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

Os raios cósmicos que atravessam continuamente o Sistema Solar, vindos de fora - da nossa galáxia - poderão não formar um “chuveiro” tão uniforme e omnidirecional como se pensava.

Medições do módulo de aterragem chinês Chang’e 4, estacionado na face oculta da Lua, indicam a existência de uma estranha “cavidade” no fluxo destes raios cósmicos entre a Terra e a Lua, que surge quando ambos os corpos se alinham de uma forma muito específica.

A constatação sugere que os raios cósmicos galácticos não estão distribuídos de maneira tão homogénea quanto assumíamos - e pode vir a abrir margem para estratégias de exploração espacial capazes de reduzir o risco de radiação associado a estas partículas carregadas.

Raios cósmicos galácticos e o perigo da radiação

O espaço é tudo menos calmo: fenómenos energéticos, como explosões de supernovas e os seus remanescentes, lançam partículas aceleradas em todas as direções. Grande parte desse “spray” de alta energia corresponde a protões, a que se somam alguns núcleos de hélio e uma pequena fração de núcleos atómicos mais pesados - partículas que, em princípio, estariam presentes de forma bastante generalizada.

O problema é que se trata de radiação ionizante: o tipo de radiação capaz de arrancar eletrões aos átomos do corpo humano, danificar o ADN e aumentar a probabilidade de mutações que podem conduzir a cancro - ou seja, nada desejável.

Na Terra, a atmosfera absorve a maior parte dos raios cósmicos galácticos (RCG) antes que cheguem ao solo. Ainda assim, estes raios representam um risco radiológico relevante para astronautas e para pilotos que voam a grandes altitudes, um fator aceite como inerente à atividade e tido em conta no desenho de missões e das tecnologias de suporte.

Também se sabe que o fluxo de RCG - isto é, a intensidade do “fundo” de RCG - varia em função do comportamento do Sol. Durante o máximo solar, a intensidade desce de forma marcada, porque o vento solar reforçado e a maior atividade magnética desviam uma grande percentagem das partículas.

O que o Chang’e 4 mediu na face oculta da Lua

Uma nova análise de uma equipa internacional aponta, porém, para outro tipo de “bloqueio”: o campo magnético terrestre também pode afetar os RCG - ainda que o Sol continue a desempenhar um papel indireto no processo.

A evidência vem do Chang’e 4, que está na face oculta da Lua desde 2019 e utiliza o seu instrumento de Neutrões e Dosimetria do Módulo de Aterragem Lunar (LND) para monitorizar protões. Estas medições só são possíveis durante o dia lunar, quando a área onde se encontra é iluminada pelo Sol; quando cai a noite, as temperaturas descem tanto que o módulo não consegue operar.

Paradoxalmente, este funcionamento “do lado diurno” cria uma boa oportunidade para avaliar como o campo magnético da Terra influencia o fluxo de RCG. Os investigadores reuniram dados de 31 ciclos lunares e procuraram variações no fluxo de protões à medida que a Lua percorre a sua órbita em torno da Terra.

Cavidade de raios cósmicos galácticos entre a Terra e a Lua

Os resultados mostraram que, num determinado segmento 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 é cerca de 20 percent lower do que no restante trajeto orbital.

Na interpretação da equipa, este efeito poderá estar ligado ao alinhamento do campo magnético interplanetário, a extensão do campo magnético do Sol que se prolonga pelo Sistema Solar.

À medida que o Sol roda, o seu campo magnético é “torcido” numa forma em espiral conhecida como espiral de Parker. Quando essa espiral se orienta em relação ao sistema Terra–Lua de forma particularmente favorável, abre-se uma cavidade no fluxo de RCG.

"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 campo magnético interplanetário podem alinhar-se de forma a ligarem a Lua à região do forte campo magnético da Terra. Assim, o movimento das partículas ao longo dessas linhas de campo, em particular os protões que aqui reportamos, é afetado pelo forte campo magnético da Terra."

Por outras palavras, as linhas curvas do campo magnético interplanetário descrevem arcos no espaço que, numa posição específica, se inclinam em direção à Terra e cruzam o campo magnético do planeta, formando uma espécie de “sombra” para os RCG. Quando a Lua atravessa essa sombra - um processo que dura cerca de dois dias - o Chang’e 4 regista uma descida no fluxo de protões provenientes dos RCG.

Implicações para missões lunares e atividades extraveiculares

Segundo os investigadores, esta descoberta pode vir a sugerir 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, uma vez que as operações poderiam ser calendarizadas para coincidirem com estes períodos de menor radiação, reduzindo o risco de exposição", escrevem.

"Estudos futuros com conjuntos de dados mais extensos poderão clarificar melhor a extensão espacial e o comportamento desta cavidade, oferecendo uma compreensão mais profunda de potenciais estratégias de proteção contra a radiação, não só para o sistema Terra–Lua, mas potencialmente para missões perto de outros corpos magnetizados no Sistema Solar."

As conclusões foram publicadas na revista Science Advances.