No centro do nosso sistema solar, o Sol influencia todos os planetas que o orbitam. Em dois estudos recentes financiados pela NASA, cientistas descobriram como eventos antigos da história do Sol podem ter ajudado a criar o clima único da Terra e provocado mudanças climáticas antes inexplicadas.
Em uma nova pesquisa, cientistas do centro SHIELD (Solar Wind with Hydrogen Ion charge Exchange and Large-Scale Dynamics) da NASA — um dos Centros de Ciência DRIVE (Diversify, Realize, Integrate, Venture, Educate) da NASA — traçam a trajetória da heliosfera, a enorme bolha criada pelo nosso Sol que envolve o sistema solar, enquanto ela atravessava a nossa galáxia e influenciava o clima da Terra ao longo do caminho. Em outro artigo, um cientista da NASA e seus coautores investigam como o Sol mais jovem e menos luminoso conseguiu aquecer a Terra ao estimular a produção de gases de efeito estufa potentes.
Um Sol em movimento
Ao longo das últimas dezenas de milhões de anos, o clima da Terra passou por mudanças significativas, incluindo eras glaciais marcantes nas quais a temperatura média global caiu temporariamente vários graus. Durante esses períodos, oscilações climáticas mais frequentes fizeram a Terra aquecer e esfriar. Para explicar esses períodos de aquecimento e resfriamento, os cientistas voltaram-se para fatores internos da Terra, incluindo mudanças orbitais, gases de efeito estufa e gelo. Mas uma nova pesquisa sugere que mudanças no ambiente do Sol podem ser fundamentais para compreender as oscilações de temperatura da Terra.
Assim como o nosso planeta é envolvido por uma atmosfera, todo o nosso sistema solar está envolvido por uma espécie de “atmosfera” criada pelo Sol. Essa bolha protetora, conhecida como heliosfera, é formada por um vento solar contínuo de partículas carregadas que fluem do Sol em todas as direções.
A nossa heliosfera orbita o centro da nossa galáxia, a Via Láctea. Ao longo dos 4,6 bilhões de anos de existência do Sol, a nossa heliosfera atravessou várias regiões da galáxia. Em um artigo publicado em 21 de agosto na Annual Review of Astronomy and Astrophysics, pesquisadores do SHIELD, da NASA, usaram modelos computacionais para reconstruir o caminho da heliosfera pela galáxia, revelando que os ambientes pelos quais ela passou podem ter provocado mudanças na Terra.
Merav Opher, investigadora principal do SHIELD na Boston University, e sua equipe executaram simulações que mostraram que o Sol encontrou extensas regiões geladas de gás e poeira pelo menos três vezes diferentes nos últimos milhões de anos. Nessas ocasiões, enormes “nuvens frias” interestelares pressionaram a heliosfera a tal ponto que ela encolheu para um tamanho menor que a órbita da Terra, deixando o nosso planeta fora do escudo protetor do Sol.
Essas exposições — ocorridas aproximadamente entre 2 e 3 milhões de anos atrás, entre 6 e 7 milhões de anos atrás e entre 13 e 14 milhões de anos atrás — teriam exposto a atmosfera da Terra a ambientes totalmente diferentes. Os resultados das simulações coincidem com evidências geológicas: elementos abundantes na poeira interestelar aparecem em amostras de testemunhos de sedimentos do fundo do mar, na neve antártica e em amostras lunares correspondentes a esses períodos.
Esses eventos de colapso da heliosfera também podem explicar padrões climáticos antigos da Terra. Nas simulações, quando a atmosfera terrestre foi exposta a uma nuvem galáctica fria e densa de hidrogênio, o conteúdo de vapor d’água aumentou e a dinâmica da alta atmosfera mudou, alterando, em última instância, as condições na superfície. Em resumo, as passagens da nossa heliosfera por regiões mais frias da galáxia podem ter sido um fator fundamental para provocar algumas das mudanças climáticas antigas da Terra, incluindo possíveis eras glaciais.
A próxima fronteira no estudo da heliofísica
O centro SHIELD é um dos vários centros financiados pela NASA para impulsionar a próxima geração de pesquisas heliosféricas. Como um Centro de Ciência DRIVE, o SHIELD reúne uma equipe de pesquisadores com diferentes especialidades, abordagens e opiniões para desenvolver um modelo, ou “gêmeo digital”, da heliosfera que ajude a revelar como ela interage com o ambiente ao redor, incluindo nuvens interestelares densas. Compreender o nosso sistema solar único e habitável ajudará a desvendar os mistérios da evolução da vida na Terra e poderá revelar outros sistemas estelares habitáveis.
O jovem Sol
Em outro artigo, Vladimir Airapetian, cientista do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, concentra-se no antigo mistério de como o Sol aqueceu a Terra primitiva o suficiente para sustentar a vida. Três bilhões de anos atrás, o jovem Sol tinha 70% do brilho que tem hoje. Nessas condições menos luminosas, a Terra deveria estar completamente congelada. No entanto, evidências geológicas mostram que água líquida estável já existia muito antes disso. Esse enigma — uma Terra amena sob um Sol mais frio e menos luminoso — é conhecido como o paradoxo do jovem Sol fraco.
Uma pista para solucionar o paradoxo vem de estrelas semelhantes ao Sol jovens em outras regiões da galáxia. Essas estrelas “adolescentes” são propensas a ter explosões. Especificamente, dados do telescópio espacial Kepler, aposentado pela NASA, mostram que estrelas jovens semelhantes ao Sol produzem regularmente superflares massivas, lançando partículas de alta energia em todas as direções diariamente. Se o nosso jovem Sol fosse como essas outras estrelas, propõe Airapetian, a chuva de partículas solares de alta energia poderia ter desencadeado reações químicas fundamentais para aquecer a Terra primitiva.
A equipe de Airapetian simulou a atmosfera da Terra primitiva em uma câmara selada, misturando nitrogênio molecular, amônia, dióxido de carbono e monóxido de carbono. Em seguida, lançou prótons contra a mistura, simulando o bombardeio de partículas provenientes das superflares. Esse bombardeio de prótons provocou várias mudanças, incluindo a produção de óxido nitroso, um gás de efeito estufa 300 vezes mais potente que o dióxido de carbono. A pesquisa foi publicada na Astrophysical Journal Letters.
Esse óxido nitroso poderia ajudar a Terra a reter calor. Mas nem todo o óxido nitroso duraria. A intensa radiação ultravioleta do jovem Sol decomporia parte dele, separando a molécula novamente em nitrogênio e oxigênio. Mas, mesmo que apenas 10% do óxido nitroso observado no experimento sobrevivesse, confirmaram as simulações computacionais da equipe de Airapetian, ele ainda aqueceria as regiões equatoriais da Terra a cerca de 41 graus Fahrenheit (5 graus Celsius), acima do ponto de congelamento da água. Essa quantidade menor de óxido nitroso poderia até acelerar a síntese prebiótica: descobriu-se que temperaturas pouco acima do congelamento são mais eficientes para formar cadeias complexas de aminoácidos do que temperaturas mais altas.
Desvendando os segredos do nosso sistema estrela-planeta
Juntos, esses dois estudos mostram que o Sol pode ter implicações surpreendentes para a Terra. Embora o nosso planeta seja único em muitos aspectos, ele se formou e sempre existiu como parte de um sistema estrela-planeta. Compreender essa relação única promete novos conhecimentos tanto sobre a Terra quanto sobre a estrela que a sustenta.
Por
Desiree Apodaca
e
Miles Hatfield
Goddard Space Flight Center da NASA, Greenbelt, Maryland.