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

O bombardeio constante e praticamente onidirecional de raios cósmicos que atravessam o Sistema Solar, vindos da galáxia além, talvez não seja tão homogéneo quanto se imaginava.

Medições do módulo de pouso chinês Chang'e 4, que opera no lado oculto da Lua, indicam a existência de uma estranha “cavidade” no fluxo desses raios cósmicos entre a Terra e a Lua - um vazio aparente que surge quando os dois corpos ficam alinhados do jeito certo.

A observação sugere que os raios cósmicos galácticos podem estar distribuídos de forma menos uniforme do que se supunha, o que pode abrir espaço para estratégias de exploração espacial capazes de atenuar o risco de radiação associado a essas partículas carregadas.

O que são os raios cósmicos galácticos (GCRs)

O espaço é um ambiente dinâmico, repleto de fenómenos que espalham partículas muito energéticas por toda parte - como explosões de supernovas e restos de supernovas, que arremessam raios cósmicos aleatoriamente a altíssimas velocidades. Em geral, eles são compostos sobretudo por protões, além de alguns núcleos de hélio e uma pequena fração de núcleos atómicos mais pesados, e acredita-se que estejam presentes de maneira relativamente ubíqua.

Essas partículas também são radiação ionizante - ou seja, o tipo de radiação capaz de arrancar eletrões dos átomos do seu corpo, danificar o ADN e elevar o risco de mutações que podem levar ao cancro - nada agradável.

Na Terra, a maior parte dos raios cósmicos galácticos (GCRs) é absorvida pela atmosfera antes de chegar ao solo. Ainda assim, eles representam um risco importante de radiação para astronautas e para pilotos que voam em grandes altitudes. Isso é encarado como parte da profissão e entra no cálculo quando se planeiam missões e se desenvolvem as tecnologias que as suportam.

Variações do fluxo de GCRs e o papel do Sol

O fluxo de GCRs - isto é, a intensidade do fundo de GCRs - pode variar conforme a atividade do Sol. Durante o máximo solar, ele diminui bastante porque o vento solar intensificado e a maior atividade magnética desviam uma grande percentagem dessas partículas.

Segundo uma nova análise de uma equipa internacional, porém, o Sol não é a única “barreira” possível para os GCRs: o campo magnético da Terra também pode bloquear parte deles - ainda que a influência solar continue presente de forma indireta.

O que a Chang'e 4 mediu no lado oculto da Lua

A evidência vem da Chang'e 4, estacionada no lado oculto da Lua desde 2019. O módulo usa o instrumento Lunar Lander Neutron and Dosimetry (LND) para monitorizar protões. Essa recolha só é possível durante o dia lunar, quando a região onde o módulo está recebe luz solar; quando a noite cai, a Lua arrefece a um ponto em que o módulo não consegue operar.

Por outro lado, essa rotina diurna cria uma ótima oportunidade para avaliar como o campo magnético terrestre influencia o fluxo de GCRs. Os investigadores reuniram dados ao longo de 31 ciclos lunares e procuraram por alterações no fluxo de protões à medida que a Lua percorre a sua órbita em torno da Terra.

O resultado apareceu num trecho específico do percurso: no setor pré-meio-dia (antes de a Lua atingir o meio-dia local em relação ao Sol), foi identificada uma região em que o fluxo de protões fica cerca de 20 por cento menor do que no restante da órbita.

Como a espiral de Parker pode criar a cavidade de GCRs

Para os autores, o efeito pode estar ligado ao alinhamento do campo magnético interplanetário (IMF), a porção do campo magnético do Sol que se estende pelo Sistema Solar.

À medida que o Sol gira, as suas linhas magnéticas são torcidas numa estrutura em espiral conhecida como espiral de Parker. Quando essa espiral se alinha com o sistema Terra–Lua de maneira particularmente favorável, forma-se uma cavidade 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 IMF podem alinhar-se de tal forma que conectem a Lua a uma região de campo magnético forte da Terra. Assim, o movimento de partículas ao longo dessas linhas de campo, em particular os protões que relatamos aqui, é afetado pelo forte campo magnético da Terra.”

Na prática, isso significa que as linhas curvas do campo magnético interplanetário arqueiam pelo espaço e, numa posição específica, inclinam-se em direção à Terra e cruzam o campo magnético do planeta, criando uma espécie de “sombra” de GCRs. Quando a Lua atravessa essa sombra - um processo que leva cerca de dois dias - a Chang'e 4 regista uma queda no fluxo de protões provenientes dos GCRs.

Implicações para missões tripuladas na Lua

Segundo os investigadores, a descoberta pode indicar 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, a fim de reduzir 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 dessa cavidade, oferecendo perceções mais profundas sobre estratégias potenciais de proteção contra radiação, não apenas para o sistema Terra–Lua, mas possivelmente para missões próximas a outros corpos magnetizados dentro do Sistema Solar.”

Os resultados foram publicados na Science Advances.