Cientistas desenvolveram uma nova previsão do formato da bolha ao redor do sistema solar usando um modelo desenvolvido com dados das missões da NASA.
Todos os planetas do nosso sistema solar estão envoltos em uma bolha magnética, esculpida no espaço pelo material que constantemente sai do Sol, o vento solar. Fora dessa bolha está o meio interestelar – o gás ionizado e o campo magnético que preenche o espaço entre os sistemas estelares em nossa galáxia. Uma pergunta que os cientistas tentam responder há anos é a forma dessa bolha, que viaja pelo espaço enquanto nosso Sol orbita o centro de nossa galáxia. Tradicionalmente, os cientistas pensavam na heliosfera como uma forma de cometa, com uma ponta arredondada chamada nariz e uma cauda longa atrás.
Uma pesquisa publicada na Nature Astronomy em março e apresentada na capa da revista em julho fornece uma forma alternativa que carece dessa cauda longa: o croissant esvaziado.
A forma da heliosfera é difícil de medir a partir de dentro. A extremidade mais próxima da heliosfera fica a mais de 16 bilhões de quilômetros da Terra. Somente as duas naves espaciais Voyager mediram diretamente essa região, deixando-nos apenas dois pontos de dados reais sobre a forma da heliosfera.
Perto da Terra, estudamos nossa fronteira para o espaço interestelar capturando e observando partículas que voam em direção à Terra. Isso inclui partículas carregadas que vêm de partes distantes da galáxia, chamadas raios cósmicos galácticos, juntamente com as que já estavam em nosso sistema solar, viajam em direção à heliopausa e são devolvidas à Terra através de uma complexa série de processos eletromagnéticos. Estes são chamados átomos energéticos neutros e, porque são criados pela interação com o meio interestelar, eles atuam como um proxy útil para mapear a borda da heliosfera. É assim que a missão Interstellar Boundary Explorer da NASA, ou IBEX, estuda a heliosfera, fazendo uso dessas partículas como uma espécie de radar, traçando a fronteira do nosso sistema solar para o espaço interestelar.
Para entender esses dados complexos, os cientistas usam modelos de computador para transformar esses dados em uma previsão das características da heliosfera. Merav Opher, principal autor da nova pesquisa, dirige um Centro de Ciência DRIVE, financiado pela NASA e pela NSF, na Universidade de Boston, focado no desafio.
Esta última iteração do modelo de Opher usa dados das missões científicas planetárias da NASA para caracterizar o comportamento do material no espaço que preenche a bolha da heliosfera e obtém outra perspectiva em suas fronteiras. A missão Cassini da NASA carregava um instrumento, projetado para estudar partículas presas no campo magnético de Saturno, que também fazia observações de partículas voltando para o sistema solar interno. Essas medidas são semelhantes às do IBEX, mas fornecem uma perspectiva distinta sobre os limites da heliosfera.
Além disso, a missão New Horizons da NASA forneceu medições de íons de captação, partículas ionizadas no espaço e captadas e movidas junto com o vento solar. Por causa de suas origens distintas das partículas de vento solar que saem do Sol, os íons de captação são muito mais quentes do que outras partículas de vento solar – e é esse fato que o trabalho de Opher depende.
“Existem dois fluidos misturados. Você tem um componente muito frio e um componente muito mais quente, os íons de captação”, disse Opher, professor de astronomia da Universidade de Boston. “Se você tem um fluido frio e um fluido quente, e os coloca no espaço, eles não se misturam – eles evoluirão principalmente separadamente. O que fizemos foi separar esses dois componentes do vento solar e modelar a forma 3D resultante de a heliosfera “.
Considerando os componentes do vento solar separadamente, combinado com o trabalho anterior de Opher, que usava o campo magnético solar como força dominante na formação da heliosfera, criou uma forma de croissant desinflado, com dois jatos se afastando da parte bulbosa central da heliosfera, e notadamente sem a cauda longa prevista por muitos cientistas.
“Como os íons de captação dominam a termodinâmica, tudo é muito esférico. Mas, como deixam o sistema muito rapidamente além do choque de terminação, toda a heliosfera se esvazia”, disse Opher.
A forma do nosso escudo
A forma da heliosfera é mais do que uma questão de curiosidade acadêmica: a heliosfera atua como escudo do nosso sistema solar contra o resto da galáxia.
Eventos energéticos em outros sistemas estelares, como a supernova, podem acelerar as partículas quase à velocidade da luz. Essas partículas disparam em todas as direções, inclusive em nosso sistema solar. Mas a heliosfera age como um escudo: absorve cerca de três quartos dessas partículas tremendamente energéticas, chamadas raios cósmicos galácticos, que entrariam no nosso sistema solar.
Aqueles que conseguem sobreviver podem causar estragos. Estamos protegidos na Terra pelo campo magnético e pela atmosfera do nosso planeta, mas a tecnologia e os astronautas no espaço ou em outros mundos estão expostos. Tanto a eletrônica quanto as células humanas podem ser danificadas pelos efeitos dos raios cósmicos galácticos – e como os raios cósmicos galácticos carregam tanta energia, são difíceis de bloquear de uma maneira prática para viagens espaciais. A heliosfera é a principal defesa dos espaçadores contra os raios cósmicos galácticos, portanto, entender sua forma e como isso influencia a taxa de raios cósmicos galácticos que atingem nosso sistema solar é uma consideração importante para o planejamento da exploração espacial robótica e humana.
A forma da heliosfera também faz parte do quebra-cabeça para procurar vida em outros mundos. A radiação prejudicial dos raios cósmicos galácticos pode tornar um mundo inabitável, um destino evitado em nosso sistema solar por causa de nosso forte escudo celeste. À medida que aprendemos mais sobre como nossa heliosfera protege nosso sistema solar – e como essa proteção pode ter mudado ao longo da história do sistema solar -, podemos procurar outros sistemas estelares que possam ter proteção semelhante. E parte disso é a forma: nossas parecidas heliosféricas são formas de cometa de cauda longa, croissants desinflados ou algo completamente diferente?
Qualquer que seja a verdadeira forma da heliosfera, uma próxima missão da NASA será uma benção para desvendar essas questões: a sonda de mapeamento e aceleração interestelar, ou IMAP.
O IMAP, com lançamento previsto para 2024, mapeará as partículas que retornam à Terra a partir dos limites da heliosfera. O IMAP se baseará nas técnicas e descobertas da missão IBEX para lançar nova luz sobre a natureza da heliosfera, o espaço interestelar e como os raios cósmicos galácticos chegam ao nosso sistema solar.
O DRIVE Science Center da Opher visa criar um modelo testável da heliosfera a tempo do lançamento do IMAP. Suas previsões sobre a forma e outras características da heliosfera – e como isso seria refletido nas partículas que retornam da fronteira – forneceriam uma linha de base para os cientistas compararem com os dados do IMAP.
Publicado em 06/08/2020 06h30
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