Um novo artigo de Acesso Aberto em Relatórios Científicos sugere que em breve poderemos procurar uma assinatura no espectro da luz refletida. O marcador que eles discutem é algo visto na Terra, a 'borda vermelha'. É algo sobre o qual alguns astrônomos falaram, mas um argumento foi o quão vermelha é a borda vermelha. Sob a luz de diferentes estrelas, não faria sentido usar diferentes partes do espectro eletromagnético?

O que é uma borda vermelha?

A superfície da Terra não reflete uniformemente a luz. Absorve mais luz em certos comprimentos de onda do que outros. Onde há muita cobertura vegetal, há muito azul e vermelho absorvido pela clorofila para fotossíntese, e a porção não utilizada do espectro de luz visível, verde, é refletida de volta.
Mas não é só o verde que se reflete. Enquanto as plantas usam o vermelho, elas não usam o infravermelho próximo, então elas são muito mais reflexivas nessa parte do espectro também. Esta mudança é algo que você pode ver por si mesmo se você ajustar um filtro R720 à sua câmera. A diferença abrupta na reflexão entre o vermelho e o infravermelho próximo é chamada de borda vermelha.

As pessoas usaram essa borda vermelha como uma medida do teor de clorofila da planta em pesquisas. Como todos esses dados são visuais, é o tipo de coisa que os satélites podem procurar, permitindo-lhes procurar dano de incêndio florestal or biomassa em áreas de difícil acesso. Por razões semelhantes, os astrônomos podem usá-lo ao pesquisar a luz refletida de exoplanetas, para ver se há uma borda vermelha nela. Se houver, será interessante, dado o que sabemos sobre suas origens na Terra.

Por que o Red Edge existe?

A Red Edge é um exemplo de evolução nem sempre encontrando a melhor solução porque não consegue planejar o futuro. Em vez disso, os organismos só podem trabalhar com as condições que eles têm agora. Para os primeiros organismos fotossintéticos que evoluíram nos oceanos da Terra, isso significa que não há luz infravermelha. Isso ocorre porque a radiação infravermelha é bloqueada por mais de um metro de água. A menos que a vida pudesse encontrar um corpo de água muito estável e raso, o infravermelho não seria uma opção.

Isso é importante porque, embora o infravermelho seja útil quando você está em terra, primeiro você precisa chegar lá. Takizawa e sua equipe argumentam que usar infravermelho durante a fase de transição é arriscado. Há grandes recompensas, mas mesmo um pequeno aumento na cobertura de água deixaria um organismo de fome de luz. Organismos que usam apenas nossa faixa de luz visível podem ser menos eficientes em terra, mas são mais robustos na água e muito mais propensos a sobreviver.

Isso significa que as plantas que vemos hoje ainda carregam a bagagem de seus ancestrais pioneiros. Isso explica por que a vegetação da Terra ainda produz uma borda vermelha distinta. Eles não podem apagar sua história evolutiva.

A luz de outras estrelas poderia fazer diferença?

Isso explica a cor da vegetação na Terra, mas a vida semelhante tem que obedecer às mesmas regras sob outras estrelas? A equipe de Takizawa está interessada em estrelas da classe M, estrelas no extremo vermelho do espectro. Mais frias e mais vermelhas, sua radiação de pico está muito mais na extremidade infravermelha do espectro eletromagnético. Poderiam formas alternativas de fotossíntese fazer uso da luz infravermelha muito mais abundante sob céus alienígenas?
As plantas usam a luz aprisionando-a em pequenos pacotes chamados fótons. A potência dos fótons está relacionada ao seu comprimento de onda. Os fótons azuis têm um comprimento de onda curto, portanto, têm mais energia. O ultravioleta é mais curto e, portanto, tem ainda mais energia, mas é tão poderoso que pode quebrar as ligações carbono-carbono. Isso é letal para a vida baseada em carbono, então não pode ser muito usado. Isso coloca um limite nos sistemas fotossintéticos na extremidade do comprimento de onda curto do espectro.

Os fótons vermelhos têm um comprimento de onda muito mais longo e, portanto, menos energia, mas muito mais deles descem para a superfície. A clorofila usa dois fótons para gerar a energia para a fotossíntese. Sua bioquímica significa que os fótons verdes não podem ser usados.

Takizawa e sua equipe procuraram ver se mudar as distribuições de fótons para a extremidade mais vermelha do espectro faria diferença na fotossíntese de dois fótons. Eles descobriram que, teoricamente, era possível usar mais o infravermelho, mas a energia necessária de dois fótons significava que não havia muito mais espectro para usar. Isso significa que, se houver vida em outros planetas usando a fotossíntese de dois fótons, você esperaria que a borda vermelha estivesse aproximadamente onde a encontra na Terra.

Mas eles também modelaram a fotossíntese de três e quatro fótons. Usar mais fótons significa que os próprios fótons podem ter energia mais baixa, o que significa mais infravermelho. Se esse método de fotossíntese puder evoluir, a borda vermelha poderá ser deslocada um pouco para o infravermelho. Mas isso depende de organismos que desenvolvem pigmentos inteiramente novos para a fotossíntese.

Há tempo para as plantas infravermelhas evoluirem sob uma estrela de classe M?

Embora um sistema de fotossíntese de quatro fótons possa ser possível em teoria, leva tempo para evoluir. Não sabemos quanto tempo, mas podemos dizer que não evoluiu em 500 milhões de anos na Terra. No entanto, estamos lidando com um tamanho de amostra de um, então talvez outros planetas possam ter um golpe de sorte. Por outro lado, pode levar muito tempo, se é que alguma vez.

Embora isso pareça pessimista, as escalas de tempo astronômicas geralmente superam as escalas de tempo evolutivas. A Terra existe há quatro bilhões e meio de anos. As estrelas da classe M queimam mais frias e por mais tempo que o nosso Sol. Uma estimativa é que alguns exoplanetas podem estar na zona habitável de uma estrela por mais de cinquenta bilhões de anos, em comparação com a Terra, que pode ter de seis a oito bilhões de anos habitáveis. Isso não significa que outros planetas tiveram cinquenta bilhões de anos para desenvolver formas de vida, o universo não tem quatorze bilhões de anos, mas significa que outras formas de vida em outros planetas podem ter tido muito mais tempo para encontrar soluções.

O lado oposto é que também tem mais tempo para ter problemas. Um comentarista do Sonhos Centauros blog observa que a Terra era apenas 'semelhante à terra', como a chamaríamos, por um tempo relativamente curto. É possível que a longo prazo a Terra mude novamente, caso em que 'parecido com a Terra' pode ser apenas uma fase pela qual alguns planetas passam. Portanto, embora uma borda vermelha possa significar que há vida, pode não ser a vida como a conhecemos.

Uma borda vermelha tem que ser vegetação?

Outra discussão sobre a borda vermelha e a vida surgiu recentemente no Monthly Notices da Royal Astronomical Society. É um artigo interessante porque propõe que, se houver vida inteligente no universo, poderemos ver uma borda vermelha nítida em alguns exoplanetas.

A razão é o poder. Especificamente energia solar. Lingam e Loeb dizem que, se existe uma civilização avançada, planetas travados por maré, planetas onde apenas um lado está voltado para a estrela, são uma oportunidade. Nesta situação, faz sentido cobrir o lado ensolarado do planeta com painéis solares e depois armazenar energia no lado frio. Isso produziria uma borda vermelha artificial, nos limites dos comprimentos de onda usados ​​para gerar energia.

Se uma borda vermelha for encontrada no espectro de luz de outra estrela, a localização da borda pode ser a pista de que não apenas encontramos algum lugar onde havia vida, mas também pode ser vida inteligente.
A botânica extrasolar pode parecer fantasiosa, mas os exoplanetas só foram observados por trinta anos. Nos próximos trinta anos, a pesquisa botânica sobre mecanismos fotossintéticos pode ser altamente influente quando os exobiólogos finalmente tiverem seus primeiros dados.