Chang'e 4 revela cavidade de raios cósmicos entre a Terra e a Lua

A chuva constante e omnidirecional de raios cósmicos que atravessa o Sistema Solar a partir da galáxia além talvez não seja tão homogénea quanto se imaginava.

Medições do pousador chinês Chang'e 4, na face oculta da Lua, indicam a existência de uma estranha “cavidade” no fluxo de raios cósmicos entre a Terra e a Lua - um vazio que surge quando os dois corpos se alinham de uma forma muito específica.

O achado aponta para a possibilidade de que os raios cósmicos galácticos não estejam distribuídos de maneira tão uniforme quanto se supunha, o que pode abrir caminhos para estratégias de exploração espacial capazes de atenuar o risco de radiação associado a essas partículas carregadas.

O ambiente espacial é agitado e cheio de fenómenos que espalham partículas altamente energéticas pelo cosmos - como explosões de supernovas e os seus remanescentes, que lançam raios cósmicos para todos os lados a velocidades elevadas. Essas partículas são, em grande parte, protões, além de alguns núcleos de hélio e uma pequena fração de núcleos atómicos pesados, e acredita-se que estejam presentes de forma relativamente ubíqua.

O problema é que elas também são radiação ionizante - isto é, o tipo de radiação capaz de arrancar eletrões dos átomos do seu corpo, danificar o ADN e aumentar o risco de mutações que podem levar ao cancro - ou seja, nada desejável.

Os raios cósmicos galácticos (GCRs) são em grande parte absorvidos pela atmosfera terrestre antes de alcançarem a superfície. Ainda assim, representam um perigo significativo de radiação para astronautas e para pilotos que voam em grandes altitudes - algo considerado parte do trabalho e incorporado no planeamento de missões e no desenho das tecnologias que as suportam.

Outro ponto importante é que o fluxo de GCRs - isto é, a intensidade do “fundo” de GCRs - varia de acordo com a atividade solar. Durante o máximo solar, esse fluxo cai bastante, porque o vento solar mais intenso e a maior atividade magnética desviam uma parcela grande das partículas.

O que a Chang'e 4 observou na Lua

Uma nova análise de uma equipa internacional sugere que o Sol não é a única “barreira” capaz de interferir nos GCRs: o campo magnético da Terra também pode bloquear parte dessas partículas - embora o Sol continue envolvido de forma indireta.

A evidência vem do Chang'e 4, que está estacionado na face oculta da Lua desde 2019 e usa o seu instrumento de Nêutrons e Dosimetria do Pousador Lunar (LND) para monitorizar protões. Esse acompanhamento só é possível durante o dia lunar, quando a região onde o módulo está fica iluminada pelo Sol, já que a queda de temperatura durante a noite lunar torna o ambiente frio demais para a operação do equipamento.

Essa janela de funcionamento diurno, porém, é particularmente útil para avaliar como o campo magnético terrestre afeta o fluxo de GCRs. Os investigadores reuniram dados ao longo de 31 ciclos lunares e procuraram alterações no fluxo de protões conforme a Lua percorria a sua órbita em torno da Terra.

A “cavidade” no fluxo de raios cósmicos galácticos (GCRs)

Os dados mostraram que, num trecho específico da órbita - o setor pré-meio-dia, antes de a Lua atingir o meio-dia local em relação ao Sol - existe uma região em que o fluxo de protões fica cerca de 20 por cento menor do que no restante do percurso orbital.

Na interpretação dos autores, isso pode estar ligado ao alinhamento do campo magnético interplanetário (CMI), que corresponde à porção do campo magnético do Sol que se estende para longe, atravessando o Sistema Solar.

À medida que o Sol gira, o seu campo magnético vai sendo torcido e formando uma estrutura em espiral conhecida como espiral de Parker. Quando essa configuração se alinha com o sistema Terra–Lua do modo “certo”, abre-se uma cavidade no fluxo de GCRs.

"Em geral, o movimento de partículas carregadas num campo magnético é caracterizado por uma espiral helicoidal ao longo das linhas do campo magnético", escrevem os investigadores.

"Quando a Lua está localizada no setor pré-meio-dia sob as condições da espiral de Parker, as linhas locais do CMI podem alinhar-se de tal forma que conectam a Lua à região do campo magnético forte da Terra. Assim, o movimento de partículas ao longo dessas linhas de campo, em particular os protões que reportamos aqui, é afetado pelo forte campo magnético da Terra."

Em termos práticos, as linhas curvas do CMI arqueiam pelo espaço e, numa posição específica, inclinam-se na direção da Terra, cruzando o campo magnético do planeta e criando uma espécie de “sombra” de GCRs. Quando a Lua atravessa essa sombra - um processo que dura cerca de dois dias - o Chang'e 4 regista a queda no fluxo de protões provenientes dos GCRs.

Implicações para missões tripuladas e atividades extraveiculares

Segundo os autores, o resultado pode apontar uma forma de reduzir a exposição de astronautas à radiação.

"Esta descoberta fornece uma estratégia potencial para o planeamento de missões, especialmente para missões lunares [tripuladas] e atividades extraveiculares, pois as operações poderiam ser programadas para coincidir com esses períodos de menor radiação, reduzindo o risco de exposição", escrevem os investigadores.

"Estudos futuros com conjuntos de dados mais extensos poderiam esclarecer ainda mais a extensão espacial e o comportamento desta cavidade, oferecendo perceções mais profundas sobre estratégias potenciais de proteção contra a radiação, não apenas para o sistema Terra–Lua, mas possivelmente também para missões nas proximidades de outros corpos magnetizados dentro do Sistema Solar."

As conclusões foram publicadas na Science Advances.