Uma máquina do tempo lunar: revelando segredos do passado da atividade solar

Título: Was the Sun a Slow Rotator? – Sodium and Potassium Constraints from the Lunar Regolith

Autores: Prabal Saxena, Rosemary M. Killen, et al.

Instituição do primeiro autor: NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, USA

Status: Publicado no Astrophysical Journal Letters, acesso aberto no arXiv

Viagem ao passado do sol

Ao longo da história do sistema solar, a freqüência de erupções do Sol tiveram um forte efeito no desenvolvimento dos planetas internos, desde o topo de suas atmosferas até suas superfícies. A quantidade de eventos eruptivos que o Sol produz, está intimamente relacionada com a taxa na qual ele gira. Portanto, para entender planetas como a Terra, é incrivelmente importante entender a rotação do Sol durante os primeiros estágios do desenvolvimento do sistema solar. Estudos anteriores tentaram fazer isso considerando outras estrelas parecidas com o Sol. No entanto, os autores de hoje encontraram uma resposta olhando muito mais próximo de casa.

A Lua, o único satélite natural da Terra, é o lugar ideal para procurar pistas sobre a história da atividade solar. A falta de uma atmosfera espessa faz com que as erupções solares que atingem a Lua ejetem material de sua superfície, deixando para trás uma marca que pode ser usada para entender o passado tumultuado do Sol.

Um modelo para o sol jovem

Antes que os autores do artigo de hoje se aprofundem sobre como a Lua é um lugar ideal para procurar evidências de atividade solar passada, o primeiro desafio para eles foi modelar a atividade do Sol durante toda a sua vida. Como mencionado anteriormente, a principal causa de desgaste da superfície lunar é a partir de eventos climáticos espaciais, principalmente ejeções de massa coronal (CMEs) que ocorrem quando grandes volumes de material são ejetados do Sol durante uma erupção solar. Um desenho desse fenômeno é mostrado na Figura 1.

fig1_astrojul
Figura 1: Desenho animado mostrando a relação da taxa de rotação solar e a quantidade de material perdido pela superfície da Lua. Figura 4 no artigo.

 

Os autores consideraram três classes de rotação para seu modelo do Sol inicial: rotação lenta, média e rápida, que correspondem a taxas de rotação observadas em estrelas semelhantes ao Sol. Para construir uma relação explosão / CME, eles analisaram dados do Telescópio Espacial Kepler e do registro geológico da Terra. O Telescópio Espacial Kepler observou várias estrelas parecidas com o Sol em um único trecho do céu ao longo de 4 anos e foi capaz de caracterizar a atividade de estrelas semelhantes ao Sol em relação à sua rotação. Uma relação aproximadamente linear foi encontrada entre a rotação e a taxa de explosão, e aquelas estrelas que rotacionam mais rápidos são mais ativas do que as que rotacionam lentamente. As CMEs também estão sempre associados a uma explosão, no entanto nem todo explosão produz uma CME especialmente a baixas energias. Os autores consideram apenas os surtos mais energéticos e, portanto, assumem uma associação explosão-CME de 100%.

 

A frequência de CMEs durante toda a vida útil do sol é mostrada na Figura 2. Independentemente da taxa de rotação inicial, todos os cenários convergem para a mesma taxa de CME / flare, conforme mostrado na figura.

 

fig2_astrojul
Figura 2: Gráfico mostrando a frequência de CME versus tempo para 3 classes iniciais de rotação solar. Diferentes linhas coloridas indicam diferentes energias das explosões ao longo do tempo (milhões de anos, “Myrs” em inglês)  a partir de diferentes fontes de dados (Kepler e registro geológico da Terra), enquanto linhas sólidas, tracejadas e pontilhadas indicam o modelo de rotação rápido, médio e lento, respectivamente. Figura 1 no artigo.

 

As rochas da lua como túnel do tempo

Com o modelo do histórico de frequência CME em mãos, os autores agora poderiam aprofundar como a atividade solar poderia afetar a composição atual da lua. A Lua é um lugar ideal para estudar o passado da atividade solar devido ao evento cataclísmico que formou o sistema Terra-Lua. A teoria mais aceita para a formação de nossa Lua envolve um objeto grande, chamado Theia, que colidiu com a Terra primordial há cerca de 4 bilhões de anos. No momento da formação da Lua, a Terra e a Lua tinham a mesma composição de superfície, tendo sido formadas a partir da mesma massa de rocha. Graças à nossa atmosfera espessa e campo magnético, a Terra foi capaz de reter muito do material em sua superfície desde a sua formação. A Lua, no entanto, é pequena demais para ter uma atmosfera. Portanto, o material em sua superfície é constantemente retirado devido a muitos fatores, sendo o clima espacial um dos principais. Para ser capaz de avaliar com precisão a diferença entre o material na Terra e na Lua, os autores se concentraram em dois elementos voláteis na superfície lunar, sódio e potássio. Esses elementos têm abundância moderadamente menor na Lua do que na Terra, mas são abundantes o suficiente na Lua para serem medidos com precisão.

 

Com base na quantidade de sódio e potássio atualmente presente na Lua, os autores determinaram o quão rápido o Sol deveria estar girando para explicar a diferença de abundância na Terra. Eles descobriram que um Sol de rotação rápida teria esgotado o sódio e o potássio da Lua muito além do que os valores atuais sugerem. Para o caso de uma rotação média, os autores descobriram que esse modelo explicaria os valores atuais de sódio, mas não os valores de potássio. E por fim, resta o modelo de rotação lenta. Inicialmente, um Sol girando lentamente conseguiria explicar a diferença de sódio e potássio entre a Lua e a Terra.

 

Um quebra-cabeça da escala do sistema solar

Entender a taxa de rotação inicial do Sol é necessária para entender a evolução dos planetas no interior do sistema solar. Muitos outros mecanismos, como impacto de meteoritos, vulcanismo e magnetismo (ambos da Terra e da própria Lua), foram usados ​​para tentar explicar o grau de redução de sódio e potássio, ou seja, a quantidade de material exposto vs quantidade de material enterrado na superfície da Lua. No entanto, nenhum deles seria responsável pela quantidade de depleção observada. No artigo de hoje, os autores descobriram que um modelo de rotação lenta para o Sol explica melhor as quantidades atuais de elementos voláteis presentes na superfície da Lua e coloca mais uma peça no quebra-cabeça de bilhões de anos da história do nosso sistema solar.

Do original em inglês – A Lunar Time Machine: Secrets to our Sun’s Active Past – por Ellis Avallone.

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