matter is born (quarks & leptons) • 10-4 s 3. Baryons are born (quark confinements) • 1 minute 4. Nuclei are born (4He 2H 3He 7Li) • 300.000 yr 5. Atoms are born (H recombination) • 300 Myr 6. Heavy elements are born (C, O…) • 7. Heteromolecules are born (OH, CO, H2O…) • ~10 Gyr 8. Life is born (: at least 3.5 Gyr ago) Thermal History of the Universe Transitions in the universe as the temperature decreases. Structures which freeze out as the universe cools include, matter, protons and neutrons, nuclei, atoms and molecules. Transitions in the late Universe. The thin line beneath the CMB line shows how hydrogen cooled more rapidly than the CMB. The dashed line shows how this cooling would have continued if it had not been for the fact that a billion years after the big bang, the thermal energy of the hydrogen sank low enough to allow the weak gravitational binding energy to contract the densest clouds of hydrogen. These clouds then became denser and hotter and eventually formed the first stars in the universe. These massive stars emitted UV photons that heated and ionized the more rarified hydrogen (intergalactic medium : IGM). The formation of these first massive stars and the re-ionization of the IGM are represented by the vertical line at 109 years. The other lines originating at the same point represent the temperatures of hydrogen clouds that were dense enough to self-shield and avoid UV ionization. These clouds were gradually enriched with oxygen, carbon, nitrogen, iron and the other waste products of the supernovae explosions of thefirst, massive, short-lived stars. About 4.6 billion years ago one of these enriched clouds was shocked by a nearby supernova. This initiated collapse and star formation. One of the stars was the Sun. Planetary formation and formation of the Earth was part of this collapse (dotted line). Other, less dense clouds of H2 (represented by the three other thin lines) collapsed a bit but stayed at 10 or 20 K. The upper x axis shows that free energy is available once the temperature of the hydrogen is low enough to initiate gravitational collapse and star formation. Two adjacent grey strips are labeled “water”. The lower darker one is 0-100 C. The higher lighter one is 100-650 C; the highest temperatures at which water, under pressure, can exist. Hot Ancestors and their Cool Descendants: Maximum Growth Temperatures Phylogenetic tree of life based on 16S rRNA sequences (Pace 1997). Maximal growth temperatures have been used to color-code the branches Re-setting the Phylogenetic Thermometer O SISTEMA SOLAR É ÚMIDO SOL MARTE Água em Marte hoje •A baixa pressão atmosférica impede água liquída na superfície Água líquida em Marte hoje? • Ponto Triplo da água: (T,p)=(271.16 K, 611.73 Pa) • Pressão média em Marte: T= 600 Pa • Pressão míxima: 30 Pa (Olympus Mons) • Pressão máxima: 1150 Pa (Hellas Planitia) Water on Mars Water on Mars Water on Mars Water droplets collected on NASA’s Phoenix lander Cratera Garni Descoberta água líquida em Marte! (28/9/2015) Europa Extremófilos Antarctica • Temperatura: -15° C < T < 230° C • 0.06 < pH < 12.8 • 0 < Pressão < 1200 atm • Seu metabolismo pode dispensar o oxigênio Hidrotermal • 20-40 milhões de anos de dormência vents • 2 ½ anos no espaço, a –250 C, sem nutrientes, água and expostos a radiação (Strep. Mitis) Criptoendoliths Hot geisers and volcans Thermophile bacteria Kuhn Enceladus PLUTÃO New Horizons CLOSEST APROXIMATION 12.500 km 2015/07/15 00:52 GMT Major Comet Structures HI CLOUD ION TAIL NUCLEUS COMA THE COMA Molecules are liberated from the nucleus by solar heating and sublimation Molecules are destroyed by photodissociation & photoionization H2O + h H + OH OH + h H + O + - H2O + h H2O + e Nucleus molecules are referred to as the “parent molecules” The fragments produced by the absorption of a photon are called “daughters” Origem Cometária da Água na Terra? Super Terras e Planetas-Oceano ALTERNATIVE CHEMISTRIES FOR LIFE? Evidence for chemical diversity Diversity among Oort cloud comets No systematic differences between Oort cloud and « Kuiper belt » comets Crovisier 2005 Phase transition properties of possible biosolvents Substance Melting Boiling Temperature range Triple point Triple point Point (K) point (K) for liquid (K)* temperature (K) pressure (Pa) Water (H2O) 273.15 373.15 100 237.16 611.73 Carbon monoxide (CO) 68 81.64 13 68.13 15400 Carbon dioxide (CO2) - - - 216.58 518500 Ammonia (NH3) 195.42 239.81 44 195.40 6076 Methane (CH4) 91.