Descoberta uma estranha “cavidade” de raios cósmicos no espaço entre a Terra e a Lua.

Os raios cósmicos que atravessam o Sistema Solar vindos da galáxia além podem não formar uma “chuva” tão constante e uniforme como se pensava.

Medições realizadas pela sonda chinesa Chang’e 4, a operar na face oculta da Lua, indicam a existência de uma espécie de cavidade no fluxo de raios cósmicos galácticos (RCG) entre a Terra e a Lua. Esse “vazio” surge quando os dois corpos se alinham de determinada forma, revelando uma diminuição inesperada do número de partículas detetadas.

Esta observação sugere que os RCG podem estar distribuídos no espaço próximo da Terra de forma menos homogénea do que os modelos mais simples assumiam - um resultado com interesse direto para a exploração espacial, já que estes iões energéticos representam um perigo radiológico real.

Porque é que os raios cósmicos galácticos (RCG) são um problema

O espaço está longe de ser um ambiente calmo: eventos extremos, como explosões de supernovas e restos de supernovas, aceleram partículas a velocidades muito elevadas e lançam-nas em todas as direções. Esse “spray” de partículas energéticas constitui uma parte importante dos raios cósmicos galácticos (RCG), que são considerados amplamente presentes na galáxia.

Em termos de composição, os RCG são sobretudo: - protões; - núcleos de hélio; - uma pequena fração de núcleos atómicos mais pesados.

O aspeto crítico é que se trata de radiação ionizante: pode arrancar eletrões aos átomos, danificar o ADN e aumentar a probabilidade de mutações associadas ao cancro.

Na Terra, a maior parte dos RCG é absorvida pela atmosfera antes de atingir o solo. Porém, continuam a ser um risco significativo para astronautas e para tripulações em voo a grande altitude, e esse risco é considerado no planeamento de missões e no desenho da tecnologia que as suporta.

O que faz variar o fluxo de RCG: Sol, vento solar… e também a Terra

O fluxo de RCG (ou seja, a intensidade do “fundo” de RCG) não é fixo. Ele pode variar consoante a atividade solar: durante o máximo solar, o aumento do vento solar e da atividade magnética desvia uma grande percentagem destas partículas, fazendo o fluxo baixar de forma acentuada.

Uma nova análise de uma equipa internacional acrescenta outro elemento ao quadro: o campo magnético da Terra também pode bloquear parte dos RCG - ainda que o Sol participe indiretamente, através da configuração do campo magnético no espaço interplanetário.

Cavidade de RCG observada pela Chang’e 4 na face oculta da Lua

A evidência vem da Chang’e 4, estacionada na face oculta desde 2019 e equipada com o Instrumento de Neutrões e Dosimetria do Módulo Lunar (LND), usado para monitorizar protões. As medições só são possíveis durante o dia lunar, quando o local está iluminado pelo Sol; durante a noite lunar, o arrefecimento torna o funcionamento do módulo demasiado difícil.

Esse padrão de operação, porém, é ideal para avaliar como o ambiente magnético perto da Terra influencia o fluxo de RCG. Os investigadores analisaram dados de 31 ciclos lunares, procurando variações no fluxo de protões à medida que a Lua percorre a sua órbita em torno da Terra.

O resultado foi claro: num segmento específico da órbita - o sector pré‑meio‑dia (antes de a Lua atingir o meio‑dia local em relação ao Sol) - a Lua atravessa uma região onde o fluxo de protões é cerca de 20% mais baixo do que no resto do percurso orbital.

O papel do campo magnético interplanetário e da espiral de Parker

A explicação proposta aponta para o campo magnético interplanetário (CMI), que corresponde à extensão do campo magnético do Sol pelo Sistema Solar.

À medida que o Sol roda, o seu campo magnético assume uma forma em espiral conhecida como espiral de Parker. Quando essa geometria se alinha com o sistema Terra‑Lua de modo particularmente favorável, pode abrir-se uma cavidade no fluxo de RCG.

Segundo os autores, em termos gerais, o movimento de partículas carregadas num campo magnético descreve uma trajetória helicoidal ao longo das linhas de campo. Assim, quando a Lua está no sector pré‑meio‑dia sob condições da espiral de Parker, as linhas locais do CMI podem alinhar-se de forma a “ligarem” a posição da Lua a uma região de campo magnético terrestre intenso. Nesse cenário, o movimento das partículas ao longo dessas linhas - em especial os protões medidos - fica condicionado pela força do campo magnético da Terra.

De forma mais intuitiva: em determinada configuração, as linhas curvas do campo magnético interplanetário inclinam-se na direção da Terra e intersectam o campo magnético terrestre, criando uma espécie de “sombra” de RCG. Quando a Lua atravessa essa sombra - um processo que dura cerca de dois dias - a Chang’e 4 regista a descida no fluxo de protões provenientes dos raios cósmicos galácticos.

O que isto pode mudar no planeamento de missões

Os investigadores defendem que este fenómeno pode ser explorado para reduzir a exposição de astronautas à radiação. Em particular, missões lunares tripuladas e atividades extraveiculares poderiam ser calendarizadas para coincidir com estes períodos de menor radiação, reduzindo o risco total acumulado.

Há também implicações práticas para a gestão operacional: se a cavidade puder ser prevista com base no estado do campo magnético interplanetário, do vento solar e da geometria Terra‑Lua, poderá tornar-se um elemento adicional nos modelos de “meteorologia espacial” usados para decidir quando executar tarefas mais longas no exterior de veículos e habitats.

Ao mesmo tempo, esta estratégia não substitui blindagem, procedimentos de segurança e limites de dose: trata-se de uma potencial janela temporal de otimização, cuja eficácia dependerá de quão consistente é a cavidade e de como varia com o ciclo solar e com mudanças rápidas no ambiente heliosférico.

Próximos passos

Os autores salientam que conjuntos de dados mais extensos poderão esclarecer melhor a dimensão espacial e o comportamento desta cavidade, aprofundando o conhecimento sobre medidas de proteção radiológica não só no sistema Terra‑Lua, mas possivelmente também em missões próximas de outros corpos do Sistema Solar com campos magnéticos.

Os resultados foram publicados na revista Avanços da Ciência.