A Lua está "roubando" a atmosfera da Terra e o Sol tem culpa nisso

Partículas da atmosfera terrestre foram levadas para o espaço pelo vento solar e vêm se depositando na Lua há bilhões de anos, misturando-se ao solo lunar, de acordo com um novo estudo.

A pesquisa lança nova luz sobre um enigma que persiste há mais de meio século, desde que as missões Apollo trouxeram amostras lunares com traços de substâncias como água, dióxido de carbono, hélio e nitrogênio incorporadas no regolito — a camada superficial empoeirada da Lua.

Estudos iniciais teorizaram que o Sol era a fonte de algumas dessas substâncias. Mas, em 2005, pesquisadores da Universidade de Tóquio sugeriram que elas também poderiam ter se originado da atmosfera de uma Terra jovem, antes do desenvolvimento de um campo magnético, há cerca de 3,7 bilhões de anos.

Os autores suspeitaram que o campo magnético, uma vez estabelecido, teria interrompido o fluxo, aprisionando as partículas e tornando difícil ou impossível sua fuga para o espaço.

Agora, a nova pesquisa contesta essa suposição, sugerindo que o campo magnético da Terra pode ter ajudado, em vez de bloquear, a transferência de partículas atmosféricas para a Lua — processo que continua até hoje.

“Isso significa que a Terra tem fornecido gases voláteis, como oxigênio e nitrogênio, ao solo lunar durante todo esse tempo”, disse Eric Blackman, coautor do novo estudo e professor do departamento de física e astronomia da Universidade de Rochester, em Nova York.

Exploração lunar

“Há muito se acredita que a Lua se formou inicialmente a partir do impacto de um asteroide na proto-Terra (Terra primitiva), durante o qual houve uma grande mistura inicial de substâncias voláteis da Terra para a Lua”, acrescentou ele por e-mail. “Nossos resultados mostram que ainda há compartilhamento de substâncias voláteis, mesmo após bilhões de anos.”

A presença de elementos úteis como oxigênio e hidrogênio na superfície da Lua pode ser de interesse para a exploração lunar.

“As missões lunares, e em última instância as colônias lunares que possam surgir algum dia, provavelmente precisarão de recursos autossustentáveis que não precisem ser transportados da Terra”, disse Blackman.

“Por exemplo, já se estudou como processar a água do regolito lunar e extrair hidrogênio e oxigênio para produzir combustível. Há também estudos sobre combustíveis à base de amônia que aproveitariam o nitrogênio transportado para a Lua pelo vento solar. Assim, esse material transportado pelo vento solar se incorpora ao solo e se torna parte dos recursos locais que essas inovações poderiam explorar.”

Um valioso registro químico

Para o novo estudo, os pesquisadores usaram simulações computacionais e testaram dois cenários. Um deles apresentava vento solar forte — um fluxo de partículas em alta velocidade proveniente do Sol — e ausência de campo magnético ao redor da Terra. O outro apresentava vento solar mais fraco e um forte campo magnético ao redor da Terra. Os cenários correspondem, em linhas gerais, a um estado antigo e a um estado atual do nosso planeta. O cenário da Terra moderna mostrou-se o mais eficaz na transferência de fragmentos da atmosfera terrestre para a Lua.

Em seguida, os pesquisadores compararam os resultados com dados obtidos diretamente da análise do solo lunar em estudos anteriores.

“Utilizamos amostras lunares trazidas à Terra pelas missões Apollo 14 e 17 para validar nossos resultados”, disse Shubhonkar Paramanick, estudante de pós-graduação no departamento de física e astronomia da Universidade de Rochester. Paramanick foi o autor principal do estudo, publicado em dezembro na revista Nature Communications Earth & Environment.

“Temos esse vento solar chegando à atmosfera terrestre, e então a atmosfera terrestre escapando. Então, tentamos determinar qual seria a proporção dessa mistura, ou distinguir quais partículas são de origem solar e quais são de origem terrestre”, acrescentou.

O campo magnético da Terra é gerado por correntes elétricas produzidas pelo movimento de ferro e níquel fundidos no núcleo externo líquido do planeta. Ele se estende por uma vasta área no espaço, formando um escudo que desvia grande parte do vento solar, que, de outra forma, erodiria a atmosfera.

GALERIA - Veja imagens da missão Apollo 11

Quando o campo magnético interage com o vento solar, cria uma magnetosfera — uma estrutura semelhante à de um cometa, com uma frente comprimida e uma longa cauda. Quando as partículas do vento solar são canalizadas ao longo das linhas da magnetosfera perto dos polos, obtemos auroras, também conhecidas como luzes do norte e luzes do sul.

O formato da magnetosfera explica por que o vento solar consegue arrancar algumas partículas da atmosfera terrestre e guiá-las para o espaço. Também permite que uma fração maior da atmosfera da Terra seja transportada para a Lua do que no modelo da Terra não magnetizada, ou modelo da Terra antiga, de acordo com Blackman.

“O campo magnético não é puramente protetor por dois motivos: ele exerce pressão, o que de certa forma infla a atmosfera da Terra, dando ao vento solar um pouco mais de acesso à atmosfera”, disse ele. “E quando a Lua está na fase de lua cheia de sua órbita, ela passa por uma região chamada ' magnetocauda ', onde o campo magnético abre um canal que permite que o material atmosférico expelido siga um caminho mais direto até a Lua.”

A Lua atravessa a magnetosfera durante alguns dias por mês, e as partículas pousam na superfície lunar, onde se incorporam ao solo, pois a Lua não possui atmosfera para bloqueá-las.

Compreender a história dessa interação entre a Lua e a Terra é importante porque fornece um valioso registro químico, ou seja, informações sobre a atmosfera antiga da Terra que podem estar contidas no solo lunar, argumenta o estudo. A composição da atmosfera, disse Blackman, está ligada à evolução da vida em diferentes estágios da história da Terra.

Uma nova perspectiva

Kentaro Terada, professor de cosmoquímica isotópica e geoquímica na Universidade de Osaka, no Japão, disse estar muito satisfeito com a corroboração teórica de suas observações. Terada liderou um estudo de 2017 que demonstrou como o vento solar e o campo magnético da Terra transportaram oxigênio para a Lua, mas não participou da nova pesquisa.

“Há muito se reconhece que a Terra e a Lua coevoluíram fisicamente desde a sua formação”, disse ele em um e-mail. A descoberta de meteoritos lunares e a observação de fluxos de partículas da Terra transportados pelo vento solar revelam uma nova perspectiva: “os dois corpos também se influenciaram quimicamente — uma espécie de troca de matéria”, explicou, acrescentando que o artigo é “extremamente interessante em sua discussão abrangente da história da Terra”.

A Lua guarda pistas sobre a história e a evolução da Terra, e este novo estudo reforça essa noção, de acordo com Simeon Barber, pesquisador sênior da Open University, no Reino Unido, que não participou do estudo.

O estudo também é oportuno, acrescentou ele, devido à recente aquisição de novas amostras de solo lunar jovem pela missão Chang'e-5 da China em 2020, bem como às primeiras amostras do lado oculto da Lua pela Chang'e-6 em 2024 , o que oferece a oportunidade de testar ainda mais as descobertas.

Além disso, Barber afirmou que o trabalho contribuirá para a interpretação dos resultados dos futuros módulos de pouso robóticos lunares capazes de medir diretamente os elementos voláteis no regolito lunar.