A Terra é o único local conhecido no universo que abriga vida, toda ela dependendo fortemente da presença de água líquida para facilitar reações químicas. Enquanto a vida unicelular existe quase desde o início da Terra, levou cerca de três bilhões de anos para que a vida multicelular se formasse. A vida humana existe por menos de um décimo de milésimo da idade da Terra.
Todo esse contexto sugere que a vida pode ser comum em planetas que suportam água líquida, mas pode ser raro encontrar vida que estude o universo e busque viajar pelo espaço, como nós fazemos. Para encontrar vida extraterrestre, pode ser necessário que nós mesmos viajemos até ela.
No entanto, a imensidão do espaço, combinada com a impossibilidade de viajar ou comunicar-se mais rápido do que a luz, impõe limites práticos sobre quão longe podemos ir. Apenas as estrelas mais próximas do sol poderiam possivelmente ser visitadas em uma vida humana, mesmo por uma sonda espacial. Além disso, apenas estrelas semelhantes em tamanho e temperatura ao sol são duradouras o suficiente e possuem atmosferas estáveis para que a vida multicelular tenha tempo de se desenvolver. Por essa razão, as estrelas mais valiosas para estudo são as aproximadamente 60 estrelas semelhantes ao sol que estão a menos de 30 anos-luz de distância. Os planetas mais promissores que orbitam essas estrelas teriam tamanhos e temperaturas semelhantes aos da Terra, de modo que solo sólido e água líquida possam existir.
Uma agulha no palheiro
Observar um exoplaneta semelhante à Terra separadamente da estrela ao qual está orbitando é um grande desafio. Mesmo no melhor cenário possível, a estrela é um milhão de vezes mais brilhante do que o planeta; se os dois objetos estiverem borrados juntos, não há esperança de detectar o planeta. A teoria ótica diz que a melhor resolução que se pode obter nas imagens telescópicas depende do tamanho do telescópio e do comprimento de onda da luz observada. Planetas com água líquida emitem mais luz em comprimentos de onda em torno de 10 micrômetros (a largura de um fio de cabelo humano fino e 20 vezes o comprimento de onda típico da luz visível). Nesse comprimento de onda, um telescópio precisa coletar luz em uma distância de pelo menos 20 metros para ter resolução suficiente para separar a Terra do sol a uma distância de 30 anos-luz. Além disso, o telescópio deve estar no espaço, pois observar através da atmosfera da Terra embaçaria a imagem demais. No entanto, nosso maior telescópio espacial – o Telescópio Espacial James Webb (JWST) – tem apenas 6,5 metros de diâmetro, e esse telescópio foi extremamente difícil de ser lançado.
Como desplugar um telescópio espacial de 20 metros parece fora de alcance com a tecnologia atual, os cientistas exploraram várias abordagens alternativas. Uma delas envolve lançar múltiplos telescópios menores que mantenham distâncias extremamente precisas entre si, de modo que o conjunto funcione como um único telescópio com um diâmetro grande. Mas, manter a precisão necessária na posição das espaçonaves (que deve ser calibrada com a precisão de uma molécula típica) também é atualmente inviável.
Outras propostas usam luz de comprimento de onda mais curto, para que um telescópio menor possa ser utilizado. No entanto, na luz visível, uma estrela semelhante ao sol é mais de 10 bilhões de vezes mais brilhante do que a Terra. É além da nossa capacidade atual bloquear uma quantidade suficiente de luz estelar para poder ver o planeta nesse caso, mesmo que, em princípio, a imagem tenha resolução alta o suficiente.
Uma ideia para bloquear a luz estelar envolve voar com uma espaçonave chamada ‘starshade’ que tem dezenas de metros de largura, a uma distância de dezenas de milhares de milhas à frente do telescópio espacial, para que bloqueie exatamente a luz da estrela enquanto a luz de um planeta companheiro não é bloqueada. No entanto, esse plano requer que duas espaçonaves sejam lançadas (um telescópio e uma starshade). Além disso, apontar o telescópio para diferentes estrelas exigiria mover a starshade milhares de milhas, consumindo quantidades exageradas de combustível.
Uma perspectiva retangular
Em nosso trabalho, propomos uma alternativa mais viável. Mostramos que é possível encontrar planetas semelhantes à Terra, próximos, orbitando estrelas semelhantes ao sol, com um telescópio que é aproximadamente do mesmo tamanho que o JWST, operando em um comprimento de onda infravermelho (10 micrômetros) semelhante ao do JWST, com um espelho que é um retângulo de um por 20 metros, em vez de um círculo de 6,5 metros de diâmetro.
Com um espelho dessa forma e tamanho, podemos separar uma estrela de um exoplaneta na direção em que o espelho do telescópio tem 20 metros de comprimento. Para encontrar exoplanetas em qualquer posição ao redor de uma estrela, o espelho pode ser girado para que seu eixo longo às vezes se alinhe com a estrela e o planeta. Mostramos que esse design pode, em princípio, encontrar metade de todos os planetas semelhantes à Terra que orbitam estrelas semelhantes ao sol a menos de 30 anos-luz em menos de três anos. Embora nosso design precise de mais engenharia e otimização antes que suas capacidades estejam garantidas, não há requisitos óbvios que precisem de um intenso desenvolvimento tecnológico, como ocorre com outras ideias principais.
Se houver cerca de um planeta semelhante à Terra orbitando a estrela média semelhante ao sol, então encontraríamos cerca de 30 planetas promissores. Estudos de acompanhamento desses planetas poderiam identificar aqueles com atmosferas que sugerem a presença de vida, por exemplo, oxigênio formado por fotossíntese. Para o candidato mais promissor, poderíamos despachar uma sonda que eventualmente transmitiria imagens da superfície do planeta. O telescópio retangular poderia fornecer um caminho direto para identificar nosso planeta irmão: Terra 2.0.