Terra e Lua já compartilharam um escudo magnético, protegendo suas atmosferas

Quatro bilhões e meio de anos atrás, a superfície da Terra era uma bagunça quente e ameaçadora. Muito antes do surgimento da vida, as temperaturas eram terríveis e o ar era tóxico. Além disso, como uma criança, o Sol bombardeou nosso planeta com violentas explosões de radiação chamadas chamas e ejeções de massa coronal. Fluxos de partículas carregadas chamadas de vento solar ameaçavam nossa atmosfera. Nosso planeta era, em suma, inabitável. 

Mas um escudo vizinho pode ter ajudado nosso planeta a reter sua atmosfera e eventualmente continuar a desenvolver vida e condições habitáveis. Esse escudo era a Lua, diz um estudo liderado pela NASA na revista Science Advances .

"A Lua parece ter representado uma barreira protetora substancial contra o vento solar para a Terra, o que foi fundamental para a capacidade da Terra de manter sua atmosfera durante este tempo", disse Jim Green, cientista-chefe da NASA e principal autor do novo estudo. "Estamos ansiosos para acompanhar essas descobertas quando a NASA enviar astronautas à Lua por meio do programa Artemis, que retornará amostras críticas do Pólo Sul lunar."

Uma breve história da Lua

A Lua se formou 4,5 bilhões de anos atrás, quando um objeto do tamanho de Marte chamado Theia colidiu com a proto-Terra quando nosso planeta tinha menos de 100 milhões de anos, de acordo com as principais teorias. Resíduos da colisão se aglutinaram na Lua, enquanto outros remanescentes se reincorporaram à Terra. Por causa da gravidade, a presença da Lua estabilizou o eixo de rotação da Terra. Naquela época, nosso planeta girava muito mais rápido, com um dia de apenas 5 horas.

E nos primeiros dias, a Lua estava muito mais perto também. Conforme a gravidade da Lua atrai nossos oceanos, a água é ligeiramente aquecida e essa energia é dissipada. Isso faz com que a Lua se afaste da Terra a uma taxa de 1,5 polegadas por ano, ou aproximadamente a largura de duas moedas adjacentes. Com o tempo, isso realmente aumenta. Há 4 bilhões de anos, a Lua estava três vezes mais perto da Terra do que hoje - cerca de 80.000 milhas de distância, em comparação com os atuais 238.000 milhas. Em algum ponto, a Lua também ficou "travada pela maré", o que significa que a Terra vê apenas um lado dela.

Os cientistas pensaram que a Lua nunca teve um campo magnético global duradouro porque tem um núcleo muito pequeno. Um campo magnético faz com que as cargas elétricas se movam ao longo de linhas invisíveis, que se curvam em direção à Lua nos pólos. Os cientistas já sabem há muito tempo sobre o campo magnético da Terra, que cria auroras lindamente coloridas nas regiões árticas e antárticas. O movimento do ferro líquido e do níquel nas profundezas da Terra, ainda fluindo por causa do calor que sobrou da formação da Terra, gera os campos magnéticos que formam uma bolha protetora ao redor da Terra, a magnetosfera.

Mas, graças a estudos de amostras da superfície lunar das missões Apollo, os cientistas descobriram que a Lua também já teve uma magnetosfera. As evidências continuam a crescer a partir de amostras que foram seladas por décadas e recentemente analisadas com tecnologia moderna.

Como a Terra, o calor da formação da Lua teria mantido o ferro fluindo bem no fundo, embora não por tanto tempo devido ao seu tamanho.

"É como fazer um bolo: você tira do forno e ele ainda está esfriando", disse Green. "Quanto maior a massa, mais tempo leva para esfriar."

Um escudo magnético

O novo estudo simula como os campos magnéticos da Terra e da Lua se comportaram cerca de 4 bilhões de anos atrás. Os cientistas criaram um modelo de computador para observar o comportamento dos campos magnéticos em duas posições em suas respectivas órbitas.

Em certos momentos, a magnetosfera da Lua teria servido como uma barreira para a forte radiação solar que chovia no sistema Terra-Lua, escrevem os cientistas. Isso porque, de acordo com o modelo, as magnetosferas da Lua e da Terra estariam magneticamente conectadas nas regiões polares de cada objeto. O que é importante para a evolução da Terra, as partículas do vento solar de alta energia não podiam penetrar completamente no campo magnético acoplado e remover a atmosfera.

Mas houve alguma troca atmosférica também. A extrema luz ultravioleta do Sol teria retirado os elétrons das partículas neutras da atmosfera superior da Terra, tornando essas partículas carregadas e permitindo-lhes viajar para a Lua ao longo das linhas do campo magnético lunar. Isso pode ter contribuído para que a Lua também mantivesse uma atmosfera rarefeita naquela época. A descoberta de nitrogênio em amostras de rochas lunares apóia a ideia de que a atmosfera da Terra, que é dominada por nitrogênio, contribuiu para a antiga atmosfera da Lua e sua crosta.

Os cientistas calculam que esta situação de campo magnético compartilhado, com as magnetosferas da Terra e da Lua unidas, pode ter persistido de 4,1 a 3,5 bilhões de anos atrás.

"Compreender a história do campo magnético da Lua nos ajuda a entender não apenas as atmosferas iniciais possíveis, mas como o interior lunar evoluiu", disse David Draper, cientista-chefe adjunto da NASA e co-autor do estudo. "Isso nos fala sobre como o núcleo da Lua poderia ter sido - provavelmente uma combinação de metal líquido e sólido em algum momento de sua história - e essa é uma peça muito importante do quebra-cabeça de como a Lua funciona no interior . "

Com o tempo, à medida que o interior da Lua esfriou, nosso vizinho mais próximo perdeu sua magnetosfera e, eventualmente, sua atmosfera. O campo deve ter diminuído significativamente há 3,2 bilhões de anos e desaparecido cerca de 1,5 bilhão de anos atrás. Sem um campo magnético, o vento solar destruiu a atmosfera. É também por isso que Marte perdeu sua atmosfera: a radiação solar o despojou.

Se nossa Lua desempenhou um papel na proteção de nosso planeta da radiação nociva durante um período inicial crítico, então, de maneira semelhante, pode haver outras luas em torno de exoplanetas terrestres na galáxia que ajudam a preservar a atmosfera de seus planetas hospedeiros e até mesmo contribuem para habitáveis condições, dizem os cientistas. Isso seria de interesse para o campo da astrobiologia - o estudo das origens da vida e a busca por vida fora da Terra.

A exploração humana pode nos dizer mais

Este estudo de modelagem apresenta ideias de como as histórias antigas da Terra e da Lua contribuíram para a preservação da atmosfera primitiva da Terra. Os processos misteriosos e complexos são difíceis de descobrir, mas novas amostras da superfície lunar fornecerão pistas para os mistérios.

Como a NASA planeja estabelecer uma presença humana sustentável na Lua por meio do programa Artemis , pode haver várias oportunidades para testar essas idéias. Quando os astronautas retornam as primeiras amostras do Pólo Sul lunar, onde os campos magnéticos da Terra e da Lua se conectam mais fortemente, os cientistas podem procurar assinaturas químicas da antiga atmosfera da Terra, bem como as substâncias voláteis como água que foram liberadas por meteoros em impacto e asteróides. Os cientistas estão especialmente interessados ​​em áreas do Pólo Sul lunar que não viram qualquer luz solar em bilhões de anos - as "regiões permanentemente sombreadas" - porque as partículas solares agressivas não teriam removido os voláteis.

O nitrogênio e o oxigênio, por exemplo, podem ter viajado da Terra à Lua ao longo das linhas do campo magnético e ficado presos nessas rochas.

"Amostras significativas dessas regiões permanentemente sombreadas serão críticas para que possamos desvendar essa evolução inicial dos voláteis da Terra, testando nossas suposições de modelo", disse Green.

Os outros co-autores do artigo são Scott Boardsen, da Universidade de Maryland, Condado de Baltimore; e Chuanfei Dong da Princeton University em New Jersey.

Escrito por Elizabeth Landau
Sede da NASA

Última atualização: 19 de outubro de 2020

Editora: Tricia Talbert