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

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

Medições do módulo de pouso chinês Chang'e 4, que opera no lado oculto da Lua, indicam a existência de uma “cavidade” curiosa no fluxo de raios cósmicos entre a Terra e a Lua - um vazio parcial que aparece quando os dois corpos se alinham de um modo específico.

A constatação sugere que os raios cósmicos galácticos não se distribuem de forma tão uniforme quanto se assumia, e pode abrir espaço para estratégias de exploração que ajudem a reduzir o risco de radiação associado a essas partículas carregadas.

Raios cósmicos galácticos (GCRs) e por que eles são um problema

O espaço é um ambiente agitado, com fenómenos que lançam partículas energéticas em todas as direções - como explosões de supernovas e os restos dessas supernovas, que arremessam raios cósmicos a velocidades altíssimas. Em geral, essas partículas são sobretudo prótons, com uma fração de núcleos de hélio e uma pequena parcela de núcleos atómicos pesados, e acredita-se que estejam presentes de maneira bem disseminada.

Além disso, elas são radiação ionizante - isto é, do tipo que pode arrancar elétrons dos átomos do corpo, danificar o DNA e aumentar o risco de mutações que podem levar ao cancro - ou seja, nada agradável.

Os raios cósmicos galácticos (GCRs, na sigla em inglês) são em grande parte absorvidos pela atmosfera da Terra antes de chegarem ao solo. Ainda assim, representam um perigo relevante de radiação para astronautas e para pilotos em grandes altitudes, algo já considerado inerente à atividade e levado em conta no planeamento de missões e nas tecnologias que as suportam.

Variações do fluxo: o Sol e também o campo magnético da Terra

O fluxo de GCRs - em outras palavras, a intensidade desse “fundo” de GCRs - pode variar conforme a atividade solar. Durante o máximo solar, ele diminui bastante, porque o aumento do vento solar e da atividade magnética desvia uma grande parcela das partículas.

Mas, segundo uma nova análise conduzida por uma equipa internacional, o Sol não é o único fator capaz de bloquear GCRs: o campo magnético da Terra também pode fazer isso - embora o próprio Sol continue envolvido de forma indireta.

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

A evidência vem da Chang'e 4, que está no lado oculto da Lua desde 2019 e usa o seu Instrumento de Nêutrons e Dosimetria do Módulo de Pouso Lunar (LND) para monitorizar prótons. Essas medições só podem ocorrer durante o dia lunar, quando a região onde o módulo está instalado recebe luz do Sol, já que, ao anoitecer, a Lua fica fria demais para que o equipamento continue a operar.

Esse funcionamento no lado iluminado, porém, cria uma excelente oportunidade para avaliar como o campo magnético terrestre influencia o fluxo de GCRs. Os investigadores reuniram dados de 31 ciclos lunares e procuraram variações no fluxo de prótons conforme a Lua percorria a sua órbita em torno da Terra.

Foi assim que identificaram que, em um trecho do percurso - 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 prótons fica cerca de 20 por cento menor do que no restante da órbita.

Como nasce a “cavidade”: espiral de Parker e alinhamento Terra–Lua

Para a equipa, o efeito pode estar ligado ao alinhamento do campo magnético interplanetário, a porção do campo magnético do Sol que se estende por grandes distâncias dentro do Sistema Solar.

À medida que o Sol gira, o seu campo magnético se retorce numa espiral conhecida como espiral de Parker; quando essa estrutura se alinha com o sistema Terra–Lua do jeito certo, abre-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 CMI podem alinhar-se de tal forma que conectem a Lua à região de campo magnético forte da Terra. Assim, o movimento das partículas ao longo dessas linhas de campo, em particular os prótons que relatamos aqui, é afetado pelo forte campo magnético da Terra."

Na prática, as linhas curvas do campo magnético interplanetário descrevem arcos pelo espaço e, numa posição específica, inclinam-se na direção da Terra e cruzam o campo magnético do planeta, gerando 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 prótons provenientes dos GCRs.

Oportunidades para reduzir a dose de radiação em astronautas

Segundo os investigadores, esse achado pode indicar um caminho para diminuir 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, já que as operações podem ser programadas para coincidir com esses períodos de radiação mais baixa, reduzindo o risco de exposição", escrevem os investigadores.

"Estudos futuros com conjuntos de dados ampliados podem 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 perto de outros corpos magnetizados dentro do Sistema Solar."

Os resultados foram publicados na revista Science Advances.