O planeta tem nutrido o satélite há bilhões de anos.

A primeira vista, a lua parece inerte e sem vida. Mas sua superfície pode contar uma história mais complexa. Por bilhões de anos, pequenos fragmentos da atmosfera terrestre provavelmente chegaram à lua e se tornaram integrados ao seu solo. Esses materiais podem incluir substâncias que um dia poderiam ajudar a apoiar a atividade humana na superfície lunar. No entanto, até recentemente, os cientistas não tinham certeza de como essas partículas poderiam viajar distâncias tão enormes ou quão longo o processo havia durado.

Pesquisadores da Universidade de Rochester agora relatam que o campo magnético da Terra pode facilitar esse transferir, ao invés de impedi-lo. Seu estudo, publicado na Nature Communications Earth and Environment, mostra que partículas atmosféricas levantadas pelo vento solar podem ser guiadas para fora ao longo do campo magnético da Terra. Uma vez que este escudo magnético existe há bilhões de anos, ele poderia ter permitido um movimento lento, mas contínuo, de material da Terra para a lua ao longo do tempo.

“Ao combinar dados de partículas preservadas no solo lunar com modelagem computacional de como o vento solar interage com a atmosfera da Terra, podemos rastrear a história da atmosfera terrestre e seu campo magnético,” diz Eric Blackman, professor do Departamento de Física e Astronomia e cientista distinto no Laboratório de Energias a Laser de URochester (LLE).

Esses resultados sugerem que o solo lunar pode preservar um arquivo de longa duração da atmosfera da Terra. Eles também levantam a possibilidade de que a lua contenha recursos que poderiam ser valiosos para astronautas vivendo e trabalhando lá no futuro.

O que as amostras da Apollo revelaram

As pedras e o solo lunar coletados durante as missões Apollo nos anos 70 foram centrais para esta pesquisa. Análises dessas amostras mostram que a camada de superfície da lua, conhecida como regolito, contém substâncias voláteis como água, dióxido de carbono, hélio, argônio e nitrogênio. Alguns desses materiais claramente vêm do vento solar, o fluxo constante de partículas carregadas que saem do sol. No entanto, as quantidades encontradas, particularmente de nitrogênio, são grandes demais para serem explicadas apenas pelo vento solar.

Em 2005, cientistas da Universidade de Tóquio propuseram que parte dessas voláteis se originou na atmosfera da Terra. Eles argumentaram que essa transferência só poderia ter ocorrido no início da história da Terra, antes de o planeta desenvolver um campo magnético. Sua suposição era que uma vez que o campo magnético se formou, ele bloquearia as partículas atmosféricas de escapar para o espaço.

A equipe de Rochester chegou a uma conclusão diferente.

Simulando a viagem da Terra à Lua

Para entender melhor como partículas atmosféricas poderiam chegar à lua, os pesquisadores usaram simulações computacionais avançadas. A equipe incluía Shubhonkar Paramanick, um estudante de pós-graduação no Departamento de Física e Astronomia e Horton Fellow no LLE; John Tarduno, Professor William R. Kenan, Jr. no Departamento de Ciências da Terra e Ambientais; e Jonathan Carroll-Nellenback, um cientista computacional no Centro de Pesquisa Integrada e um professor assistente no Departamento de Física e Astronomia.

Suas simulações testaram duas condições. Uma representou uma versão primitiva da Terra sem campo magnético e um vento solar mais forte. A outra modelou a Terra atual, com um campo magnético forte e um vento solar mais fraco. Os resultados mostraram que a transferência de partículas para a lua era muito mais eficaz no cenário da Terra moderna.

Neste caso, o vento solar pode soltar partículas carregadas da parte superior da atmosfera da Terra. Essas partículas então seguem as linhas do campo magnético da Terra, algumas das quais se estendem longe o suficiente no espaço para intersectar a órbita da lua. Ao longo de bilhões de anos, esse processo atua como um funil lento, permitindo que pequenas quantidades da atmosfera da Terra se depositem na superfície lunar.

Um registro do passado da Terra e um recurso para o futuro

Como essa troca ocorreu ao longo de longas escalas de tempo, a lua pode guardar um registro químico da história atmosférica da Terra. Estudar o solo lunar poderia oferecer aos cientistas novas percepções sobre como o clima da Terra, os oceanos e até mesmo a vida evoluíram ao longo de bilhões de anos.

A entrega constante de partículas também sugere que a lua pode conter mais materiais úteis do que se supunha anteriormente. Elementos voláteis como água e nitrogênio poderiam ajudar a sustentar a atividade humana de longo prazo na lua, reduzindo a necessidade de enviar suprimentos da Terra e tornando a exploração futura mais prática.

“Nosso estudo também pode ter implicações mais amplas para entender a fuga atmosférica inicial em planetas como Marte, que atualmente não possui um campo magnético global, mas teve um semelhante ao da Terra no passado, junto com uma atmosfera provavelmente mais espessa,” diz Paramanick. “Ao examinar a evolução planetária ao lado da fuga atmosférica através de diferentes épocas, podemos obter insights sobre como esses processos moldam a habitabilidade planetária.”

A pesquisa foi parcialmente apoiada por financiamento da NASA e da Fundação Nacional de Ciência.