Pesquisa da NASA mostra como a história antiga do Sol moldou a Terra

No centro do nosso sistema solar, o Sol influencia todos os planetas que o orbitam. Em dois estudos recentes financiados pela NASA, os cientistas descobriram como eventos antigos na história do Sol podem ter ajudado a criar o clima único da Terra e impulsionado mudanças climáticas até então inexplicáveis.

Em uma nova pesquisa, cientistas da NASA ESCUDO Centro (Vento Solar com Troca de Carga de Íons de Hidrogênio e Dinâmica em Grande Escala) – um dos centros da NASA DIRIGIR (Diversificar, Realizar, Integrar, Aventure-se, Educar) Centros de Ciência — traçam a trajetória da heliosfera, a enorme bolha criada pelo nosso Sol que envolve o nosso sistema solar, à medida que se movia pela nossa galáxia e influenciava o clima da Terra ao longo do caminho. Num outro artigo, um cientista da NASA e co-autores investigam como o Sol mais jovem e mais fraco conseguiu aquecer a Terra semeando a produção de potentes gases com efeito de estufa.

Ao longo das últimas dezenas de milhões de anos, o clima da Terra sofreu mudanças significativas, incluindo notáveis ​​eras glaciais em que a temperatura média global caiu temporariamente vários graus. Durante esses períodos, mudanças climáticas mais frequentes levaram a Terra a aquecer e esfriar. Para explicar estes períodos de aquecimento e arrefecimento, os cientistas analisaram factores internos da Terra, incluindo mudanças orbitais, gases com efeito de estufa e gelo. Mas uma nova investigação sugere que as mudanças no ambiente do Sol podem ser fundamentais para a compreensão das oscilações de temperatura da Terra.

Assim como o nosso planeta está envolto por uma atmosfera, todo o nosso sistema solar está envolto numa espécie de “atmosfera” criada pelo Sol. Esta bolha protetora, conhecida como heliosfera, é formada por um vento solar contínuo de partículas carregadas que saem do Sol em todas as direções.

Nossa heliosfera orbita em torno do centro de nossa galáxia, a Via Láctea. Ao longo dos 4,6 mil milhões de anos de existência do Sol, a nossa heliosfera atravessou várias regiões da nossa galáxia. Em artigo publicado em 21 de agosto em Revisão Anual de Astronomia e Astrofísicapesquisadores da SHIELD da NASA usaram modelagem computacional para fazer engenharia reversa do caminho da heliosfera através de nossa galáxia, revelando que os ambientes pelos quais ela passou podem ter desencadeado mudanças na Terra.

Merav Opher, investigador principal da SHIELD na Universidade de Boston, e a sua equipa realizaram simulações que mostraram que o Sol encontrou extensões geladas de gás e poeira pelo menos três vezes diferentes nos últimos milhões de anos. Nestes casos, enormes “nuvens frias” interestelares empurraram a heliosfera a tal ponto que esta encolheu para um tamanho menor do que a órbita da Terra, encalhando o nosso planeta fora do escudo protector do Sol.

Estas exposições — aproximadamente 2 a 3 milhões de anos, 6 a 7 milhões de anos e 13 a 14 milhões de anos atrás — teriam exposto a atmosfera da Terra a ambientes totalmente diferentes. Os resultados da simulação correspondem às evidências geológicas: elementos predominantes na poeira interestelar aparecem em amostras de sedimentos do fundo do mar, neve antártica e amostras lunares durante esses cronogramas.

Estes eventos de colapso da heliosfera também podem explicar antigos padrões climáticos na Terra. Nas simulações, quando a atmosfera da Terra foi exposta a uma nuvem galáctica de hidrogénio densa e fria, aumentou o conteúdo de vapor de água e alterou a dinâmica da atmosfera superior, alterando em última análise as condições na superfície. Em resumo, as viagens da nossa heliosfera através de regiões mais frias da nossa galáxia podem ser um factor-chave na condução de algumas das antigas mudanças climáticas da Terra, incluindo possíveis eras glaciais.

O centro SHIELD é um dos vários que a NASA financia para desbloquear a próxima geração de pesquisas heliosféricas. Como Centro de Ciência DRIVE, a SHIELD forma uma equipe de pesquisadores com diferentes conhecimentos, abordagens e opiniões para desenvolver um modelo, ou “gêmeo digital”, da heliosfera que ajuda a revelar como a heliosfera interage com seu entorno, incluindo densas nuvens interestelares. Compreender o nosso sistema solar único e habitável ajudará a desvendar os mistérios da evolução da vida na Terra e potencialmente a descobrir outros sistemas estelares habitáveis.

Num outro artigo, Vladimir Airapetian, cientista do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, concentra-se num mistério de longa data de como o antigo Sol aqueceu a Terra primitiva o suficiente para sustentar a vida. Há três mil milhões de anos, o jovem Sol tinha 70% do brilho que tem hoje. Sob essas condições mais escuras, a Terra deveria estar congelada. No entanto, as evidências geológicas mostram que a água líquida estável já existia muito antes disso. Este quebra-cabeça – uma Terra amena sob um Sol mais frio e mais escuro – é conhecido como o paradoxo do Sol Jovem e Fraco.

Uma pista para resolver o paradoxo vem de jovens estrelas semelhantes ao Sol em outras partes da galáxia. Essas estrelas “crianças” são propensas a ter ataques. Especificamente, dados de aposentados da NASA Telescópio espacial Kepler mostra que estrelas jovens semelhantes ao Sol entram regularmente em erupção com supererupções massivas, lançando diariamente partículas de alta energia em todas as direções. Se o nosso jovem Sol fosse como estas outras estrelas, propõe Airapetian, a barragem de partículas solares de alta energia poderia ter desencadeado reações químicas que foram fundamentais para o aquecimento da Terra primitiva.

A equipe de Airapetian simulou a atmosfera primitiva da Terra em uma câmara selada, misturando nitrogênio molecular, amônia, dióxido de carbono e monóxido de carbono. Eles então dispararam prótons na mistura, simulando o ataque de partículas de supererupções. Este bombardeamento de protões desencadeou várias mudanças, incluindo a produção de óxido nitroso, um gás com efeito de estufa 300 vezes mais potente que o dióxido de carbono. A pesquisa foi publicada em Cartas de diários astrofísicos.

Este óxido nitroso poderia ajudar a Terra a reter o calor. Mas nem todo o óxido nitroso duraria. A intensa radiação ultravioleta do jovem Sol quebraria parte dela, dividindo a molécula novamente em nitrogênio e oxigênio. Mas mesmo que apenas 10% do nitro observado na experiência sobrevivesse, confirmaram as simulações computacionais da equipa de Airapetian, ainda assim aqueceria as regiões equatoriais da Terra a cerca de 41 graus Fahrenheit (5 graus Celsius), acima do ponto de congelamento da água. Esta menor quantidade de nitro poderia até acelerar a síntese de prebióticos: descobriu-se que temperaturas logo acima de zero são mais eficientes para a construção de cadeias complexas de aminoácidos do que temperaturas mais altas.

Juntos, estes dois estudos mostram que o Sol pode levar a implicações surpreendentes para a Terra. Embora o nosso planeta seja isolado em muitos aspectos, foi formado e sempre existiu como parte de um sistema estrela-planeta. Compreender essa relação única promete novos insights sobre a Terra e a estrela que a sustenta.

Por Desiree Apodaca e Miles Hatfield
Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, Greenbelt, Maryland.