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Cientistas descobrem história do Sol "enterrada" na crosta da Lua


A sonda SDO (Solar Dynamics Observatory) da NASA capturou esta imagem de uma proeminência solar no dia 2 de outubro de 2014. A proeminência solar é o "flash" brilhante de luz para a direita do limbo do Sol. Logo abaixo pode ser vista uma explosão de material solar para o espaço.
Crédito: NASA/SDO

É graças ao Sol que estamos aqui. É também essa a razão porque não existem marcianos nem venusianos.

Quando o Sol era apenas um bebé, há 4 bilhões de anos, passou por explosões violentas de radiação intensa, expelindo nuvens e partículas abrasadoras altamente energéticas por todo o Sistema Solar. Estas fases ajudaram a semear vida na Terra primitiva, provocando reações químicas que mantinham o nosso planeta quente e úmido. No entanto, estas "birras solares" podem também ter impedido a vida de emergir noutros mundos, despojando-os de atmosferas e quebrando substâncias químicas nutritivas.

O quão destrutivos estes ataques primordiais foram para outros mundos dependeria da rapidez com que o Sol bebé girava sob si próprio. Quando mais rápida a sua rotação, mais depressa teria destruído as condições de habitabilidade.

No entanto, esta parte crítica da história do Sol tem atormentado os cientistas, disse Prabal Saxena, astrofísico do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. Saxena estuda como o clima espacial, variações na atividade solar e outras condições de radiação no espaço, interage com as superfícies dos planetas e das luas.

Agora, ele e outros cientistas estão a perceber que a Lua, que a NASA espera visitar novamente com astronautas até 2024, contém pistas para os antigos mistérios do Sol, que são cruciais para entender o desenvolvimento da vida.

"Não sabíamos como o Sol era nos primeiros 1 bilhão de anos, e é muito importante porque provavelmente mudou a forma como a atmosfera de Vênus evoluiu e a rapidez com que perdeu água. Também provavelmente mudou a rapidez com que Marte perdeu a sua atmosfera e mudou a química atmosférica da Terra," acrescentou Saxena.

A ligação Sol-Lua

Saxena "tropeçou" na investigação do mistério da rotação do Sol primitivo enquanto contemplava um outro mistério aparentemente não relacionado: porque é que, tendo em conta que a Lua e a Terra são compostas basicamente das mesmas substâncias, há significativamente menos sódio e potássio no rególito lunar, ou solo da Lua, do que no solo da Terra?

Esta questão, revelada através de análises de amostras lunares trazidas pelo programa Apollo e por meteoritos lunares encontrados cá na Terra, também intriga os cientistas há décadas - e desafia a principal teoria de como a Lua se formou.

O nosso satélite natural tomou forma, diz a teoria, quando um objeto do tamanho de Marte colidiu com a Terra há cerca de 4,5 mil milhões de anos. A força desta colisão enviou materiais para órbita, onde se fundiram para formar a Lua.

"A Terra e a Lua teriam sido formadas com materiais similares, de modo que a questão é: porque é que estes elementos são praticamente inexistentes na Lua?" salientou Rosemary Killen, cientista planetária em Goddard, da NASA, que investiga o efeito do clima espacial em atmosferas planetárias e exosferas.

Os dois cientistas suspeitaram que uma grande questão informava a outra - que a história do Sol está enterrada na crosta da Lua.

O trabalho anterior de Killen lançou as bases para a investigação da equipa. Em 2012, ela ajudou a simular o efeito da atividade solar sobre a quantidade de sódio e potássio que é ou entregue à superfície da Lua ou repelida por um fluxo de partículas carregadas do Sol, conhecido como vento solar, ou por poderosas erupções conhecidas como ejeções de massa coronal.

Saxena incorporou a relação matemática entre a rotação de uma estrela e a sua atividade explosiva. Esta perceção foi derivada por cientistas que estudaram a atividade de milhares de estrelas descobertas pelo Telescópio Espacial Kepler da NASA: quanto mais depressa uma estrela gira, descobriram, mais violentas são as suas ejeções. "À medida que aprendemos mais sobre outras estrelas e planetas, especialmente estrelas como o nosso Sol, começamos a ter uma visão mais abrangente de como o Sol evoluiu com o tempo," disse Saxena.

Usando modelos computacionais sofisticados, Saxena, Killen e colegas pensam ter resolvido finalmente ambos os mistérios. As suas simulações por computador, que descreveram na edição de 3 de maio da revista The Astrophysical Journal Letters, mostram que o Sol primitivo girou mais lentamente do que 50% das estrelas bebés. De acordo com as suas estimativas, nos seus primeiros mil milhões de anos, o Sol demorava pela menos 9 a 10 dias a completar uma rotação.

Os cientistas determinaram isto simulando a evolução do nosso Sistema Solar sob uma estrela lenta e média e, em seguida, sob uma estrela de rápida rotação. E descobriram que apenas uma versão - a estrela de rotação lenta - foi capaz de expelir a quantidade certa de partículas carregadas para a superfície da Lua a fim de expulsar sódio e potássio suficientes para o espaço ao longo do tempo e assim deixar as quantidades que vemos nas rochas lunares hoje.

"O clima espacial foi provavelmente uma das principais influências da evolução de todos os planetas do Sistema Solar," explicou Saxena, "de modo que qualquer estudo de habitabilidade planetária precisa de o ter em conta."

Vida sob um Jovem Sol

A rotação do Sol bebé é parcialmente responsável pela vida na Terra. Mas para Vénus e Marte - ambos planetas rochosos semelhantes à Terra - pode ter sido um fator negativo (Mercúrio, o planeta rochoso mais próximo do Sol, nunca teve sequer hipóteses).

A atmosfera da Terra já foi muito diferente da de hoje, que é dominada pelo oxigênio. Quando a Terra se formou há 4,6 bilhões de anos, uma fina camada de hidrogênio e hélio agarrava-se ao nosso planeta fundido. Mas as explosões do jovem Sol removeram essa neblina primordial em apenas 200 milhões de anos.

À medida que a crosta terrestre se solidificava, os vulcões gradualmente cuspiram uma nova atmosfera, enchendo o ar com dióxido de carbono, água e azoto. Ao longo dos 1 bilhão de anos seguintes, a primeira vida bacteriana consumiu o dióxido de carbono e, em troca, libertou metano e oxigênio para a atmosfera. A Terra também desenvolveu um campo magnético, que ajudou a protegê-la do Sol, permitindo que a nossa atmosfera se transformasse no ar rico em oxigênio e azoto que respiramos hoje.

"Tivemos a sorte da atmosfera da Terra ter sobrevivido a tempos terríveis," comentou Vladimir Airapetian, heliofísico e astrobiólogo de Goddard que estuda como o clima espacial afeta a habitabilidade dos planetas terrestres. Airapetian trabalhou com Saxena e Killen no estudo do Sol primordial.

Tivesse o nosso Sol sido um objeto de rápida rotação, teriam ocorrido superexplosões 10 vezes mais fortes do que qualquer outra na história registada, pelo menos 10 vezes por dia. Mesmo o campo magnético da Terra não teria sido suficiente para a proteger. As proeminências solares teriam dizimado a atmosfera, reduzindo a tal ponto a pressão do ar que a Terra deixaria de albergar água líquida. "Poderia ter sido um ambiente muito mais duro," observou Saxena.

Mas o Sol girou a um ritmo ideal para a Terra, que prosperou durante os primeiros estágios da nossa estrela. Vénus e Marte não tiveram tanta sorte. Vénus já foi coberto por oceanos de água e pode ter sido habitável. Mas, devido a muitos fatores, incluindo a atividade solar e a falta de um campo magnético gerado internamente, Vénus perdeu o seu hidrogênio - um componente crítico da água. Como resultado, e de acordo com as estimativas, os seus oceanos evaporaram nos primeiros 600 milhões de anos da sua existência. A atmosfera do planeta tornou-se espessa com dióxido de carbono, uma molécula pesada que é mais difícil de expulsar. Estas forças levaram a um efeito de estufa que deixou Vénus com uma temperatura de 462º C, quente demais para a vida.

Marte, mais distante do Sol do que a Terra, parecia estar mais seguro das explosões estelares. No entanto, tinha menos proteção do que a Terra. Devido em parte ao fraco campo magnético do Planeta Vermelho e à baixa gravidade, o Sol primitivo gradualmente conseguiu soprar para longe o seu ar e a sua água. Há cerca de 3,7 bilhões de anos, a atmosfera marciana havia se tornado tão fina que a água líquida evaporava imediatamente para o espaço (ainda existe água no planeta, congelada nas calotes polares e no solo).

Depois de influenciar a vida (ou a falta dela) nos planetas interiores, o Sol, cada vez mais adulto, gradualmente desacelerou o seu ritmo e ainda assim continua. Hoje, completa uma rotação sob si próprio a cada 27 dias, três vezes mais devagar do que na infância. A rotação mais lenta torna o Sol muito menos ativo, embora ainda tenha ocasionalmente surtos violentos.

Explorando a Lua, testemunha da evolução do Sistema Solar

Para aprender mais sobre o início do Sol, disse Saxena, não precisamos ir além da Lua, um dos artefatos mais bem preservados do jovem Sistema Solar.

"A razão pela qual a Lua acaba sendo um calibrador realmente útil e uma janela para o passado é que o nosso satélite não tem uma atmosfera irritante nem placas tectônicas para reciclar a crosta," comentou. "Então, como resultado, podemos dizer: 'Se as partículas solares ou qualquer outra coisa atingir a Lua, o seu solo deverá mostrar evidências.'"

As amostras das Apollo e os meteoritos lunares são um excelente ponto de partida para estudar o início do Sistema Solar, mas são apenas pedaços pequenos de um grande e misterioso quebra-cabeças. As amostras pertencem a uma pequena região perto do equador lunar e os cientistas não podem dizer com toda a certeza de onde da Lua os meteoritos vieram, o que torna difícil colocá-los no contexto geológico.

Dado que o polo sul abriga crateras permanentemente à sombra, onde esperamos encontrar o material mais bem preservado da Lua, incluindo água congelada, a NASA pretende enviar uma expedição humana a essa região até 2024.

Se os astronautas conseguirem recolher amostras de solo lunar da região mais a sul da Lua, elas podem fornecer evidências físicas da rotação do Sol bebê, comentou Airapetian, que suspeita que as partículas solares teriam sido desviadas pelo antigo campo magnético da Lua há 4 bilhões de anos e depositadas nos polos: "De modo que seria de esperar - embora nunca nos tenhamos debruçado sobre isso - que a química dessa parte da Lua, aquela exposta ao jovem Sol, seria muito mais alterada do que as regiões equatoriais. Há muita ciência a ser feita lá."


A amostra de solo lunar n.º 68815 da Apollo 16, um fragmento de um pedregulho maior com aproximadamente 1,2 metros de altura e 1,5 m de largura.
Crédito: NASA/JSC


Ilustração da Terra primitiva, mostrando uma superfície golpeada por grandes impactos, resultando na extrusão de magma profundo.
Crédito: Simone Marchi



FONTE: ASTRONOMIA ONLINE

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