Astrobiologia
A astrobiologia, também conhecida como exobiologia ou bioastronomia, é uma ciência interdisciplinar que estuda a origem, evolução, distribuição e o futuro da vida na Terra e onde mais possa existir no Universo. O conhecimento da vida na Terra é o ponto de partida para se investigar a possibilidade de vida extraterrestre - que implicaria na existência de biosferas extraterrestres: para tanto, é necessário reunir conhecimentos amplos e integrados de química, biologia, astronomia / astrofísica, geologia, tecnologia espacial e outras ciências correlatas.
O AstRoMap, o Roteiro para a Astrobiologia Européia, da Agência Espacial Europeia, de 2016, identificou cinco tópicos de pesquisa principais e especifica vários objetivos científicos importantes para cada um. São eles: (1) origem e evolução dos sistemas planetários, (2) origens dos compostos orgânicos no espaço, (3) interações rocha-água-carbono, síntese orgânica na Terra e etapas para a vida, (4) vida e habitabilidade, e (5) bioassinaturas como facilitadores da detecção de vida. Já a Estratégia para a Astrobiologia da NASA, de 2015, elencou seis tópicos principais que complementam perfeitamente a lista de prioridades acima, reforçando os tópicos de comum interesse astrobiológico: (1) identificação das fontes abióticas de compostos orgânicos, (2) síntese e função das macromoléculas na origem da vida, (3) início da vida terrestre e sua crescente complexidade, (4) coevolução da vida e do ambiente físico, (5) identificar, explorar e caracterizar ambientes propícios à habitabilidade e potenciais bioassinaturas, e, por fim (6) a construção de mundos habitáveis.
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.
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.
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".
Geologia
Geologia é a ciência que estuda os processos que ocorrem no interior do globo terrestre e na sua superfície. É uma ciência relativamente nova, surgida no século XVIII, que estuda a Terra como um todo, sua origem, composição, estrutura e história, bem como os processos que deram origem ao seu estado atual e os que governam as transformações que ocorrem no presente. Estuda também a vida que sobre ela existiu e que se encontra registrada nos fósseis, que são restos ou vestígios de animais e plantas preservados nas rochas. A Geologia apresenta uma diversidade de campos de estudo, cada um com suas particularidades e aplicações específicas, tais como: mineralogia, petrografia, estratigrafia, sedimentologia, geologia ambiental, hidrogeologia, vulcanologia, paleontologia, astrogeologia, entre outros. Esses campos de estudo são interligados e complementares, permitindo aos geólogos uma compreensão abrangente dos processos que moldaram e continuam a moldar a Terra, bem como suas implicações para a sociedade e o meio ambiente.
O interesse da NASA em exobiologia começou com o desenvolvimento do Programa Espacial dos Estados Unidos. Em 1959, a NASA financiou seu primeiro projeto de exobiologia e, em 1960, fundou um Programa de Exobiologia, que agora é um dos quatro elementos principais do atual Programa de Astrobiologia da NASA. Em 1971, a NASA financiou a busca por inteligência extraterrestre (SETI) para pesquisar frequências de rádio do espectro eletromagnético para comunicações interestelares transmitidas por vida extraterrestre fora do Sistema Solar. As missões Viking da NASA a Marte, lançadas em 1976, incluíram três experimentos de biologia projetados para procurar metabolismo de vida em Marte. A busca sistemática por uma possível vida fora da Terra é um esforço científico multidisciplinar válido. No entanto, as hipóteses e previsões quanto à sua existência e origem variam amplamente e, atualmente, o desenvolvimento de hipóteses firmemente fundamentadas na ciência pode ser considerado a aplicação prática mais concreta da astrobiologia.
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.
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.
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.
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 hipótese da Terra Rara postula que as formas de vida multicelulares encontradas na Terra podem realmente ser mais raras do que os cientistas supõem. De acordo com essa hipótese, a vida na Terra (e mais, vida multicelular) é possível por causa de uma conjunção das circunstâncias certas (galáxia e localização dentro dela, sistema planetário, estrela, órbita, tamanho do planeta, atmosfera, etc.); e a chance de todas essas circunstâncias se repetirem em outro lugar pode ser rara. Ele fornece uma possível resposta ao paradoxo de Fermi, que sugere: "Se os alienígenas extraterrestres são comuns, por que não são óbvios?" Aparentemente, está em oposição ao princípio da mediocridade, assumido pelos famosos astrônomos Frank Drake, Carl Sagan e outros. O Princípio da Mediocridade sugere que a vida na Terra não é excepcional e é mais do que provável que seja encontrada em inúmeros outros mundos. De acordo com a pesquisa publicada em agosto de 2015, galáxias muito grandes podem ser mais favoráveis à criação e ao desenvolvimento de planetas habitáveis do que galáxias menores como a Via Láctea. No entanto, a Terra é o único lugar no universo que os humanos conhecem que pode abrigar vida. Estimativas de zonas habitáveis em torno de outras estrelas, às vezes referidas como "Zona de Goldilocks", junto com a descoberta de milhares de exoplanetas e novos insights sobre habitats extremos aqui na Terra, sugerem que possa haver mais locais habitáveis no universo do que se considerava anteriormente.
A pesquisa sobre os limites ambientais da vida e o funcionamento de ecossistemas extremos está em andamento, permitindo aos pesquisadores prever melhor quais ambientes planetários podem ter maior probabilidade de abrigar vida. Missões como a sondas espaciais Phoenix, Mars Science Laboratory, ExoMars, rover Mars 2020 para Marte e a sonda Cassini-Huygens para as luas de Saturno visam explorar ainda mais as possibilidades de vida em outros planetas do Sistema Solar. 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.
Conceitos propostos
Icebreaker Life é uma missão de pouso que foi proposta para o Programa Discovery da NASA para a oportunidade de lançamento de 2021, mas não foi selecionada para desenvolvimento. Ele teria uma sonda estacionária que seria uma cópia próxima do Phoenix de 2008 e carregaria uma carga científica de astrobiologia atualizada, incluindo uma broca de núcleo de 1 metro de comprimento para amostrar solo cimentado por gelo nas planícies do norte para conduzir uma busca por moléculas orgânicas e evidências de vida atual ou passada em Marte. Um dos principais objetivos da missão Icebreaker Life é testar a hipótese de que o solo rico em gelo nas regiões polares tem concentrações significativas de orgânicos devido à proteção do gelo contra oxidantes e radiação solar.
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.
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".
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".
