O Sol faz muito mais do que fornecer luz e calor à Terra. Dois estudos recentes financiados pela NASA sugerem que acontecimentos no passado distante do Sol podem ter afectado o clima da Terra de formas inesperadas, desde ajudar nas antigas mudanças de temperatura até manter o jovem planeta quente o suficiente para água líquida e possivelmente vida.
Um estudo do Centro SHIELD (Vento Solar com Troca de Carga de Íons de Hidrogênio e Dinâmica em Grande Escala) da NASA, um dos centros de ciência DRIVE (Diversificar, Realizar, Integrar, Empreender, Educar) da NASA, examina como a heliosfera se moveu pela galáxia ao longo do tempo. A heliosfera é uma bolha protetora gigante formada pelo Sol que circunda o Sistema Solar. Os investigadores descobriram que as mudanças na atmosfera da galáxia em torno desta bolha podem afectar as condições na Terra.
Um estudo separado liderado por um cientista da NASA explora outro enigma antigo: quanto menos o jovem e fraco Sol poderia ter mantido a Terra aquecida. As descobertas sugerem que poderosas erupções solares podem ter ajudado a gerar fortes gases de efeito estufa na atmosfera primitiva da Terra.
A jornada do Sol pela galáxia
O clima da Terra mudou dramaticamente ao longo de milhões de anos. Em vários pontos, as principais eras glaciais baixaram temporariamente as temperaturas médias globais em vários graus, enquanto outros períodos registaram flutuações repetidas entre condições quentes e frias.
Os cientistas têm tradicionalmente examinado as mudanças na órbita da Terra, os níveis de gases com efeito de estufa, a cobertura de gelo e outros factores planetários para compreender essas mudanças. Agora, novas pesquisas sugerem que as mudanças no ambiente espacial ao redor do Sol também podem ter desempenhado um papel importante.
O Sistema Solar está encerrado numa esfera protetora criada pelo Sol, da mesma forma que a Terra está rodeada por uma atmosfera. Esta região, chamada heliosfera, é formada à medida que partículas carregadas do vento solar fluem constantemente para fora do Sol em todas as direções.
Reconstrução do caminho galáctico do Sol
Toda a heliosfera gira em torno do centro da galáxia. Durante os 4,6 mil milhões de anos de vida do Sol, o Sistema Solar passou por muitos ambientes galácticos diferentes.
Em um estudo publicado em 21 de agosto Revisão Anual de Astronomia e AstrofísicaPesquisadores do SHIELD Center da NASA usaram simulações de computador para reconstruir a trajetória passada da heliosfera através da Via Láctea. Os seus resultados sugerem que algumas áreas do Sistema Solar podem produzir mudanças mensuráveis na Terra.
O investigador principal da SHIELD, Merav Ofer, e seus colegas da Universidade de Boston simularam encontros entre o sistema solar e regiões extremamente frias cheias de gás e poeira. O seu trabalho indica que o Sol passou por tal atmosfera pelo menos três vezes durante os últimos milhões de anos.
Durante estes encontros, gigantescas “nuvens frias” interestelares podem ter exercido pressão sobre a heliosfera com tal força que esta se contraiu dramaticamente. De acordo com simulações, a heliosfera teria encolhido para um tamanho várias vezes menor que a órbita da Terra, fazendo com que o nosso planeta saísse temporariamente da bolha protetora do Sol.
Quando a Terra perdeu seu escudo solar
Os encontros modelados ocorreram há cerca de 2 a 3 milhões de anos, 6 a 7 milhões de anos atrás e 13 a 14 milhões de anos atrás. Se as simulações mostrarem que a heliosfera encolheu, então a atmosfera da Terra teria sido diretamente exposta a um ambiente interestelar muito diferente durante esses períodos.
O momento também é consistente com as evidências geológicas. Elementos tipicamente associados à poeira interestelar foram encontrados em núcleos de sedimentos de águas profundas, gelo antártico e amostras lunares que são consistentes com esses períodos de tempo.
Estes eventos de colapso da heliosfera também podem ajudar a explicar alguns padrões climáticos antigos.
Na simulação, a exposição da atmosfera da Terra a uma nuvem densa e fria de hidrogênio galáctico aumentou o vapor de água atmosférico e mudou as condições na alta atmosfera. Esses impactos afetaram, em última análise, as condições próximas à superfície da Terra.
Os resultados levantam a possibilidade de que a passagem do Sistema Solar por partes mais frias da galáxia possa ter contribuído para algumas mudanças climáticas de longo prazo na Terra, incluindo potencialmente eras glaciais.
Criando um gêmeo digital da heliosfera
A NASA financia a SHIELD como um dos vários centros projetados para avançar no estudo da heliofísica. Como centro científico, a SHIELD reúne investigadores de diferentes áreas de especialização, métodos e abordagens científicas.
Um dos objetivos do centro é criar um modelo detalhado, ou “gêmeo digital”, da heliosfera. O modelo pode ajudar os cientistas a compreender melhor como a bolha protetora do Sol reage quando encontra características como densas nuvens interestelares.
Estudar a história e a estrutura do nosso Sistema Solar habitável também pode revelar como a vida evoluiu na Terra. No futuro, esse conhecimento poderá ajudar os investigadores a identificar outros sistemas estelares capazes de suportar mundos habitáveis.
O mistério do fraco e jovem sol
O segundo estudo centra-se num problema diferente relacionado com a história inicial do Sol.
Vladimir Arapetyan, cientista do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, e os seus colegas investigaram como a Terra conseguiu manter-se quente o suficiente para a água líquida nas suas fases iniciais, quando o jovem Sol produzia muito menos energia do que hoje.
Há cerca de três mil milhões de anos, o Sol era apenas 70% mais brilhante do que é agora. Com base nessa produção reduzida, a Terra deveria, teoricamente, ter sido congelada.
As evidências geológicas contam uma história diferente. Muito antes disso, já existia água líquida estável na Terra. O contraste entre a Terra primitiva, relativamente quente, e o Sol frio e fraco é conhecido como o fraco paradoxo do jovem Sol.
Um sol jovem e violento pode responder
Os cientistas podem encontrar pistas examinando estrelas jovens em outras partes da galáxia que se assemelham ao Sol primitivo.
Essas estrelas “bebês” são muito mais ativas que as estrelas maduras. Observações do aposentado telescópio espacial Kepler da NASA mostram que jovens estrelas semelhantes ao Sol podem gerar supererupções gigantescas diariamente, enviando partículas de alta energia através do espaço.
Se o jovem Sol se comportasse de forma semelhante, os Erapetianos propõem que estas partículas energéticas teriam desencadeado reações químicas na atmosfera da Terra que teriam ajudado a aquecer o planeta.
Para testar essa ideia, a equipa de Arapetian recriou condições semelhantes às da atmosfera da Terra primitiva dentro de uma câmara selada. Os pesquisadores misturaram nitrogênio molecular, amônia, dióxido de carbono e monóxido de carbono.
Eles então bombardearam a mistura gasosa com prótons para imitar o fluxo de partículas energéticas geradas por uma supererupção solar.
Superflares podem criar um poderoso gás de efeito estufa
O bombardeio simulado de partículas produziu diversas alterações químicas, incluindo a formação de óxido nitroso. O óxido nitroso é um gás de efeito estufa aproximadamente 300 vezes mais potente que o dióxido de carbono. O estudo foi publicado em Cartas de diários astrofísicos.
Esse óxido nitroso poderia ter ajudado a Terra primitiva a reter o calor.
No entanto, nem todo o gás pode ter permanecido na atmosfera. A intensa radiação ultravioleta do jovem Sol pode ter quebrado algumas das moléculas de óxido nitroso, fazendo com que se desintegrassem novamente em nitrogênio e oxigênio.
No entanto, os pesquisadores descobriram que teria sido necessário relativamente pouco óxido nitroso.
Simulações de computador mostraram que se apenas 10% do óxido nitroso produzido na experiência de laboratório tivesse sobrevivido, poderia ter aumentado as temperaturas perto do equador da Terra em cerca de 41 °F (5 °C). Isso manterá a temperatura acima do ponto de congelamento da água.
Condições que teriam sido favoráveis para o início da vida
Uma Terra fria, mas não congelada, teria proporcionado outra vantagem.
A pequena quantidade de óxido nitroso restante poderia ter apoiado reações químicas prebióticas. A pesquisa descobriu que temperaturas ligeiramente acima de zero podem ser mais eficazes do que condições mais quentes para a montagem de cadeias complexas de aminoácidos.
Isto significa que a atividade violenta do jovem Sol pode ter feito mais do que apenas impedir o congelamento da Terra. Também pode ter ajudado a criar condições ambientais favoráveis à química pré-vida.
Como o Sol ajudou a moldar a Terra
Juntos, os dois estudos destacam o quão profundamente a história da Terra está ligada ao Sol.
O movimento do Sistema Solar através da Via Láctea teria exposto a Terra a um ambiente interestelar em mudança, capaz de influenciar o seu clima. Há milhares de milhões de anos, a intensa actividade do jovem Sol pode ter ajudado a aquecer o planeta quando a luz solar por si só não teria sido suficiente.
A Terra é incomum em muitos aspectos, mas a sua existência nunca foi isolada. Ele se formou dentro de um grande sistema estelar-planetário e esteve intimamente ligado às mudanças no comportamento e no ambiente do Sol ao longo de sua história.
A compreensão dessa relação poderá revelar novas pistas sobre o clima da Terra, a evolução da vida e as condições que poderão tornar habitáveis outros sistemas planetários.
