Chang'e 4 encontra uma cavidade de raios cósmicos entre Terra e Lua

Os raios cósmicos que atravessam o Sistema Solar vindos da galáxia além dele - um bombardeio constante e aparentemente omnidirecional - talvez não sejam tão homogêneos quanto se imaginava.

Dados do pousador chinês Chang'e 4, que opera no lado oculto da Lua, indicam a existência de uma curiosa “cavidade” no fluxo de raios cósmicos entre a Terra e a Lua. Esse “vazio” aparece quando os dois corpos se alinham de uma forma muito específica.

O resultado sugere que os raios cósmicos galácticos (GCRs) podem estar distribuídos de maneira menos uniforme do que as suposições tradicionais indicavam. Isso também pode abrir caminhos para a exploração espacial ao apontar períodos e regiões em que seja possível reduzir o risco de radiação associado a essas partículas carregadas.

Riscos dos raios cósmicos galácticos (GCRs)

O espaço é um ambiente turbulento, com eventos capazes de lançar partículas energéticas por todo o cosmos - como explosões de supernovas e remanescentes de supernovas, que arremessam raios cósmicos em altas velocidades. Esses raios são, em grande parte, prótons, com alguma fração de núcleos de hélio e uma pequena parcela de núcleos atômicos mais pesados, e acredita-se que sejam relativamente ubíquos.

Além disso, trata-se de radiação ionizante: o tipo que pode arrancar elétrons dos átomos do corpo humano, danificar o DNA e elevar o risco de mutações capazes de causar câncer - ou seja, nada desejável.

Na Terra, os GCRs são majoritariamente absorvidos pela atmosfera antes de alcançarem a superfície. Ainda assim, representam um perigo relevante de radiação para astronautas e para pilotos em grandes altitudes - um risco entendido como parte da atividade e considerado no projeto de missões e das tecnologias que as suportam.

A intensidade do fluxo de GCR - isto é, a força do “fundo” de GCR - varia conforme a atividade solar. Durante o máximo solar, esse fluxo diminui bastante porque o vento solar mais intenso e a maior atividade magnética desviam uma grande percentagem das partículas.

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

Uma nova análise, conduzida por uma equipa internacional, aponta que o Sol não é o único agente capaz de atenuar GCRs: o campo magnético da Terra também pode exercer esse papel - embora o Sol continue envolvido de forma indireta.

A evidência vem da Chang'e 4, estacionada no lado oculto da Lua e equipada com o instrumento Lunar Lander Neutron and Dosimetry (LND), usado para monitorizar prótons desde 2019. Esse acompanhamento só é possível durante o dia lunar, quando a região do pousador está iluminada pelo Sol, já que, com a chegada da noite, a Lua arrefece a ponto de impedir o funcionamento do equipamento.

Justamente por ocorrer no lado iluminado, essa rotina oferece uma oportunidade valiosa para quantificar como o campo magnético terrestre influencia o fluxo de GCR. Os investigadores reuniram medições ao longo de 31 ciclos lunares e procuraram variações no fluxo de prótons à medida que a Lua percorria a sua órbita em torno da Terra.

Espiral de Parker, campo magnético e a “sombra” de GCR

A análise mostrou que, num trecho específico da órbita - o setor pré-meio-dia, antes de a Lua atingir o meio-dia local em relação ao Sol -, a Lua atravessa uma região em que o fluxo de prótons fica cerca de 20 por cento menor do que no restante do percurso.

Segundo os autores, esse padrão pode estar ligado ao alinhamento do campo magnético interplanetário (IMF), a parte do campo magnético do Sol que se estende pelo Sistema Solar.

Com a rotação solar, esse campo se torce formando uma espiral conhecida como espiral de Parker; quando essa estrutura se alinha com o sistema Terra–Lua da maneira apropriada, surge uma cavidade de GCR.

"In general, the motion of charged particles in a magnetic field is characterized by a helical spiral along magnetic field lines," escrevem os investigadores.

"When the Moon is located in the prenoon sector under the Parker spiral conditions, the local IMF lines may align in such a way that they connect the Moon to Earth's strong magnetic field region. Hence, the motion of particles along those field lines, in particular the protons we report here, is affected by the strong magnetic field of Earth."

Em termos geométricos, as linhas curvas do IMF descrevem arcos pelo espaço que, numa posição particular, inclinam-se na direção da Terra e cruzam o campo magnético do planeta, criando uma espécie de “sombra” de GCR. Ao atravessar essa sombra - um processo que dura cerca de dois dias - a Chang'e 4 regista uma queda no fluxo de prótons provenientes dos GCRs.

Implicações para missões tripuladas e atividades extraveiculares

De acordo com os investigadores, a observação pode indicar um caminho para reduzir a exposição de astronautas à radiação.

"This finding provides a potential strategy for mission planning, especially for [crewed] lunar missions and extravehicular activities, as operations could be timed to coincide with these lower radiation periods to reduce exposure risk," escrevem.

"Future studies with extended datasets could further clarify the spatial extent and behavior of this cavity, offering deeper insights into potential radiation protection strategies, not only for the Earth-Moon system but potentially for missions near other magnetized bodies within the Solar System."

Os resultados foram publicados na revista Science Advances.