A Terra alimenta a Lua há bilhões de anos

À primeira vista, a lua parece sem vida e inerte. Mas a sua superfície pode contar uma história mais complexa. Durante milhares de milhões de anos, pequenos fragmentos da atmosfera da Terra provavelmente chegaram à Lua e ficaram incrustados no seu solo. Esses materiais podem incluir substâncias que um dia poderão ajudar a apoiar a atividade humana na superfície lunar. Até recentemente, no entanto, os cientistas não tinham certeza de como é que estas partículas podiam viajar distâncias tão enormes ou há quanto tempo o processo estava em curso.

Pesquisadores da Universidade de Rochester relatam agora que o campo magnético da Terra pode ajudar, em vez de impedir, esta transferência. Seu estudo, publicado em Nature Communications Terra e Meio Ambientemostra que as partículas atmosféricas levantadas pelo vento solar podem ser guiadas para fora ao longo do campo magnético da Terra. Uma vez que este escudo magnético existe há milhares de milhões de anos, poderia ter permitido um movimento lento mas contínuo de material da Terra para a Lua ao longo do tempo.

“Ao combinar dados de partículas preservadas no solo lunar com modelos computacionais de como o vento solar interage com a atmosfera da Terra, podemos traçar a história da atmosfera da Terra e do seu campo magnético”, diz Eric Blackman, professor do Departamento de Física e Astronomia e um distinto cientista do Laboratório de Energética Laser da URochester (LLE).

Estes resultados sugerem que o solo lunar pode preservar um arquivo de longa data da atmosfera da Terra. Eles também levantam a possibilidade de que a Lua contenha recursos que poderão ser valiosos para os astronautas que viverem e trabalharem lá no futuro.

O que as amostras da Apollo revelaram

As rochas lunares e o solo recolhidos durante as missões Apollo na década de 1970 foram fundamentais para esta investigação. As análises dessas amostras mostram que a camada superficial da Lua, conhecida como regolito, contém substâncias voláteis como água, dióxido de carbono, hélio, argônio e nitrogênio. Alguns desses materiais vêm claramente do vento solar, o fluxo constante de partículas carregadas que fluem do sol. No entanto, as quantidades encontradas, especialmente de azoto, são demasiado grandes para serem explicadas apenas pelo vento solar.

Em 2005, cientistas da Universidade de Tóquio propuseram que parte desses voláteis se originava na atmosfera terrestre. Eles argumentaram que esta transferência só poderia ter ocorrido no início da história da Terra, antes de o planeta desenvolver um campo magnético. A suposição deles era que, uma vez formado o campo magnético, ele impediria que as partículas atmosféricas escapassem para o espaço.

A equipe de Rochester chegou a uma conclusão diferente.

Simulando a viagem da Terra à Lua

Para entender melhor como as partículas atmosféricas podem chegar à Lua, os pesquisadores usaram simulações computacionais avançadas. A equipe incluiu Shubhonkar Paramanick, estudante de pós-graduação no Departamento de Física e Astronomia e Horton Fellow no LLE; John Tarduno, professor William R. Kenan Jr. do Departamento de Ciências da Terra e Ambientais; e Jonathan Carroll-Nellenback, cientista computacional do Center for Integrated Research Computing e professor assistente do Departamento de Física e Astronomia.

Suas simulações testaram duas condições. Um representava uma versão inicial da Terra sem campo magnético e com um vento solar mais forte. O outro modelou a Terra atual, completa com um forte campo magnético e um vento solar mais fraco. Os resultados mostraram que a transferência de partículas para a Lua foi muito mais eficaz no cenário moderno da Terra.

Neste caso, o vento solar pode libertar partículas carregadas da atmosfera superior da Terra. Estas partículas seguem então as linhas do campo magnético da Terra, algumas das quais se estendem o suficiente no espaço para cruzar a órbita da Lua. Ao longo de milhares de milhões de anos, este processo actua como um funil lento, permitindo que pequenas quantidades da atmosfera da Terra se assentem na superfície lunar.

Um registro do passado da Terra e um recurso para o futuro

Como esta troca ocorreu em escalas de tempo tão longas, a Lua pode conter um registo químico da história atmosférica da Terra. O estudo do solo lunar poderia oferecer aos cientistas novos insights sobre como o clima da Terra, os oceanos e até a própria vida evoluíram ao longo de bilhões de anos.

A entrega constante de partículas também sugere que a Lua pode conter mais materiais úteis do que se supunha anteriormente. Elementos voláteis, como água e nitrogênio, poderiam ajudar a sustentar a atividade humana de longo prazo na Lua, reduzindo a necessidade de enviar suprimentos da Terra e tornando a exploração futura mais prática.

“O nosso estudo também pode ter implicações mais amplas para a compreensão do escape atmosférico inicial em planetas como Marte, que hoje não possui um campo magnético global, mas teve um semelhante ao da Terra no passado, juntamente com uma atmosfera provavelmente mais espessa”, diz Paramanick. “Ao examinar a evolução planetária juntamente com a fuga atmosférica em diferentes épocas, podemos obter informações sobre como estes processos moldam a habitabilidade planetária.”

A pesquisa foi apoiada em parte por financiamento da NASA e da National Science Foundation.