Descoberta uma misteriosa “cavidade” de raios cósmicos entre a Terra e a Lua.

Os raios cósmicos galácticos que atravessam o Sistema Solar vindos de fora da nossa galáxia são frequentemente descritos como uma “chuva” constante e quase igual em todas as direcções. Porém, novas medições sugerem que esse fundo de radiação pode não ser tão uniforme como se pensava.

Uma cavidade de raios cósmicos galácticos (GCRs) entre a Terra e a Lua

Dados recolhidos pelo módulo de alunagem chinês Chang’e 4, a operar no lado oculto da Lua, indicam a existência de uma “cavidade” no fluxo de raios cósmicos galácticos (GCRs) entre a Terra e a Lua. Esse “vazio” aparece quando os dois corpos se alinham de uma forma muito específica, reduzindo de forma inesperada a intensidade das partículas carregadas que ali passam.

A implicação é relevante: se os GCRs podem formar regiões de menor intensidade em certas geometrias e condições magnéticas, isso pode abrir margem para decisões operacionais que ajudem a reduzir a exposição à radiação em actividades no espaço.

Porque é que os GCRs são um problema (e para quem)

O espaço está longe de ser “calmo”: fenómenos energéticos, como explosões de supernova e remanescente de supernovas, aceleram partículas a velocidades elevadas e libertam-nas de forma aparentemente caótica. Em termos de composição, estes raios cósmicos são sobretudo protões, incluem alguns núcleos de hélio e uma pequena fracção de núcleos atómicos pesados - e acredita-se que sejam relativamente ubíquos no espaço interplanetário.

O problema é que se trata de radiação ionizante: pode arrancar electrões dos átomos do corpo humano, danificar o ADN e aumentar o risco de mutações associadas ao cancro. À superfície do planeta, a maior parte dos GCRs é absorvida pela atmosfera terrestre, mas a ameaça torna-se séria para astronautas e para pilotos de alta altitude. Esta realidade é assumida no planeamento de missões e no desenho das tecnologias que as suportam.

O papel do Sol: máximo solar e modulação do fluxo de GCRs

A intensidade do fundo de GCRs (o chamado fluxo de GCRs) não é fixa: varia com a actividade solar. Durante o máximo solar, a intensificação do vento solar e da actividade magnética faz com que uma parte substancial destas partículas seja desviada, levando a uma descida marcada do fluxo detectado.

Ainda assim, o Sol não é o único “filtro” capaz de influenciar esta radiação. Uma nova análise de uma equipa internacional aponta que o campo magnético da Terra também pode reduzir o fluxo - embora a intervenção solar continue a ser crucial, por controlar a geometria do campo magnético no espaço interplanetário.

O que mediu a Chang’e 4 no lado oculto da Lua

A evidência observacional vem do Chang’e 4, estacionado no lado oculto da Lua e equipado com o Instrumento de Neutrões e Dosimetria do Módulo Lunar (LND), que desde 2019 monitoriza protões associados ao fundo de GCRs. Estas medições só são possíveis durante o dia lunar, quando o local está iluminado pelo Sol; durante a noite lunar, as temperaturas descem demasiado para manter o módulo em funcionamento.

Esta limitação, contudo, torna-se uma vantagem científica: ao observar repetidamente a radiação durante períodos comparáveis de iluminação, é possível procurar padrões ligados à posição da Lua na sua órbita e à forma como o campo magnético terrestre e o campo magnético interplanetário (CMI) se configuram.

Os investigadores reuniram dados de 31 ciclos lunares e analisaram como o fluxo de protões variava à medida que a Lua percorria a sua trajectória em torno da Terra.

Uma queda de cerca de 20% antes do meio-dia local

A análise revelou um padrão consistente: num segmento específico da órbita - o sector pré-meio-dia, antes de a Lua atingir o meio-dia local relativamente ao Sol - existe uma região em que o fluxo de protões é cerca de 20% mais baixo do que no restante percurso orbital.

Segundo a equipa, este comportamento pode estar ligado ao alinhamento do campo magnético interplanetário, a extensão do campo magnético do Sol que se prolonga pelo Sistema Solar.

Espiral de Parker, linhas de campo e a “sombra” magnética

À medida que o Sol roda, o seu campo magnético é arrastado e torcido numa estrutura em espiral conhecida como espiral de Parker. Em certas condições, essa espiral pode alinhar-se com o sistema Terra–Lua de forma a favorecer a formação de uma cavidade no fluxo de GCRs.

Os autores descrevem o mecanismo físico de base desta forma:

“Em geral, o movimento de partículas carregadas num campo magnético é caracterizado por uma espiral helicoidal ao longo das linhas do campo magnético.”

E acrescentam:

“Quando a Lua se encontra no sector pré-meio-dia sob condições da espiral de Parker, as linhas locais do CMI podem alinhar-se de tal modo que ligam a Lua à região do forte campo magnético da Terra. Assim, o movimento de partículas ao longo dessas linhas, em particular os protões aqui reportados, é influenciado pelo forte campo magnético terrestre.”

Em termos práticos, as linhas curvas do CMI podem, numa posição orbital específica, inclinar-se na direcção da Terra e intersectar-se com o seu campo magnético, produzindo uma espécie de “sombra” para os raios cósmicos galácticos. Quando a Lua atravessa essa zona - um processo que dura aproximadamente dois dias - o Chang’e 4 regista uma descida detectável no fluxo de protões.

Oportunidades para reduzir a exposição à radiação em missões lunares

Os investigadores defendem que esta descoberta pode traduzir-se numa abordagem prática para minimizar a dose de radiação recebida por humanos no espaço:

“Este resultado fornece uma estratégia potencial para o planeamento de missões, especialmente para missões lunares [tripuladas] e actividades extraveiculares, uma vez que as operações poderiam ser programadas para coincidir com estes períodos de menor radiação, reduzindo o risco de exposição.”

Num cenário de regresso sustentado à Lua - com estadias prolongadas, trabalho no exterior e construção de infra-estruturas - a possibilidade de calendarizar actividades extraveiculares com base em janelas de menor fluxo de GCRs pode tornar-se um complemento útil às medidas clássicas, como o uso de materiais de blindagem, abrigos de tempestade e monitorização contínua de dose.

O que ainda falta perceber e porque interessa além do sistema Terra–Lua

A equipa sublinha que conjuntos de dados mais extensos poderão ajudar a determinar melhor a extensão espacial e o comportamento desta cavidade, refinando a capacidade de previsão e a sua utilidade operacional:

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

Além disso, este tipo de resultado incentiva o desenvolvimento de modelos mais detalhados de meteorologia espacial, capazes de integrar o estado do vento solar, a geometria do campo magnético interplanetário e a resposta dos campos magnéticos planetários. Com previsões mais fiáveis, torna-se mais realista gerir o risco radiológico não apenas com blindagem “passiva”, mas também com decisão operacional: quando sair, onde operar e por quanto tempo.

Os resultados foram publicados na revista científica Avanços da Ciência.