Sistemas estelares
Sistemas Estelares e Vida
A maioria das estrelas possui planetas que a orbitam, formando sistemas estelares. Do ponto de vista da existência de seres vivos, os dados mais importantes do sistema são:
· a classificação das estrelas que o compõem: estrelas gigantes e supergigantes e estrelas de seqüência principal da classe A ou mais quentes dificilmente duram o tempo necessário para permitir a evolução de seres complexos (embora possam possuir mundos adequados a terraformação e colonização). Também é importante o conteúdo em metais: geralmente, estrelas com baixo conteúdo em metais (as subanãs, ou estrelas de classe VI) têm em torno de si apenas planetas de hidrogênio e hélio, pouco propícios ao surgimento da vida.
· a presença ou não de mundos de estrutura planetológica, tamanho, tipo de órbita e rotação adequados dentro da extensão da biozona – a faixa dentro da qual a quantidade e qualidade de radiação são adequadas a determinado tipo de biosfera, ou de conjunto de ecologias e seres vivos que habitam um planeta. Esses parâmetros são resumidos pelo código de classificação dos planetas.
Diferentes formas de vida têm exigências diferentes quanto à quantidade de luz, calor, radiações ultravioleta etc. Alguns seres precisam de uma forte radiação ultravioleta, que outros não podem suportar; alguns estão à vontade em temperaturas abaixo de zero, outros morreriam de frio sob uma temperatura de 40 graus centígrados à sombra.
A quantidade de radiação é inversamente proporcional ao quadrado da distância em relação à sua fonte, geralmente a estrela principal (isto é, com o dobro da distância se recebe quatro vezes menos radiação).
A temperatura absoluta (em graus kelvin) tende a ser proporcional à raiz quadrada da distância, mas as composições químicas do planeta e de sua atmosfera também importam: um planeta tende a ser mais quente se é de cor escura, se tem uma atmosfera densa e se essa atmosfera estiver carregada de gases capazes de provocar o efeito estufa (como o gás carbônico e o metano). Além disso, se o planeta chegar a desenvolver uma biosfera, ela tende a estabilizar a temperatura e a composição da atmosfera dentro dos limites nos quais pode sobreviver.
Planetas semelhantes à Terra em tamanho e composição química, com 16% a 40% da radiação recebida – 8,7 a 9,6 na escala de insolação – são extremamente frios, a menos que uma atmosfera muito densa funcione como estufa. A temperatura média fica geralmente abaixo de zero (em Marte, era de -27 °C antes de se iniciar o processo de colonização). Raramente desenvolvem formas de vida avançadas, mas podem geralmente ser terraformados (tornados semelhantes à Terra) como foi o caso de Marte. Com a tecnologia do quarto milênio, o planeta pode começar a ser habitado em vinte a cinqüenta anos, mas o desenvolvimento de uma biosfera completa, com mares, campos, florestas e uma grande variedade de seres vivos, demora 500 a 600 anos.
Para os novihumanos e também para mais de 90% das espécies inteligentes encontradas na Galáxia conhecida, a biozona é a faixa em que a radiação está entre 40% e 140% daquilo que a Terra recebe do Sol – 7,7 a 8,7 na escala de graus de insolação. Se tiverem tamanho e composição química adequada, os planetas dentro dessa faixa tendem a desenvolver formas de vida mais ou menos semelhantes à terrestre, são considerados naturalmente habitáveis pelos novihumanos, quando não são habitados por alienígenas inteligentes. Só precisam ser terraformados se estiverem num estágio primitivo e ainda não tiverem desenvolvido vida multicelular.
Planetas na faixa de 150% a 300% de radiação – 7,0 a 7,7 na escala de radiação – são muito quentes. Na maioria dos casos, a temperatura média natural desses mundos varia entre 60 e 150 °C, suficiente para ferver a água nas regiões mais quentes e dificultar a formação de moléculas complexas, quase sempre impedindo o desenvolvimento de formas de vida avançadas. Às vezes é ainda mais alta, como em Vênus, onde a temperatura média chegava a 460 °C. Podem ser terraformados, mas com muito mais esforço que os planetas frios. Mesmo no quarto milênio, Vênus foi o único caso de planeta desse tipo terraformado pelo homem; o processo completo pode demandar mais de mil anos e seu custo raramente se justifica.
Adequação dos Sistemas Estelares Simples à Vida
Do ponto de vista do seu interesse para a biologia e para a eventual colonização humana, os sistemas estelares simples podem ser agrupadas em nove categorias, de acordo com o tipo de estrela que o domina:
1) gigantes e supergigantes quentes (0,4%).
São todas as estrelas dos tipos espectrais O e B, geralmente mais de mil vezes mais brilhantes que o Sol e com temperatura também muito superior, e também as gigantes e supergigantes dos tipos A e F. Essas estrelas são todas muito jovens em termos cósmicos, pois consomem a si mesmas em menos de 500 milhões de anos, tempo insuficiente para a formação de um sistema planetário estável. Geralmente têm muitos planetas, mas ainda em processo de formação, sujeitos a contínuo bombardeio por grandes asteróides.
Embora sua biozona seja teoricamente extensa, na prática nenhum desses sistemas chega a desenvolver formas de vida autóctones. Além disso, muitas dessas estrelas são pulsantes e sua radiação varia periodicamente. Outras são irregulares, emitindo enormes explosões de energia de forma imprevisível.
A colonização de seus planetas é inviável, mas civilizações que se desenvolvem em colônias espaciais e usam os planetas apenas como fonte de matéria-prima podem achar interesse em aproveitar os enormes recursos energéticos e materiais desses sistemas. Os novihumanos, porém, limitam-se a manter bases científicas ou bases defensivas da Solidariedade Galáctica.
2) supergigantes frias (0,002% ou 1 em 50 mil)
As supergigantes frias são o resultado do envelhecimento de gigantes quentes, quando o hidrogênio que proporcionou a energia para seu brilho normal foi consumido, dando lugar a reações nucleares envolvendo elementos pesados. Muitas vezes, duram menos de um milhão de anos, muito pouco tempo numa escala cósmica. Sua vida geralmente acaba numa explosão catastrófica, que não só destrói o sistema planetário como também espalha radiação perigosa para a vida em sistemas vizinhos, num raio de até 24 anos-luz (o que pode exigir uma operação de evacuação de centenas de bilhões de seres vivos) e leva ao colapso da estrela, que dependendo da massa que restar da explosão, pode se tornar uma anã branca, um pulsar ou um buraco negro. Do ponto de vista da colonização humana, são ainda menos úteis e mais perigosas que as gigantes quentes, embora também sejam de interesse científico.
Por outro lado, sua explosão é necessária para espalhar pela Galáxia os elementos pesados que permitem a formação de sistemas capazes de gerar vida. Apenas nos sistemas que pertencem à chamada população I de estrelas, formados em data relativamente recente (menos de 9 bilhões de anos) a partir de restos de supernovas, podem existir planetas com carbono, nitrogênio, oxigênio, ferro, silício etc. Nos sistemas da chamada população II, formados diretamente da matéria-prima difundida pelo big bang, os únicos elementos químicos encontrados são o hidrogênio e o hélio, que não formam nenhum composto e só podem dar origem a planetas gasosos sem vida.
3) gigantes frias (0,4%)
As gigantes frias são o produto do envelhecimento de estrelas "normais", geralmente dos tipos F e G, que um dia puderam abrigar vida. Entretanto, a transformação em gigante certamente carbonizou os planetas que originalmente estiveram na biozona e talvez tenha tornado habitáveis (por algumas dezenas ou centenas de milhões de anos) planetas que antes eram gelados.
Se chegar a haver uma civilização antes da estrela chegar a esse estágio, seu destino depende do nível tecnológico que atingiu: se não chegar a desenvolver o transporte interplanetário, certamente será destruída. Se desenvolver transporte interplanetário, mas não interestelar, existe uma possibilidade de se mudar para planetas mais distantes da estrela central; se chegar a desenvolver transporte interestelar, pode emigrar para outros sistemas. Se sua tecnologia for muito avançada, pode também movimentar um planeta inteiro para uma órbita segura, ou até para outro sistema.
Tais sistemas podem, em princípio, ser colonizados, mas isso não é aconselhável, pois essas estrelas estão condenadas a gradualmente esfriarem e se contraírem até se tornarem anãs brancas, eventualmente passando por violentas explosões ao longo do processo (não tão grandes, porém, quanto as das supernovas).
4) estrelas A normais (0,9%)
Formam sistemas que duram 0,5 a 2 bilhões de anos, suficiente para o desenvolvimento de uma biosfera, mas que raramente chega a originar algo mais complexo do que bactérias. Nos raros casos em que surgem formas de vida superiores, assumem formas muito exóticas. A radiação ultravioleta é extremamente forte (50 vezes mais forte que numa estrela tipo G) e às vezes o campo magnético é fortíssimo, gerando enormes manchas solares e efeitos elétricos muito estranhos.
Esses sistemas estão no limiar da habitabilidade. Em apenas 10% dos casos existe na biozona um planeta com dimensões adequadas para vida do tipo humano, mas cujas condições climáticas são muito pouco atraentes. Às vezes, espécies nativas de sistemas com estrelas F podem considerá-los suportáveis.
5) estrelas F normais (2,7%)
Formam sistemas adequados à vida que duram 2 a 9 bilhões de anos, às vezes o suficiente para o desenvolvimento de formas de vida inteligente. Entretanto, não são ideais do ponto de vista humano: a radiação ultravioleta emitida pela estrela é muito forte (5 vezes mais que uma estrela tipo G).
Os planetas na biozona de uma estrela F tendem a ser algo maiores que numa estrela de tipo G, aumentando a probabilidade de virem a desenvolver vida e uma atmosfera respirável. Por outro lado, como essas estrelas brilham por menos tempo, uma grande porcentagem de seus sistemas encontra-se ainda em formação, de forma que seus planetas estão submetidos a um constante bombardeio de meteoritos e asteróides e às vezes ainda estão em estado de fusão. Embora 51% dos sistemas de estrelas F possuam planetas potencialmente capazes de abrigarem vida, apenas 34% efetivamente a desenvolveram, contra 38% dos sistemas de estrelas G.
Geralmente, os planetas habitáveis dessas estrelas são relativamente áridos: freqüentemente, a água cobre apenas 10 a 50% do planeta e 50 a 80% da superfície seca é deserta; de forma que, em média, área efetivamente habitável não é maior que a dos planetas do tipo G. As atmosferas também tendem a ser algo mais rarefeitas que a terrestre. Os solos tendem a ser ricos em minérios, estimulando o desenvolvimento tecnológico local.
6) estrelas G normais (8,1%)
Formam sistemas que duram 10 a 19 bilhões de anos, mais que suficiente para o desenvolvimento de vida inteligente, e são ideais para novihumanos. Em 44% dos casos, esses sistemas incluem pelo menos um planeta de tamanho e características orbitais adequadas à vida em suas biozonas e, em 38% dos casos, um desses planetas efetivamente tem vida.
A Terra é um planeta bastante representativo dos que podem ser encontrados na biozona de uma estrela G, mas a pesquisa em milhares de sistemas mostrou que, na maioria dos casos, esses planetas tendem a ser um pouco maiores (a maioria tem 1 a 1,4 vezes a massa da Terra), resultando numa área, em média, 10% maior. Por outro lado, também tendem a ser menos ricos em metais pesados, resultando numa gravidade em média não superior à da Terra e criando certa dificuldade para o desenvolvimento local de tecnologias avançadas. Na maioria dos casos, a água cobre 50 a 90% do planeta e os desertos correspondem a algo entre 5% e 40% da superfície seca.
7) estrelas K normais (12,6%)
Formam sistemas que duram 20 a 75 bilhões de anos e que, em 24% dos casos, incluem pelo menos um planeta de tamanho adequado na biozona em 21% um planeta com vida. A radiação ultravioleta é muito baixa: cerca de 1/8 da que incide numa estrela G.
Os planetas adequados que podem ser encontrados na biozona tendem a ser pequenos e pobres em elementos pesados. Na maioria dos casos, a massa fica entre 0,2 e 0,6 Terras. O caso mais típico seria um planeta com um terço da massa da Terra, 60% de sua área e 55% de sua gravidade. Na maioria das estrelas de classe K3 a K9, planetas na zona de vida tem sua rotação travada pelas marés e mostram sempre a mesma face para a estrela primária.
Na maioria dos casos, a água cobre mais de 80% do planeta e não é raro que cubra 100%; são raros os planetas desses sistemas com grandes extensões áridas. São comuns os "planetas arquipélago", com uma área seca total entre 5 e 20% da área total dos continentes da Terra.
A vida marinha tende a ser pelo menos tão evoluída e diversificada quanto a terrestre, enquanto a vida terrestre pode permanecer relativamente primitiva, pois áreas pequenas e radiação ambiental baixa tendem a tornar a evolução mais lenta. Esses casos geram planetas algo medíocres, mas seguros e agradáveis. A maioria dos planetas colonizados pelo homem é desse tipo. A população humana que pode ser sustentada é tipicamente de 100 a 800 milhões de pessoas.
Entretanto, há muitos planetas que evoluíram significativamente, pois esses sistemas são numerosos e alguns deles são muito antigos. As espécies inteligentes que podem surgir são extremamente variadas. A baixa gravidade e as atmosferas densas (geralmente mais densas que a terrestre) às vezes originam animais voadores inteligentes. A abundância de água pode gerar inteligências aquáticas e anfíbias, ou adaptadas à vida nas florestas.
8) estrelas M normais (66%)
As estrelas tipo M representam a grande maioria entre todas as estrelas, mas só uma minoria delas (cerca de 3%) possuem, na sua biozona, planetas na zona de vida suficientemente grandes para abrigar vida. Todos esses planetas têm sua rotação travada pelas marés.
9) subanãs G e K (0,76% e 0,76%)
Nestas estrelas menores do que o normal para seu tipo espectral, a ocorrência de planetas potencialmente habitáveis é muito improvável, devido à escassez de elementos mais pesados que o hélio. Apenas 3,9% e 1,5%, desses sistemas têm planetas potencialmente habitáveis, sendo que, respectivamente, 33% e 12% de fato desenvolveram vida.
10) subgigantes e gigantes F, G e K (0,4%)
Cerca de 40% dessas estrelas têm algum planeta potencialmente habitável, mas como essas estrelas têm uma duração relativamente curta, apenas 8% chega a possuir um planeta efetivamente com vida.
11) anãs marrons
Existem anãs marrons com planetas suficientemente grandes dentro da zona que recebe irradiação térmica adequada para manter temperaturas confortáveis, mas a ausência quase total de luz visível inibe a existência de vida fotossintética e os torna pouco atraentes para a colonização, salvo quando a própria anã marrom gira em torno de uma estrela mais brilhante, capaz de complementar sua irradiação com luz visível.
Adequação dos Sistemas Estelares Múltiplos à vida:
Um sistema é simples quando há apenas uma estrela central, mas quando há estrelas menores girando em torno dela o sistema é múltiplo. Na região da Galáxia que nos interessa, aproximadamente 70% dos sistemas são simples, 20% binários, 7% ternários e 3% têm quatro ou mais estrelas. Embora a maioria dos sistemas seja simples, cerca da metade das estrelas pertence a sistemas múltiplos.
Os sistemas múltiplos também podem conter planetas, incluindo planetas habitáveis, mas com algumas restrições:
1) Binárias extremamente próximas
As estrelas estão tão próximas que seus gases fluem de uma para outra. Esses sistemas são instáveis e não desenvolvem vida, pois essas condições geram violentas tempestades magnéticas e explosões solares, que às vezes resultam no que se chama de nova – uma explosão tão violenta que a muitos anos-luz de distância pode dar a impressão que uma nova estrela surgiu no céu. Tais sistemas podem ter planetas, mas certamente não habitáveis.
Esses sistemas são raros e muito perigosos, mas interessantes para estações científicas, dedicadas a estudar esses fenômenos e fortemente protegidas contra calor e radiação. Nos sistemas em que se sabe que haverá explosões muito violentas, poderão ser instaladas bases automáticas para acompanhá-las, mas às vezes elas poderão pegar de surpresa os exploradores desprevenidos.
2) Binárias razoavelmente próximas
Se as estrelas de um sistema binário forem um pouco menos próximas uma da outra (de um décimo até um terço do raio da biozona da estrela principal), um planeta habitável pode orbitar em torno das duas. Seus habitantes vêem no céu dois sóis vizinhos, um geralmente mais quente e brilhante que o outro, mas não muito maior. A cada 30 a 90 dias terrestres, o sol mais frio eclipsa o mais quente durante várias horas, provocando uma forte queda de temperatura, possivelmente acompanhada de tempestades e furacões.
Aproximadamente 5% dos sistemas binários são desse tipo. Quase sempre esses sistemas impedem a formação de planetas mais próximos dos sóis que a biozona; por isso, esses sistemas possuem, em média, 6,5 planetas – dois a menos que os sistemas simples.
3) Binárias medianamente afastadas
Nesses sistemas, o afastamento entre as estrelas é de um terço a três vezes o raio da biozona. Nesses sistemas, um planeta só pode ser habitável se estiver num dos pontos de equilíbrio entre os dois sóis, o que é extremamente raro (1 em cada 200 sistemas desse tipo). Se for o caso, o planeta provavelmente terá clima estável e sempre verá os dois sóis afastados de mais ou menos 60°. Isso significa que o planeta terá noite durante apenas um terço de seu período de rotação e os outros dois terços serão "dia". Se o planeta girar em 24 horas, o primeiro sol nasce às 4:00 e se põe às 16:00; o segundo nasce às 8:00 e se põe às 20:00; das 8:00 às 16:00 há dois sóis no céu.
Tais sistemas têm, em média, apenas 3,5 planetas, na maioria dos casos apenas planetas gasosos, ou então gelados e inabitáveis.Cerca de 10% dos sistemas binários são desse tipo.
4) Binárias afastadas
O afastamento entre as estrelas é três a cem vezes maior que o raio da biozona; esses sistemas têm em média 9,5 planetas (distribuídos entre as duas estrelas) e ambas as estrelas podem ter planetas habitáveis se forem do tipo adequado (G,K ou F). Para seus habitantes, só a estrela mais próxima será digna do nome de sol; a estrela mais distante será vista como um "mini-sol" (pouco mais que um ponto) que pouco afetará o clima. Entretanto, se o segundo sol não for uma anã muito apagada, será muito mais brilhante que a Lua vista da Terra, o suficiente para proporcionar uma luz crepuscular quando estiver no céu noturno (o que acontece durante a metade do "ano" do planeta). Se além disso o planeta tiver luas, raramente haverá uma noite escura, como é o caso do planeta Tonantzin, sede do sistema Alfa Centauri.
Cerca de 60% dos sistemas binários estão nesta categoria, adequada para dar origem a poderosas civilizações. Entretanto, tais sistemas tendem a ter poucos planetas do tipo gigante, freqüentemente nenhum.
5) Binárias muito afastadas
O afastamento entre as estrelas é mais de cem vezes maior que o raio da biozona (às vezes, mais de dez mil vezes maior); cada uma das estrelas tem, em média, o mesmo número de planetas que teria se estivesse isolada, o que resulta numa média de 17 planetas para o conjunto. Para os habitantes de seus planetas, o segundo sol está tão distante que se vê no céu noturno apenas como uma estrela muito brilhante (menos brilhante que a Lua vista da Terra, a menos que seja uma estrela gigante) e mal se vê durante o dia. Na prática, é como se fosse um sistema simples que tem um vizinho muito próximo. Cerca de 25% dos sistemas binários é deste tipo.
Alfa Centauri é um sistema triplo onde a segunda estrela (do tipo K) está afastada da principal (do tipo G) e a terceira é uma anã vermelha M muito afastada, chamada Próxima Centauri. Na prática, é quase como se fosse um sistema binário do tipo 4, pois Próxima Centauri é tão pequena e distante que é difícil encontrá-la no céu noturno e, como praticamente todas as estrelas de seu tipo, não possui planetas habitáveis.