Estávamos subestimando o poder do vento solar

Os planetas e os satélites naturais do nosso Sistema Solar estão sob contínuo bombardeio por partículas lançadas com grande energia pelo Sol. Aqui na Terra, podemos ver o resultado desses violentos choques nas belas auroras boreais que são facilmente visíveis nas altas latitudes do planeta (desviadas pelo campo magnético da Terra, protegendo a vida em sua superfície e sua atmosfera) (1). Porém, em corpos como a Lua e Mercúrio, os quais não possuem uma atmosfera mínima para protegê-los, ou mesmo um campo magnético, essas partículas batem com violência nas suas superfícies, literalmente as degradando.

(1) Sugestão de leitura: 7 planetas parecidos com a Terra... mas e a vida?)

Agora, um novo estudo publicado no periódico Icarus, e realizado por pesquisadores do Instituto de Física Aplicada no TU Wien, EUA, mostrou que o atual modelo desses bombardeamentos está incompleto, e que a energia associada ao processo é muito maior do que antes assumido.

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O vento solar consiste basicamente de partículas carregadas - principalmente íons hidrogênio e hélio - sendo ejetadas da superfície do Sol a velocidades altíssimas, alcançando 400-800 km/s. Porém, muitas vezes ignorados, átomos mais pesados, até o ferro (massa atômica 56), também formam parte considerável dessas rajadas de energia. Quando todas essas partículas atingem a superfície de rochas, o impacto ejeta diversos outros átomos ali constituintes ou, em menor escala, fomenta uma vaporização. Esses átomos ejetados ou vaporizados podem ascender bem alto antes de caírem de volta na superfície, criando uma espécie de "exosfera" ao redor de corpos como a Lua e Mercúrio, caracterizada como uma atmosfera extremamente fina preenchida pelos átomos arrancados pelo bombardeamento. A variação no ângulo de impacto também é um fator de grande importância nesse processo. Outro fator de importância é o estado de degradação das rochas: como os átomos de oxigênio das rochas são preferencialmente ejetados (por ter menor massa entre os outros átomos tipicamente presentes nas rochas, como cálcio e silício), quando maior a taxa de ejeção, mais metalizada tende a ficar a superfície rochosa atingida, mudando as taxas de evaporação e de interação com os ventos solares. Outros tipos de impacto (como meteoroides) também contribuem para a formação da exosfera.

Essa exosfera é de grande interesse para os astrônomos porque a análise espectroscópica da sua composição permite que eles tenham uma boa ideia sobre a constituição de corpos distantes, sem a necessidade de pousar um veículo espacial neles, algo que facilita muito a vida dos cientistas. Em outubro deste ano, por exemplo, a ESA irá enviar a sonda BepiColombo para Mercúrio, com o objetivo de obter informações geológicas e propriedades químicas da superfície desse planeta a partir das análises da sua exosfera.

No entanto, para que essas investigações sejam confiáveis, é necessário um preciso entendimento de como a exosfera é criada, especialmente em relação à natureza da interação entre ventos solares e superfície de impacto. Nesse sentido, a equipe de pesquisadores de TU Wien decidiram investigar os efeitos dos bombardeamentos de íons em amostras de volastonita (CaSiO3), uma típica rocha lunar, via simulação laboratorial. Até o momento, era assumido que a energia cinética das partículas rápidas era a responsável principal pela atomização das superfícies rochosas. Porém, o resultado das análises dos pesquisadores mostrou que o alto valor de carga das partículas também participa de forma crucial, ou seja, os danos na superfície atingida são muito maiores do que antes considerado.

Quando os átomos no vento solar ganham várias cargas - nesse caso, perdendo elétrons e se tornando positivos - eles passam a carregar uma enorme quantidade de energia potencial (associada com a interação eletrostática). Nesse sentido, antes assumia-se que os prótons (cátions hidrogênio) - os quais constituem por gigantesca margem de diferença as principais partículas nos ventos solares (~93%) - possuíam a maior influência na degradação das rochas. Porém, considerando o efeito das cargas, o hélio - segunda partícula mais abundante (~7%) - é que possui a maior influência, já que pode comportar duas cargas positivas (número atômico 2). Além disso, antes em grande parte ignorados por estarem em quantidades muito ínfimas no vento solar, átomos de mais alto número atômico, como ferro, carbono e oxigênio, também somam considerável influência, por serem capazes de comportar diversas cargas.

Comparado com a ejeção via interação com prótons, a ejeção por partículas mais pesadas via energia cinética aumentou o poder destrutivo do vento solar em 56% e via energia potencial em 260% nas simulações (sob um ângulo normal de incidência). Antes era sugerido que essas contribuições extras entravam com um aumento de ejeção de apenas 25-26% e 50-52%, respectivamente.

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