2804: A ciência solar tem um futuro brilhante na Lua

CIÊNCIA

À medida que a Lua orbita a Terra, gira à mesma velocidade – um tipo especial de bloqueio de marés chamado rotação síncrona. Como resultado, um lado da Lua está sempre virado para a Terra.
Crédito: SVS da NASA/Ernie Wright

Existem muitas razões pelas quais a NASA está a perseguir a missão Artemis de fazer regressar astronautas à Lua até 2024: é uma maneira crucial de estudar a própria Lua e de pavimentar um caminho seguro para Marte. Mas também é um óptimo lugar para aprender mais sobre a protecção da Terra, que é apenas uma parte do maior sistema Sol-Terra.

Os heliofísicos – cientistas que estudam o Sol e a sua influência na Terra – também enviarão as suas próprias missões da NASA como parte do programa Artemis. O seu objectivo é entender melhor o complexo ambiente espacial que rodeia o nosso planeta, grande parte do qual é impulsionado pelo nosso Sol. Quanto mais entendermos esse sistema, melhor poderemos proteger a tecnologia espacial, as comunicações por rádio e as redes utilitárias da ira da nossa estrela mais próxima.

Aqui ficam cinco razões pelas quais os heliofísicos estão ansiosos por estas oportunidades lunares.

1. É um Satélite Estável

A primeira vantagem da ciência com base na Lua diz respeito à instabilidade dos satélites artificiais, que muito transtorna os cientistas espaciais.

Os satélites são mais instáveis do que se imagina. São feitos de metais que se expandem e se contraem com as mudanças de temperatura. Transportam telescópios que constantemente giram para permanecerem apontados para os alvos. Disparam motores e giram as rodas de reacção para permanecer em órbita. Cada uma destas manobras causa tremulação, que pode provocar erros nas medições, medições estas que exigem precisão.

Mas a Lua – o único satélite natural da Terra – é uma viagem muito mais suave.

“A Lua é um bom lugar estável – não treme nem tremula como uma nave espacial,” disse David Sibeck, heliofísico do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. “Qualquer pessoa que tente fazer medições de alta resolução ficará feliz em não precisar de se preocupar com a instabilidade.”

Um ambiente sem instabilidade é uma vantagem para todas as ciências espaciais, mas existem bónus adicionais para os heliofísicos que estudam as auroras. A uma média de 384.400 km da Terra, a Lua tem uma excelente vista das auroras da Terra quando se movem equatorialmente durante tempestades geo-magnéticas. Além disso, como o mesmo lado da Lua está sempre virado para a Terra, os telescópios não precisam de ser tão ajustados. Colocados à superfície, a Lua mantém-nos apontados.

2. Observação de Eclipses

Muito antes da era espacial, os cientistas contavam com a Lua para ajudá-los a estudar o Sol. Observadores pacientes esperavam eclipses solares totais, quando a Lua bloqueia a superfície brilhante do Sol. Só então é que podiam ver a sua ténue atmosfera exterior, conhecida como coroa.

Mas as esperas podem ser longas. Um eclipse solar total ocorre em algum lugar da Terra a cada 18 meses. Para qualquer local específico, é mais uma vez a cada quatro séculos.

“Obtemos resultados fantásticos com os eclipses,” disse John Cooper, heliofísico de Goddard. “Mas não temos eclipses todos os dias.”

Mas um telescópio de observação solar, no tipo certo de órbita em torno da Lua, pode gerar eclipses “sob demanda”. Em vez de esperarmos que a Lua se mova pela linha de visão do telescópio, Cooper, explica, movemos a nossa linha de visão para trás da Lua.

“Basicamente, estamos a usar o limbo lunar contra o céu escuro e profundo,” disse Cooper. Dado que a Lua não tem uma atmosfera que distorce a imagem, as medições seriam ainda mais nítidas do que as feitas na Terra.

A partir da sua órbita íntima, um telescópio do género não geraria eclipses solares totais – estudaria, sim, uma parte do limbo do Sol de cada vez. Mas Cooper calcula que podemos ver tanto os lados este como este do limbo do Sol uma vez a cada órbita – duas vistas de alta resolução, todos os dias.

3. Está Fora do Campo Magnético da Terra

O clima espacial faz parte da heliofísica, onde a ciência pura é aplicada em tempo real. Os cientistas do clima espacial estudam o Sol – incluindo o seu fluxo constante de vento solar – e os seus impactos na Terra. Estes investigadores precisam de acertar na física fundamental para manter seguras as nossas valiosas comunicações e satélites GPS. Mas determinar se um satélite está em perigo pode ser complicado.

A segurança de um satélite depende, em parte, se está dentro ou fora da magneto-pausa da Terra. A magneto-pausa é uma “terra de ninguém” móvel, onde o escudo magnético do nosso planeta termina e tem início todo o impacto do clima espacial. Aqui dentro, estamos em grande parte seguros. Fora, não estamos.

Mas, de momento, a única maneira de saber onde está essa fronteira, é voar através dela.

“Às vezes existem oscilações nos dados e podemos ver o cruzar dessa fronteira,” disse Sibeck. “Às vezes, vemos dez oscilações.”

Mas há outra maneira de encontrar a magneto-pausa se pudermos afastar-nos o suficiente para lá do escudo magnético da Terra. Quando o vento solar atinge a atmosfera da Terra, logo para lá da magneto-pausa, emite raios-X. Um telescópio de raios-X, colocado correctamente, podia capturar essa radiação e rastrear a localização da magneto-pausa.

É por isso que Sibeck pertence a uma equipa, liderada pelo cientista espacial Brian Walsh da Universidade de Boston, que está a querer colocar um telescópio de raios-X na Lua.

“Ninguém ainda obteve estas imagens globais e a Lua tem um bom ponto de vista de fora do campo magnético da Terra,” explicou Sibeck.

A missão LEXI (Lunar Environment heliospheric X-ray Imager), será colocada na superfície lunar para obter imagens globais, em tempo real, da magneto-pausa. No dia 1 de Julho de 2019, a NASA anunciou que a LEXI estará entre as primeiras cargas lunares a participar da missão Artemis. Esperam estar à superfície da Lua em 2022.

O instrumento LEXI terá pouco mais de um metro, mas a superfície lunar pode acomodar telescópios de raios-X muito maiores. Boas notícias, porque os raios-X são difíceis de focar; os telescópios mais longos obtêm imagens de resolução muito mais alta. O requisito de ser grande colocou um problema; alguns satélites simplesmente não têm tamanho suficiente para os transportar. “Mas na Lua as coisas podem ser realmente grandes,” acrescentou Sibeck.

4. Podemos “Desenterrar” a História do Sol

A resposta para algumas perguntas da heliofísica encontram-se enterradas na própria Lua.

“A Lua é como uma cápsula no tempo,” disse Steve Clarke, Administrador Associado Adjunto para Exploração da NASA. “Como foi formada ao mesmo tempo que a Terra, tem a história do Sistema Solar à sua superfície.”

Durante os seus primeiros mil milhões de anos, o Sol provavelmente girou mais depressa do que gira hoje, disparando um volume maior de erupções solares e electrificando o próprio espaço que formava planetas. Mas, para ter certeza de como foram esses primeiros mil milhões de anos, precisamos de evidências de coisas que ocorreram há muito, muito tempo.

A Lua – que não possui atmosfera, nem água líquida, nem placas tectónicas – fornece esse mesmo registo histórico. As erupções solares de há milhares de milhões de anos deixaram vestígios imperturbados na poeira lunar.

Um artigo recente analisou a poeira lunar para estudar a quantidade de voláteis – elementos como sódio e potássio, com baixos pontos de ebulição – que permaneceram nas amostras lunares. Estes voláteis são expulsos da Lua quando partículas solares energéticas atingem a superfície lunar. Ao analisar quanto destes elementos foram esgotados ao longo do tempo, os cientistas viram os primeiros mil milhões de anos do nosso Sol num contexto mais amplo. Embora tenha girado mais depressa do que gira hoje, em comparação com outras estrelas ainda é lenta, girando mais devagar do que 50% das estrelas semelhantes – e tendo surtos explosivos com muito menos frequência do que poderia ter tido.

“Poderia ter sido um ambiente muito mais severo,” disse Prabal Saxena, autor principal do estudo e astrónomo de Goddard.

Ainda há mais história antiga para aprender com a poeira lunar. A Lua não tem um campo magnético global – mas pode ter tido um no passado. Amostras dos pólos da Lua, onde a próxima missão Artemis planeia aterrar, podiam mostrar se um campo magnético histórico mudou o padrão de voláteis deixado para trás.

5. É uma Plataforma de Testes para Marte

Par os futuros astronautas na Lua e em Marte, o clima espacial exigirá atenção constante. O Sol liberta muitas “coisas” – e essas “coisas” viajam depressa.

Na Lua, os raios-X das explosões solares atingem a superfície em oito minutos. As ejecções de massa coronal – nuvens gigantes de partículas carregadas e quentes – podem chegar em 24 horas. As partículas energéticas solares, ou PESs, são mais raras, mas ainda mais rápidas e perigosas.

As PESs atingem 10, 20% da velocidade da luz, chegando até nós numa hora,” afirmou Karin Muglach, física solar do Laboratório do Clima Espacial de Goddard. “Estas coisas são como balas.”

Tendo em conta que a Lua está a apenas um segundo-luz de distância, os sistemas de aviso na Terra devem ser suficientes para proteger os astronautas na Lua. “Mas se formos para Marte, as comunicações podem demorar bastante,” disse Muglach.

Testar estes sistemas de protecção, nas proximidades, é uma das razões pelas quais a NASA quer regressar à Lua antes de ir para Marte.

Para a Lua, e Além

À medida que a NASA avança para a Lua e depois para Marte, surgem novas oportunidades para aprender sobre a ligação Sol-Terra. Mas não é apenas ciência básica. A influência do Sol preenche o espaço em nosso redor – o próprio espaço que os futuros astronautas terão que navegar e entender.

“Nem todas as ciências têm este aspecto realmente prático,” disse Jim Spann, principal cientista do clima espacial na sede da NASA em Washington, DC. “É um aspecto muito especial.”

Astronomia On-line
8 de Outubro de 2019