Integrando o ensino de astronomia e termodinâmica: explorando a zona habitável no diagrama de fases da água

Abstract

Neste trabalho apresentamos uma abordagem em que tópicos atuais naárea de astronomia podem ser utilizados para complementar o processo de ensino-aprendizagem em termodinâmica. Nesta direção, discutimos as condições astronômicas que potencialmente permitem o surgimento da vida tal qual conhecemos e introduzimos o conceito de Zona Habitável de maneira integrada ao ensino de termodinâmica, com enfoque nos diagramas de fases. Também apresentamos a lei de Stefan-Boltzmann e introduzimos o conceito de temperatura efetiva, por permitir uma formalização (ainda que de forma introdutória) dos limites da Zona de Habitabilidade em nosso sistema solar. Discutimos detalhadamente as condições de temperatura e pressão em cada um dos planetas rochosos em nosso sistema solar, comparando-os com o diagrama de fases daágua líquida. Além disso, ilustramos como a pesquisa atual em astrobiologia poderá ajudar a encontrar planetas potencialmente habitáveis ao analisarmos dados da literatura com cenários possíveis para a atmosfera do candidato a exoplaneta Gliese 581g. Palavras-chave: zona habitável, astrobiologia, diagrama de fases daágua, habitabilidadeThis work presents an approach where trendy astronominical topics can be used to complement the teachinglearning process in thermodynamics. In this direction, we present a discussion about the astronomical conditions that might potentially allow the emergence of life as we know, and the concept of Habitable Zone was introduced in pair with thermodynamical concepts, with emphasis on phase diagrams. Moreover, we introduced the StefanBoltzmann law and the effective temperature allowing a formal presentation of the Habitable Zone's limits in our solar system. The temperature and pressure conditions on each of the rocky planets in our solar system were discussed in detail and compared with the phase diagram of liquid water. Finally, atmospheric scenarios of the exoplanet candidate Gliese 581g were discussed to illustrate how the current research in astrobiology might help find potentially habitable planets.