3514: Reimaginando a heliosfera, a bolha protectora do nosso Sistema Solar

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Será este o aspecto da heliosfera? Uma nova investigação sugere que sim. O tamanho e a forma do “campo de forças” magnético que protege o nosso Sistema Solar dos mortíferos raios cósmicos há muito que são debatidos pelos astrofísicos.
Crédito: Merav Opher, et al.

Está a viver numa bolha. Não é uma bolha metafórica – uma bolha real e literal. Mas não se preocupe, estamos todos. Todo o planeta, e todos os outros planetas do Sistema Solar, também estão na bolha. E podemos dever a nossa existência a ela.

Os físicos espaciais chamam esta bolha de heliosfera. É uma região vasta, que se estende a mais do dobro da distância de Plutão, que lança um “campo de forças” magnético em redor de todos os planetas, desviando partículas carregadas que, de outra forma, carregariam sobre o Sistema Solar e até rasgariam o nosso ADN, caso tivesse azar suficiente para se colocar no caminho delas.

A heliosfera deve a sua existência à interacção de partículas carregadas que fluem do Sol (o chamado vento solar) e partículas de fora do Sistema Solar. Embora pensemos no espaço entre as estrelas como perfeitamente vazio, na verdade é ocupado por uma mistura fina de poeira e gás de outras estrelas – estrelas vivas, estrelas mortas e estrelas que ainda não nasceram. Em média, por toda a Galáxia, cada volume de espaço do tamanho de um cubo de açúcar contém apenas um único átomo, e a área em redor do nosso Sistema Solar é ainda menos densa.

O vento solar está constantemente a empurrar este material interestelar. Mas quanto mais longe estiver do Sol, mais fraco esses empurrões se tornam. Após dezenas de milhares de milhões de quilómetros, a matéria interestelar começa a empurrar de volta. A heliosfera termina onde as duas forças se equilibram. Mas onde está, exactamente, este limite, e qual o seu aspecto?

Merav Opher, professora de astronomia na Faculdade de Artes e Ciências e do Centro para Física Espacial, ambos na Universidade de Boston, tem vindo a examinar estas questões há quase 20 anos. E, ultimamente, as suas respostas têm provocado um rebuliço.

Dado que todo o nosso Sistema Solar está em movimento através do espaço interestelar, a heliosfera, apesar do seu nome, não é realmente uma esfera. Os físicos espaciais há muito tempo que comparam a sua forma com a de um cometa, com um “nariz” redondo num lado e uma longa cauda que se estende na direcção oposta. Procure na Internet imagens da heliosfera, e esta é a imagem que certamente vai encontrar.

Mas em 2015, usando um novo modelo de computador e dados da sonda Voyager 1, Opher e o seu co-autor James Drake da Universidade de Maryland, chegaram a uma conclusão diferente: propuseram que a heliosfera tem na verdade a forma de um crescente – não muito diferente de um croissant. Neste modelo de “croissant”, dois jactos estendem-se a jusante do nariz, em vez de uma única cauda que desvanece. “Isto deu início à conversa sobre a estrutura global da heliosfera,” diz Opher.

O seu artigo não foi o primeiro a sugerir que a heliosfera não tinha o aspecto de um cometa, realça, mas deu foco a um debate recém-energizado. “Foi muito contencioso,” diz. “Estava a ser criticada em todas as conferências! Mas mantive-me firme.”

Então, dois anos após o início do debate sobre o “croissant”, as leituras da sonda Cassini, que orbitou Saturno de 2004 a 2017, sugeriram ainda outra visão da heliosfera. Cronometrando partículas que ecoavam nos limites da heliosfera e correlacionando-as com iões medidos pelas duas sondas Voyager, os cientistas da Cassini concluíram que a heliosfera é realmente quase redonda e simétrica: nem um cometa nem um croissant, mas mais como uma bola de praia. O resultado foi tão controverso quanto o croissant. “Não aceitamos facilmente este tipo de mudança,” diz Tom Krimigis, que liderou experiências tanto na Cassini como nas Voyager. “Toda a comunidade científica que trabalha nesta área havia assumido, durante mais de 55 anos, que a heliosfera tinha uma cauda parecida à de um cometa.”

Agora, Opher, Drake e os colegas Avi Loeb da Universidade de Harvard e Gabor Toth da Universidade de Michigan criaram um novo modelo tridimensional da heliosfera que poderá reconciliar o “croissant” com a bola de praia. O seu trabalho foi publicado na revista Nature Astronomy no passado dia 16 de Março.

Ao contrário dos modelos anteriores, que assumiram que as partículas carregadas no Sistema Solar pairavam em torno da mesma temperatura média, o novo modelo divide as partículas em dois grupos. Primeiro estão as partículas carregadas vindas directamente do vento solar. Em segundo, o que os físicos espaciais chamam de iões “pickup”. Estas são partículas que entraram no Sistema Solar numa forma electricamente neutra – como não são desviados pelos campos magnéticos, as partículas neutras podem “simplesmente entrar”, diz Opher – mas viram os seus electrões arrancados.

A nave New Horizons, que está agora a explorar o espaço para lá de Plutão, revelou que estas partículas se tornam centenas ou milhares de vezes mais quentes do que os comuns iões do vento solar à medida que são transportados pelo vento solar e acelerados pelo seu campo eléctrico. Mas foi apenas graças à modelagem da temperatura, densidade e velocidade dos dois grupos de partículas, separadamente, que os investigadores descobriram a sua excessiva influência na forma da heliosfera.

Esta forma, de acordo com o novo modelo, na verdade divide a diferença entre um croissant e a esfera. Chamemos-lhe de bola de praia vazia ou croissant “bulboso”: de qualquer maneira, parece ser algo com o qual a equipa de Opher e os investigadores da Cassini concordam.

O novo modelo parece muito diferente daquele modelo clássico de cometa. Mas os dois podem ser realmente mais idênticos do que parecem, diz Opher, dependendo exactamente de como definimos o limite da heliosfera. Pensemos em transformar uma foto em escala de cinza em apenas preto e branco: a imagem final depende muito de exactamente qual o tom de cinza que escolhemos como a linha divisória entre preto e branco.

Mas, porque é que haveríamos de nos preocupar com a forma da heliosfera? Os investigadores que estudam os exoplanetas – planetas em torno de outras estrelas – estão profundamente interessados em comparar a nossa heliosfera com as de outras estrelas. Poderiam o vento solar e a heliosfera ser ingredientes-chave na receita da vida? “Se queremos compreender o nosso ambiente, temos que compreender toda esta heliosfera,” diz Loeb, colaborador de Opher em Harvard.

E ainda há a questão daquelas partículas interestelares destruidoras de ADN. Os investigadores ainda estão a trabalhar no que, exactamente, significam para a vida na Terra e para os outros planetas. Alguns pensam que podem realmente ter ajudado a conduzir as mutações genéticas que levaram a formas de vida como nós, diz Loeb. “Na quantidade certa, introduzem mudanças, mutações que permitem que um organismo evolua e se torne mais complexo,” explica. Mas a diferença entre o remédio e o veneno é a dose, já diz o ditado. “Há sempre um equilíbrio delicado ao lidar com a vida como a conhecemos. Algo bom em demasia, é mau,” diz Loeb.

No entanto, quando se trata de dados, raramente há algo bom em demasia. E, embora os modelos pareçam estar a convergir, ainda estão limitados por uma escassez de dados das áreas exteriores do Sistema Solar. É por isso que investigadores como Opher esperam estimular a NASA para lançar uma sonda interestelar de próxima geração que abrirá um caminho através da heliosfera e detectará directamente iões “pickup” perto da periferia da heliosfera. Até agora, apenas as naves espaciais Voyager 1 e 2 passaram essa fronteira, e foram lançadas há mais de 40 anos, carregando instrumentos de uma era mais antiga, construídos para fazer um trabalho diferente. Os defensores da missão do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins dizem que uma nova sonda poderá ser lançada algures na década de 2030 e que poderá começar a explorar o limite da heliosfera 10 ou 15 anos depois disso.

“Com a Sonda Interestelar, esperamos resolver pelo menos alguns dos inúmeros mistérios que as Voyager começaram a levantar,” diz Opher. E isso, acha ela, vale a pena a espera.

Astronomia On-line
24 de Março de 2020

 

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