Novas descobertas sugerem que o campo magnético da Terra desempenhou um papel surpreendente no transporte de partículas de nossa atmosfera para a lua ao longo de vastos períodos de tempo.
À primeira vista, a lua parece sem vida e inerte. Mas sua superfície pode contar uma história mais complexa. Por bilhões de anos, pequenos fragmentos da atmosfera da Terra provavelmente têm chegado à lua e se incorporado ao seu solo. Esses materiais podem incluir substâncias que poderiam, um dia, ajudar a sustentar a atividade humana na superfície lunar. No entanto, até recentemente, os cientistas não sabiam como essas partículas poderiam percorrer tais distâncias enormes ou há quanto tempo esse processo estava em andamento.
Pesquisadores da Universidade de Rochester agora relatam que o campo magnético da Terra pode ajudar, em vez de impedir, essa transferência. Seu estudo, publicado na Nature Communications Earth and Environment, mostra que partículas atmosféricas levantadas pelo vento solar podem ser guiadas para longe ao longo do campo magnético da Terra. Como este escudo magnético existe há bilhões de anos, ele poderia ter possibilitado um movimento lento, mas contínuo, de material da Terra para a lua ao longo do tempo profundo.
“Ao combinar dados de partículas preservadas no solo lunar com modelagem computacional de como o vento solar interage com a atmosfera da Terra, podemos traçar a história da atmosfera da Terra e seu campo magnético,” diz Eric Blackman, professor no Departamento de Física e Astronomia e cientista distinto no Laboratório de Energia a Laser da URochester (LLE).
Esses resultados sugerem que o solo lunar pode preservar um arquivo de longa duração da atmosfera da Terra. Eles também levantam a possibilidade de que a lua contenha recursos que podem ser valiosos para os astronautas que viverão e trabalharão lá no futuro.
O que as amostras da Apollo revelaram
As rochas e o solo da lua coletados durante as missões Apollo na década de 1970 foram centrais para esta pesquisa. Análises dessas amostras mostram que a camada superficial da lua, conhecida como regolito, contém substâncias voláteis como água, dióxido de carbono, hélio, argônio e nitrogênio. Algumas dessas materiais claramente vêm do vento solar, o fluxo constante de partículas carregadas que jorram do sol. No entanto, as quantidades encontradas, especialmente de nitrogênio, são grandes demais para serem explicadas apenas pelo vento solar.
Em 2005, cientistas da Universidade de Tóquio propuseram que parte dessas voláteis se originou na atmosfera da Terra. Eles argumentaram que essa transferência só poderia ter ocorrido no início da história da Terra, antes que o planeta desenvolvesse um campo magnético. Sua suposição era que, uma vez formado o campo magnético, ele bloquearia as partículas atmosféricas de escaparem para o espaço.
A equipe de Rochester chegou a uma conclusão diferente.
Simulando a jornada da Terra para a Lua
Para entender melhor como as partículas atmosféricas poderiam alcançar a lua, os pesquisadores usaram simulações computacionais avançadas. A equipe incluiu Shubhonkar Paramanick, um estudante de pós-graduação no Departamento de Física e Astronomia e um Horton Fellow no LLE; John Tarduno, professor William R. Kenan, Jr. no Departamento de Ciências da Terra e Ambientais; e Jonathan Carroll-Nellenback, um cientista computacional no Centro de Pesquisa Integrada e professor assistente no Departamento de Física e Astronomia.
Suas simulações testaram duas condições. Uma representou uma versão inicial da Terra sem campo magnético e com um vento solar mais forte. A outra modelou a Terra atual, completa com um campo magnético forte e um vento solar mais fraco. Os resultados mostraram que a transferência de partículas para a lua era muito mais eficaz no cenário da Terra moderna.
Neste caso, o vento solar pode soltar partículas carregadas da parte superior da atmosfera da Terra. Essas partículas então seguem as linhas do campo magnético da Terra, algumas das quais se estendem longe o suficiente no espaço para interseccionar a órbita da lua. Ao longo de bilhões de anos, esse processo atua como um funil lento, permitindo que pequenas quantidades da atmosfera da Terra se depositem na superfície lunar.
Um registro do passado da Terra e um recurso para o futuro
Como essa troca ocorreu ao longo de escalas de tempo tão longas, a lua pode conter um registro químico da história atmosférica da Terra. Estudar o solo lunar poderia oferecer aos cientistas novas percepções sobre como o clima da Terra, os oceanos e até mesmo a vida evoluíram ao longo de bilhões de anos.
A entrega contínua de partículas também sugere que a lua pode conter mais materiais úteis do que se pensava anteriormente. Elementos voláteis como água e nitrogênio poderiam ajudar a sustentar a atividade humana de longo prazo na lua, reduzindo a necessidade de enviar suprimentos da Terra e tornando a exploração futura mais prática.
“Nosso estudo também pode ter implicações mais amplas para entender a fuga atmosférica inicial em planetas como Marte, que hoje não possui um campo magnético global, mas tinha um semelhante ao da Terra no passado, juntamente com uma atmosfera provavelmente mais espessa,” diz Paramanick. “Ao examinar a evolução planetária ao lado da fuga atmosférica em diferentes épocas, podemos obter insights sobre como esses processos moldam a habitabilidade planetária.”
A pesquisa foi apoiada em parte por financiamento da NASA e da Fundação Nacional de Ciência.