O que as estrelas cadentes e a segurança dos astronautas têm em comum?
Ambos se originam de fragmentos de rocha submicroscópicos encontrados em todo o sistema solar, às vezes chamados de poeira interplanetária.
Quando essas partículas colidem com a atmosfera da Terra, elas criam meteoros, mais conhecidos como estrelas cadentes, pois os fragmentos (geralmente) microscópicos vaporizam e deixam rastros de chamas pelo ar. Quando colidem com astronautas, eles podem fazer buracos em trajes espaciais – ou pior. Compreender as fontes e os padrões dessa poeira interplanetária é, portanto, muito importante para a NASA, pois ela planeja missões à Lua, Marte e além.
Durante suas revoluções ao redor do sol, a espaçonave Parker Solar Probe, a missão que vai mais perto do sol do que qualquer coisa na história da viagem espacial, é bombardeada por essas partículas de poeira. Ao colidir com a espaçonave, os pequenos grãos – alguns tão pequenos quanto dez milésimos de milímetro de diâmetro – vaporizam e liberam uma nuvem de partículas eletricamente carregadas que podem ser detectadas por FIELDS, um conjunto de instrumentos projetados para detectar campos elétricos e magnéticos .
Dois artigos publicados esta semana no The Planetary Science Journal usam dados do FIELDS para dar uma olhada de perto na “nuvem zodiacal”, o termo coletivo para essas minúsculas partículas.
“Cada sistema solar tem uma nuvem zodiacal, e nós realmente exploramos a nossa e entendemos como ela funciona”, disse Jamey Szalay, pesquisador associado em ciências astrofísicas em Princeton que é o autor principal de um dos artigos. “Compreender a evolução e a dinâmica de nossa nuvem zodiacal nos permitirá entender melhor todas as observações zodiacais que vimos em qualquer outro sistema solar.”
A nuvem zodiacal espalha a luz do sol de uma forma que pode ser vista a olho nu, mas apenas em noites claras e muito escuras, pois o luar ou a luz das cidades facilmente o ofusca. Mais espessa perto do sol e mais fina perto das bordas do sistema solar, a nuvem zodiacal parece lisa a olho nu, mas os comprimentos de onda infravermelhos revelam faixas e fitas brilhantes que podem ser rastreadas até suas origens: cometas e asteróides.
Com os dados das primeiras seis órbitas de Parker, junto com a modelagem computacional do movimento das partículas no sistema solar interno, Szalay e seus colegas desemaranharam essas listras e fitas para revelar duas populações diferentes de poeira na nuvem zodiacal: Os minúsculos grãos sempre espiralando lentamente em direção ao sol ao longo de milhares a milhões de anos, conhecido como alfa-meteoróides; e então, conforme a nuvem em turbilhão fica mais densa, os grãos maiores colidem e criam fragmentos cada vez menores, conhecidos como beta-meteoróides, que são subsequentemente afastados do sol pela pressão da luz solar.
Sim, luz do sol.
E não apenas cutucou um pouco. “Quando um fragmento se torna pequeno o suficiente, a pressão da radiação – luz solar – é na verdade forte o suficiente para expulsá-lo do sistema solar”, disse Szalay.
“A existência de tais grãos minúsculos foi repetidamente relatada a partir de medições de poeira de espaçonaves dedicadas na região entre a Terra e Marte, mas nunca no sistema solar interno onde se pensava que essas partículas se originavam”, disse Harald Krüger, um especialista em poeira zodiacal com o Max Instituto Planck para Pesquisa do Sistema Solar e co-autor do artigo de Szalay. “Assim, o instrumento FIELDS oferece uma nova janela para estudar essas partículas de poeira movidas pela luz solar perto de sua região de origem.”
FIELDS também detectou um estreito fluxo de partículas que parecia ser liberado de uma fonte discreta, formando uma estrutura delicada na nuvem de poeira zodiacal. Para entender esse terceiro componente, Szalay voltou às origens da poeira zodiacal: cometas e asteróides.
Os cometas, bolas de neve cheias de poeira que viajam através de nosso sistema solar em longas órbitas elípticas, ejetam grandes quantidades de poeira quando se aproximam o suficiente do sol para começar a vaporizar seu gelo e gelo seco. Asteróides, rochas grandes e pequenas que orbitam o Sol entre Marte e Júpiter, liberam poeira quando colidem. Alguns desses grãos são lançados em qualquer direção, mas a maioria está presa nas órbitas de seu corpo original, explicou Szalay, o que significa que ao longo de milhares de órbitas, a trilha de um cometa se torna mais como uma estrada de cascalho do que um caminho vazio com uma orbe brilhante e uma trilha brilhante. (Ao longo de milhões de órbitas, os grãos se espalharão além de seu caminho orbital, fundindo-se na nuvem de fundo zodiacal.)
Szalay se refere a esses caminhos cheios de poeira como “tubos” de detritos cometários ou asteroidais. “Se a Terra cruzar esse tubo em qualquer lugar, teremos uma chuva de meteoros”, disse ele.
Ele teorizou que a Parker Solar Probe pode ter viajado por um deles. “Talvez haja um tubo denso que simplesmente não poderíamos ter observado de outra forma a não ser por Parker literalmente voando e sendo atingido por um jato de areia”, disse ele.
Mas os tubos mais próximos do caminho de Parker não pareciam ter material suficiente para causar o pico de dados. Então Szalay propôs outra teoria. Talvez um desses tubos meteoróides – provavelmente os Geminídeos, que todo mês de dezembro causam uma das chuvas de meteoros mais intensas da Terra – estivesse colidindo em alta velocidade contra a própria nuvem zodiacal interna. Os impactos entre o tubo e a poeira zodiacal podem produzir grandes quantidades de beta-meteoróides que não explodem em direções aleatórias, mas são focados em um estreito conjunto de caminhos.
“Chamamos isso de ‘fluxo beta’, que é uma nova contribuição para o campo”, disse Szalay. “Espera-se que esses fluxos beta sejam um processo físico fundamental em todos os discos planetários circunstelares.”
“Um dos aspectos importantes deste artigo é o fato de que a Parker Solar Probe é a primeira espaçonave que chega tão perto do Sol que penetra nas regiões onde as colisões mútuas de partículas são mais frequentes”, disse Petr Pokorny, um modelador de nuvens zodiacal com a NASA e a Universidade Católica da América, que foi co-autora do artigo de Szalay. “As colisões mútuas de partículas são importantes não apenas em nosso sistema solar, mas em todos os sistemas exosolares. Este artigo oferece à comunidade de modelagem uma visão única desse território anteriormente desconhecido.”
“A Parker experimentou essencialmente sua própria chuva de meteoros”, disse Szalay. “Ou ele voou por um daqueles tubos de material ou por um fluxo beta.”
O riacho também foi visto por Anna Pusack, então estudante de graduação na Universidade do Colorado-Boulder. “Eu vi essa forma semelhante a uma cunha em meus dados, e meu orientador, David Malaspina, sugeriu que eu apresentasse o trabalho a Jamey”, disse ela. “A forma de cunha parecia indicar um forte spray, ou o que Jamey chamou de fluxo beta em seus novos modelos, de pequenas partículas atingindo a espaçonave de uma maneira muito direcionada. Isso foi incrível para mim, conectar os dados que eu havia analisado trabalho teórico feito do outro lado do país. Para um jovem cientista, realmente despertou toda a empolgação e possibilidade que pode resultar do trabalho colaborativo. ”
Pusack é o autor principal do artigo publicado em conjunto com o de Szalay. “Esses papéis realmente andam de mãos dadas”, disse ela. “Os dados apóiam os modelos e os modelos ajudam a explicar os dados.”
“Esta é uma tremenda contribuição para a nossa compreensão da nuvem zodiacal, o ambiente de poeira próximo ao sol de forma mais ampla e os riscos de poeira para a missão Parker Solar Probe da NASA”, disse David McComas, professor de ciências astrofísicas da Universidade de Princeton e vice-presidente presidente do Laboratório de Física do Plasma de Princeton, que é o investigador principal do ISʘIS, outro instrumento a bordo da Parker Solar Probe, e da próxima missão de Mapping e Acceleration Probe (IMAP) interestelar.
Publicado em 11/09/2021 15h16
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