O que é fosfina e por que ela aponta para vida extraterrestre flutuando nas nuvens de Vênus?

Atualização (28 de janeiro de 2021): Nova pesquisa indica que foi detectado dióxido de enxofre comum, em vez de fosfina.

Uma equipa internacional de astrónomos anunciou recentemente a descoberta de uma molécula rara — a fosfina — nas nuvens do Vênus. Na Terra, este gás só é produzido industrialmente ou por micróbios que prosperam em ambientes livres de oxigénio. Os astrónomos especulam há décadas que as nuvens altas em Vénus poderiam oferecer um lar para micróbios – flutuando livres da superfície escaldante, mas necessitando de tolerar uma acidez muito elevada. A detecção de fosfina poderia apontar para essa vida “aérea” extraterrestre.

“Quando recebemos os primeiros indícios de fosfina no espectro de Vênus, foi um choque!” diz a líder da equipe Jane Greaves, da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, que detectou pela primeira vez sinais de fosfina em observações do Telescópio James Clerk Maxwell (JCMT), operado pelo Observatório do Leste Asiático, no Havaí. A confirmação da sua descoberta exigiu a utilização de 45 antenas do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no Chile, um telescópio mais sensível no qual o Observatório Europeu do Sul (ESO) é um parceiro. Ambas as instalações observaram Vénus num comprimento de onda de cerca de 1 milímetro, muito mais longo do que o olho humano pode ver – apenas telescópios a grandes altitudes podem detectá-lo eficazmente.

Em 14 de setembro de 2020, uma equipe internacional de astrônomos anunciou a descoberta de uma molécula rara — a fosfina — nas nuvens de Vênus. Esta detecção pode apontar para vida “aérea” extraterrestre na atmosfera venusiana. Assista ao nosso resumo da descoberta. Crédito: ESO

A equipa internacional, que inclui investigadores do Reino Unido, dos EUA e do Japão, estima que a fosfina existe nas nuvens de Vénus numa pequena concentração, apenas cerca de vinte moléculas em cada mil milhões. Após as suas observações, eles fizeram cálculos para ver se essas quantidades poderiam provir de processos naturais não biológicos no planeta. Algumas ideias incluíam luz solar, minerais soprados da superfície, vulcões ou relâmpagos, mas nada disso poderia chegar perto o suficiente. Descobriu-se que essas fontes não biológicas produzem no máximo um décimo milésimo da quantidade de fosfina que os telescópios viram.

Esta nova imagem obtida pelo ALMA, o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, do qual o ESO é parceiro, mostra o planeta Vénus. Em vez de ser uma característica real do planeta, a irregularidade do disco pode dever-se à resposta do interferómetro à emissão muito brilhante de Vénus, o que torna difícil obter amostras com precisão das escalas maiores. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Greaves et al.

Para criar a quantidade observada de fosfina (que consiste em hidrogénio e fósforo) em Vénus, os organismos terrestres só precisariam de trabalhar a cerca de 10% da sua produtividade máxima, segundo a equipa. Sabe-se que as bactérias terrestres produzem fosfina: absorvem fosfato de minerais ou de material biológico, adicionam hidrogénio e, por fim, expelem fosfina. Quaisquer organismos em Vénus serão provavelmente muito diferentes dos seus primos da Terra, mas também poderão ser a fonte de fosfina na atmosfera.

Esta ilustração artística retrata a superfície e a atmosfera venusianas, bem como moléculas de fosfina. Estas moléculas flutuam nas nuvens de Vênus, sopradas pelo vento, em altitudes de 55 a 80 km, absorvendo algumas das ondas milimétricas produzidas em altitudes mais baixas. Eles foram detectados nas nuvens altas de Vênus em dados do Telescópio James Clerk Maxwell e do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, do qual o ESO é parceiro. Crédito: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada

Embora a descoberta de fosfina nas nuvens de Vénus tenha sido uma surpresa, os investigadores estão confiantes na sua detecção. “Para nosso grande alívio, as condições eram boas ALMA para observações de acompanhamento enquanto Vênus estava em um ângulo adequado em relação à Terra. No entanto, o processamento dos dados foi complicado, uma vez que o ALMA normalmente não procura efeitos muito subtis em objetos muito brilhantes como Vénus,” afirma Anita Richards, membro da equipa, do Centro Regional ALMA do Reino Unido e da Universidade de Manchester. “No final, descobrimos que ambos os observatórios tinham visto a mesma coisa – fraca absorção no comprimento de onda certo para o gás fosfina, onde as moléculas são iluminadas pelas nuvens mais quentes abaixo”, acrescenta Greaves, que liderou o estudo publicado hoje na Nature. Astronomia.

Outro membro da equipe, Clara Sousa Silva, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos EUA, investigou fosfina como um gás de “bioassinatura” de vida que não utiliza oxigênio em planetas ao redor de outras estrelas, porque a química normal aproveita muito pouco dela. Ela comenta: “Encontrar fosfina em Vênus foi um bônus inesperado! A descoberta levanta muitas questões, como a forma como qualquer organismo poderia sobreviver. Na Terra, alguns micróbios podem lidar com até cerca de 5% da ácido em seu ambiente – mas as nuvens de Vênus são quase inteiramente feitas de ácido.”

Esta representação artística mostra uma imagem real de Vénus, obtida com o ALMA, da qual o ESO é parceiro, com dois espectros sobrepostos obtidos com o ALMA (em branco) e com o Telescópio James Clerk Maxwell (JCMT; em cinzento). A queda no espectro JCMT de Vénus forneceu o primeiro indício da presença de fosfina no planeta, enquanto o espectro mais detalhado do ALMA confirmou que este possível marcador de vida está realmente presente na atmosfera venusiana. À medida que as moléculas de fosfina flutuam nas altas nuvens de Vênus, elas absorvem algumas das ondas milimétricas produzidas em altitudes mais baixas. Ao observar o planeta na faixa de comprimento de onda milimétrica, os astrónomos podem captar esta assinatura de absorção de fosfina nos seus dados, como uma diminuição na luz do planeta. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Greaves et al. & JCMT (Observatório do Leste Asiático)

A equipa acredita que a sua descoberta é significativa porque pode descartar muitas formas alternativas de produzir fosfina, mas reconhece que confirmar a presença de “vida” requer muito mais trabalho. Embora as altas nuvens de Vênus tenham temperaturas de até agradáveis ​​30 graus Celsiuseles são incrivelmente ácidos – cerca de 90% de ácido sulfúrico – o que representa grandes problemas para qualquer micróbio que tente sobreviver ali.

Esta impressão artística retrata Vénus, nosso vizinho do Sistema Solar, onde os cientistas confirmaram a deteção de moléculas de fosfina, cuja representação é mostrada na inserção. As moléculas foram detectadas nas altas nuvens venusianas em dados do Telescópio James Clerk Maxwell e do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, do qual o ESO é parceiro. Os astrônomos especulam há décadas que poderia existir vida nas altas nuvens de Vênus. A detecção de fosfina poderia apontar para essa vida “aérea” extraterrestre. Crédito: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada & NASA/JPL/Caltech

O astrónomo do ESO e Gestor de Operações Europeu do ALMA, Leonardo Testi, que não participou no novo estudo, afirma: “A produção não biológica de fosfina em Vénus é excluída pelo nosso conhecimento actual da química da fosfina nas atmosferas dos planetas rochosos. Confirmar a existência de vida na atmosfera de Vênus seria um grande avanço para a astrobiologia; portanto, é essencial acompanhar este resultado emocionante com estudos teóricos e observacionais para excluir a possibilidade de que a fosfina em planetas rochosos também possa ter uma origem química diferente da da Terra.”

Mais observações de Vénus e de planetas rochosos fora do nosso Sistema Solar, inclusive com o futuro Extremely Large Telescope do ESO, poderão ajudar a reunir pistas sobre como a fosfina pode originar-se neles e contribuir para a procura de sinais de vida fora da Terra.

Para mais informações sobre esta descoberta no SciTechDaily, consulte:

• Astrônomos encontram possíveis sinais de vida em Vênus
• Por que os cientistas acreditam que pode haver vida extraterrestre flutuando na atmosfera de Vênus

Mais Informações
Esta pesquisa foi apresentada no artigo “Phosphine Gas in the Cloud Decks of Venus” publicado em Astronomia da Natureza.

A equipe é composta por Jane S. Greaves (Escola de Física e Astronomia, Universidade de Cardiff, Reino Unido (Cardiff)), Anita MS Richards (Jodrell Bank Centre for Astrophysics, Universidade de Manchester, Reino Unido), William Bains (Departamento da Terra, Ciências Atmosféricas e Planetárias, Instituto de Tecnologia de Massachusetts, EUA (MIT)), Paul Rimmer (Departamento de Ciências da Terra e Astrofísica Cavendish, Universidade de Cambridge e Laboratório MRC de Biologia Molecular, Cambridge, Reino Unido), Hideo Sagawa (Departamento de Astrofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade Kyoto Sangyo, Japão), David L. Clements (Departamento de Física, Colégio Imperial de LondresReino Unido (Imperial)), Sara Seager (MIT), Janusz J. Petkowski (MIT), Clara Sousa-Silva (MIT), Sukrit Ranjan (MIT), Emily Drabek-Maunder (Cardiff e Royal Observatory Greenwich, Londres, Reino Unido) , Helen J. Fraser (Escola de Ciências Físicas, The Open University, Milton Keynes, Reino Unido), Annabel Cartwright (Cardiff), Ingo Mueller-Wodarg (Imperial), Zhuchang Zhan (MIT), Per Friberg (EAO/JCMT), Iain Coulson (EAO/JCMT), E'lisa Lee (EAO/JCMT) e Jim Hoge (EAO/JCMT).

Um artigo de acompanhamento de alguns membros da equipe, intitulado “A neblina da baixa atmosfera venusiana como um depósito para a vida microbiana dessecada: um ciclo de vida proposto para a persistência da biosfera aérea venusiana”, foi publicado em Astrobiologia em agosto de 2020. Outro estudo relacionado feito por alguns dos mesmos autores, “Fosfina como gás de bioassinatura em atmosferas de exoplanetas”, foi publicado em Astrobiologia em janeiro de 2020.

Referências:

“Gás fosfina nas nuvens de Vênus” por Jane S. Greaves, Anita MS Richards, William Bains, Paul B. Rimmer, Hideo Sagawa, David L. Clements, Sara Seager, Janusz J. Petkowski, Clara Sousa-Silva, Sukrit Ranjan, Emily Drabek-Maunder, Helen J. Fraser, Annabel Cartwright, Ingo Mueller-Wodarg, Zhuchang Zhan, Per Friberg, Iain Coulson, E'lisa Lee e Jim Hoge, 14 de setembro de 2020, Astronomia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41550-020-1174-4

“A névoa venusiana da baixa atmosfera como um depósito para vida microbiana dessecada: um ciclo de vida proposto para a persistência da biosfera aérea venusiana” por Sara Seager, Janusz J. Petkowski, Peter Gao, William Bains, Noelle C. Bryan, Sukrit Ranjan e Jane Grevas, 13 de agosto de 2020, Astrobiologia.
DOI: 10.1089/ast.2020.2244
“Fosfina como gás de bioassinatura em atmosferas de exoplanetas” por Clara Sousa-Silva, Sara Seager, Sukrit Ranjan, Janusz Jurand Petkowski, Zhuchang Zhan, Renyu Hu e William Bains, 22 de novembro de 2019, Astrobiologia.
DOI: 10.1089/ast.2018.1954

O Observatório Europeu do Sul (ESO) é a principal organização astronómica intergovernamental da Europa e, de longe, o observatório astronómico terrestre mais produtivo do mundo. Tem 16 Estados-Membros: Áustria, Bélgica, República Checa, Dinamarca, França, Finlândia, Alemanha, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Espanha, Suécia, Suíça e Reino Unido, juntamente com o estado anfitrião do Chile e com a Austrália como Parceiro Estratégico. O ESO leva a cabo um programa ambicioso centrado na concepção, construção e operação de poderosas instalações de observação terrestres que permitem aos astrónomos fazer importantes descobertas científicas. O ESO também desempenha um papel de liderança na promoção e organização da cooperação na investigação astronómica. O ESO opera três locais de observação de classe mundial únicos no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Telescópio muito grande e o seu interferómetro Very Large Telescope, líder mundial, bem como dois telescópios de rastreio, o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, na luz visível. Também no Paranal o ESO irá acolher e operar o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo. O ESO é também um parceiro importante em duas instalações no Chajnantor, o APEX e o ALMA, o maior projeto astronómico existente. E no Cerro Armazones, perto do Paranal, o ESO está a construir o Extremely Large Telescope de 39 metros, o ELT, que se tornará “o maior olho do mundo virado para o céu”.

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma instalação astronómica internacional, é uma parceria entre o ESO, a Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências Naturais (NINS) do Japão, em cooperação com a República do Chile. . O ALMA é financiado pelo ESO em nome dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o Conselho Nacional de Investigação do Canadá (NRC) e o Ministério da Ciência e Tecnologia (MOST), e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) em Taiwan e o Instituto Coreano de Astronomia e Ciências Espaciais (KASI). A construção e as operações do ALMA são lideradas pelo ESO em nome dos seus Estados Membros; pelo Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO), administrado pela Associated Universities, Inc. (AUI), em nome da América do Norte; e pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) em nome do Leste Asiático. O Observatório Conjunto ALMA (JAO) fornece liderança e gestão unificadas da construção, comissionamento e operação do ALMA.

Com um diâmetro de 15 m (50 pés), o Telescópio James Clerk Maxwell (JCMT) é o maior telescópio astronômico de prato único do mundo, projetado especificamente para operar na região de comprimento de onda submilimétrico do espectro eletromagnético. O JCMT é usado para estudar nosso Sistema Solar, poeira e gás interestelar e circunstelar, estrelas evoluídas e galáxias distantes. Ele está situado na reserva científica de Maunakea, no Havaí, a uma altitude de 4.092 m (13.425 pés). O JCMT é operado pelo Observatório do Leste Asiático em nome do NAOJ; ÁSIA; KASI; CAMS, bem como o Programa Nacional de P&D da China. Apoio financeiro adicional é fornecido pelo STFC e pelas universidades participantes no Reino Unido e no Canadá.