Partículas da atmosfera terrestre têm sido transportadas para o espaço pelo vento solar e aterrissado na Lua por bilhões de anos, misturando-se ao solo lunar, de acordo com um novo estudo.
A pesquisa lança nova luz sobre um enigma que persiste há mais de meio século, desde que as missões Apollo trouxeram amostras lunares com traços de substâncias como água, dióxido de carbono, hélio e nitrogênio incorporados ao regolito — a camada superficial empoeirada da Lua.
Estudos iniciais teorizavam que o Sol era a fonte de algumas dessas substâncias. Mas em 2005, pesquisadores da Universidade de Tóquio sugeriram que elas também poderiam ter se originado da atmosfera de uma Terra jovem, antes do desenvolvimento de seu campo magnético há cerca de 3,7 bilhões de anos.
Os autores suspeitavam que o campo magnético, uma vez estabelecido, teria interrompido esse fluxo ao capturar as partículas e tornar difícil ou impossível seu escape para o espaço.
Agora, a nova pesquisa contradiz essa suposição ao sugerir que o campo magnético da Terra pode ter auxiliado, em vez de bloqueado, a transferência de partículas atmosféricas para a Lua — processo que continua até hoje.
“Isso significa que a Terra tem fornecido gases voláteis como oxigênio e nitrogênio ao solo lunar durante todo esse tempo”, afirmou Eric Blackman, coautor do novo estudo e professor do departamento de física e astronomia da Universidade de Rochester, em Nova York.
O piloto do módulo lunar da Apollo 17, Harrison Schmitt, coletou amostras lunares na Lua em 1972 • NASA via CNN Newsource
“Há muito tempo acredita-se que o satélite natural se formou inicialmente a partir do impacto de um asteroide na proto-Terra, durante o qual houve uma grande mistura inicial desses elementos voláteis do nosso planeta para a Lua”, acrescentou por e-mail.
“Nossos resultados mostram que ainda há compartilhamento de voláteis, mesmo após bilhões de anos.”
A presença de elementos úteis como oxigênio e hidrogênio na superfície lunar pode ser de interesse para a exploração lunar.
“As missões lunares, e eventualmente as colônias lunares que possam surgir um dia, provavelmente precisarão ter recursos autossustentáveis que não precisem ser transportados da Terra”, disse Blackman.
“Por exemplo, as pessoas têm estudado como poderiam processar água do regolito lunar e extrair hidrogênio e oxigênio para produzir combustível. Existem também estudos sobre combustível à base de amônia que aproveitariam o nitrogênio transportado para a Lua pelo e no vento solar.”
Assim, esse material transportado pelo vento solar vai para o solo e se torna parte do recurso local que tais inovações poderiam explorar.
Amostras lunares da Apollo 14 foram analisadas em uma instalação de quarentena em 1971 • NASA via CNN Newsource
Um valioso registro químico
Para o novo estudo, os pesquisadores utilizaram simulações computacionais e testaram dois cenários. Um com vento solar forte — um fluxo de alta velocidade de partículas vindas do Sol — e sem campo magnético ao redor da Terra.
O outro com vento solar mais fraco e um forte campo magnético ao redor da Terra. Os cenários correspondem aproximadamente a um estado antigo e moderno do nosso planeta. A simulação da Terra moderna provou ser o mais eficaz na transferência de fragmentos da atmosfera terrestre para a Lua.
Os pesquisadores então compararam os resultados com dados obtidos diretamente da análise do solo lunar em estudos anteriores.
“Utilizamos amostras lunares trazidas à Terra pelas missões Apollo 14 e 17 para validar nossos resultados”, disse Shubhonkar Paramanick, estudante de pós-graduação no departamento de física e astronomia da Universidade de Rochester. Paramanick foi o autor principal do estudo, publicado em dezembro na revista Nature Communications Earth & Environment.
“Temos esse vento solar chegando à atmosfera terrestre, e então a atmosfera terrestre escapando. Então, tentamos determinar qual seria a proporção dessa mistura, ou distinguir quais partículas são de origem solar e quais são de origem terrestre”, acrescentou ele.
O campo magnético da Terra é gerado por correntes elétricas produzidas pelo movimento de ferro e níquel derretidos no núcleo externo líquido do planeta. Ele se estende longe no espaço, formando um escudo que desvia grande parte do vento solar, que de outra forma eroderia a atmosfera.
Quando o campo magnético interage com o vento solar, cria uma magnetosfera — uma estrutura semelhante a um cometa com uma frente comprimida e uma longa cauda. Quando partículas do vento solar são canalizadas ao longo das linhas da magnetosfera próximas aos polos, obtemos auroras, também conhecidas como luzes do norte e do sul.
A forma da magnetosfera explica por que o vento solar pode arrancar algumas partículas da atmosfera da Terra e guiá-las para o espaço.
De acordo com Blackman, isso também permite que uma fração maior da atmosfera terrestre seja transportada para a Lua em comparação com o modelo não magnetizado ou da Terra antiga.
“O campo magnético não é puramente protetor por duas razões: ele possui uma pressão que de certa forma infla a atmosfera da Terra, dando ao vento solar um pouco mais de acesso à atmosfera”, explicou ele.
“E quando a Lua está em sua fase de lua cheia em sua órbita, ela passa por uma região chamada “cauda magnética”, onde o campo magnético abre um canal que permite que o material atmosférico soprado tome um caminho mais direto até a Lua.”
A Lua passa pela cauda magnética durante alguns dias a cada mês, e as partículas pousam na superfície lunar, onde se incorporam ao solo, já que a Lua não possui atmosfera para bloqueá-las.
Compreender a história dessa interação entre a Lua e a Terra é importante porque fornece um valioso registro químico, ou informações sobre a atmosfera antiga da Terra que podem estar contidas no solo lunar, argumenta o estudo. A composição da atmosfera, segundo Blackman, está conectada à evolução da vida em diferentes estágios da história da Terra.
Uma nova perspectiva
Kentaro Terada, professor de cosmoquímica isotópica e geoquímica da Universidade de Osaka, no Japão, disse estar satisfeito que suas observações tenham sido teoricamente corroboradas. Terada liderou um estudo em 2017 que mostrou como o vento solar e o campo magnético da Terra transportaram oxigênio para a Lua, mas não esteve envolvido na nova pesquisa.
“Há muito tempo se reconhece que a Terra e a Lua coevoluíram fisicamente desde sua formação”, afirmou ele por e-mail.
A descoberta de meteoritos lunares e a observação de fluxos de partículas da Terra carregados pelo vento solar revelam uma nova perspectiva: “os dois corpos também se influenciaram quimicamente — uma espécie de troca de material”, explicou ele, acrescentando que o artigo é “extremamente empolgante em sua discussão abrangente sobre a história da Terra.”
Uma rocha brechada de regolito, com 3,2 bilhões de anos, foi coletada pela Apollo 15 • Michael Wyke/AP via CNN Newsource
A Lua guarda pistas sobre a história e evolução da Terra, e este novo estudo reforça essa noção, segundo Simeon Barber, pesquisador sênior da Universidade Open, no Reino Unido, que não participou do trabalho.
O estudo também é oportuno, acrescentou ele, devido à recente aquisição de novas amostras de solo lunar jovem pela missão Chang”e-5 da China em 2020, bem como as primeiras amostras do lado oculto da Lua pela Chang”e-6 em 2024, que oferecem a oportunidade de testar ainda mais as descobertas.
Além disso, disse Barber, o trabalho vai auxiliar na interpretação dos resultados de futuras sondas robóticas lunares capazes de medir diretamente os elementos voláteis no regolito lunar.