Nosso canto do universo, o sistema solar, está situado dentro da galáxia da Via Láctea, lar de mais de 100 bilhões de estrelas.

Esta ilustração mostra a posição das sondas Voyager 1 e Voyager 2 da NASA, fora da heliosfera, uma bolha protetora criada pelo Sol que se estende bem além da órbita de Plutão. Créditos da imagem: NASA / JPL-Caltech

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O sistema solar está envolto em uma bolha chamada heliosfera, que nos separa da vasta galáxia e além - e parte de sua radiação espacial severa.

Estamos protegidos dessa radiação pela heliosfera, que por sua vez é criada por outra fonte de radiação: o sol. O Sol constantemente expele partículas carregadas, chamadas de vento solar, de sua superfície. O vento solar atinge cerca de quatro vezes a distância de Netuno, levando consigo o campo magnético do sol.

“Os campos magnéticos tendem a se empurrar uns contra os outros, mas não se misturam”, disse Eric Christian, um importante cientista pesquisador da heliosfera no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Dentro da bolha da heliosfera estão praticamente todas as partículas e campos magnéticos do sol. Do lado de fora estão os da galáxia.”

Para entender a heliosfera, comece separando a palavra, sugere David McComas, professor de ciências astrofísicas da Universidade de Princeton, em Nova Jersey. "Heliosfera" é a combinação de duas palavras: "Helios", a palavra grega para o Sol, e "esfera", uma ampla região de influência (embora, para ser claro, os cientistas não tenham certeza da forma exata da heliosfera).

A heliosfera foi descoberta no final da década de 1950 e muitas perguntas permanecem sobre ela. Conforme os cientistas estudam a heliosfera, eles aprendem mais sobre como ela reduz a exposição de astronautas e naves espaciais à radiação e, de forma mais geral, como as estrelas podem influenciar seus planetas próximos.

Um balão no espaço

Alguma radiação nos cerca todos os dias. Quando tomamos banho de sol, estamos nos aquecendo com a radiação do sol. Usamos radiação para aquecer as sobras no micro-ondas de nossa cozinha e contamos com ela para imagens médicas.

A radiação espacial, no entanto, é mais semelhante à radiação liberada por elementos radioativos como o urânio. A radiação espacial que chega até nós de outras estrelas é chamada de radiação cósmica galáctica (GCR). Áreas ativas na galáxia, como supernovas, buracos negros e estrelas de nêutrons, podem retirar os elétrons dos átomos e acelerar os núcleos até quase a velocidade da luz, produzindo GCR.

Na Terra, temos três camadas de proteção contra a radiação espacial. A primeira é a heliosfera, que ajuda a impedir

A heliosfera muda de tamanho ao longo do ciclo solar. Créditos da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA / Scientific Visualization Studio / Tom Bridgman

que o GCR alcance os planetas principais do sistema solar. Além disso, o campo magnético da Terra produz um escudo chamado magnetosfera, que mantém o GCR longe da Terra e de satélites em órbita baixa, como a Estação Espacial Internacional. Finalmente, os gases da atmosfera terrestre absorvem radiação.  

Quando os astronautas se dirigem à Lua ou a Marte, eles não terão a mesma proteção que temos na Terra. Eles terão apenas a proteção da heliosfera, que flutua em tamanho ao longo do ciclo solar de 11 anos.

Em cada ciclo solar, o Sol passa por períodos de intensa atividade e fortes ventos solares, e períodos mais calmos. Como um balão, quando o vento se acalma, a heliosfera desinfla. Quando ela capta, a heliosfera se expande.

“O efeito que a heliosfera tem sobre os raios cósmicos permite missões de exploração humana com maior duração. De certa forma, permite que os humanos cheguem a Marte ”, disse Arik Posner, heliofísico da sede da NASA em Washington, DC. “O desafio para nós é entender melhor a interação dos raios cósmicos com a heliosfera e seus limites.”

Créditos da imagem: NASA / JPL-Caltech

Anatomia da heliosfera

Há algum debate sobre a forma precisa da heliosfera. No entanto, os cientistas concordam que ela possui várias camadas. Vejamos as camadas de dentro para fora:

• Choque de terminação: todos os planetas principais do nosso sistema solar estão localizados na camada mais interna da heliosfera. Aqui, o vento solar emana do Sol a toda velocidade, cerca de um milhão de milhas por hora, durante bilhões de milhas, não afetado pela pressão da galáxia. O limite externo dessa camada central é chamado de choque de terminação.
• Heliosfera: Além do choque de terminação está a heliosfera. Aqui, o vento solar se move mais lentamente e desvia ao enfrentar a pressão do meio interestelar externo.
• Heliopausa: a heliopausa marca o limite agudo e final do plasma entre o Sol e o resto da galáxia. Aqui, os campos magnéticos dos ventos solares e interestelar se opõem, e as pressões internas e externas estão em equilíbrio.
• Heliosfera externa: A região logo após a heliopausa, que ainda é influenciada pela presença da heliosfera, é chamada de heliosfera externa.

Como estudamos os limites externos da heliosfera

Muitas missões da NASA estudam o Sol e as partes mais internas da heliosfera. Mas apenas dois objetos feitos pelo homem cruzaram a fronteira do sistema solar e entraram no espaço interestelar.

Em 1977, a NASA lançou a Voyager 1 e a Voyager 2. Cada espaçonave está equipada com ferramentas para medir os campos magnéticos e as partículas pelas quais está passando diretamente. Depois de passar pelos planetas externos em uma grande turnê, eles saíram da heliopausa em 2012 e 2018, respectivamente, e estão atualmente na heliosfera externa. Elas descobriram que os raios cósmicos são cerca de três vezes mais intensos fora da heliopausa do que no interior da heliosfera.

No entanto, a imagem que as Voyagers pintam está incompleta.

“Tentar descobrir a heliosfera inteira a partir de dois pontos, Voyager 1 e 2, é como tentar determinar o tempo em todo o Oceano Pacífico usando duas estações meteorológicas”, disse Christian.

As Voyagers trabalham com o Interstellar Boundary Explorer (IBEX) para estudar a heliosfera. O IBEX é um satélite do tamanho de uma mala de 176 libras, lançado pela NASA em 2008. Desde então, o IBEX orbitou a Terra, equipado com telescópios que observam os limites externos da heliosfera. O IBEX captura e analisa uma classe de partículas denominadas átomos neutros energéticos, ou ENAs, que cruzam seu caminho. Os ENAs se formam onde o meio interestelar e o vento solar se encontram. Alguns ENAs fluem de volta para o centro do sistema solar - e do IBEX.

“Cada vez que você coleta um desses ENAs, você sabe de qual direção ele veio”, disse McComas, o principal investigador do IBEX. “Ao coletar muitos desses átomos individuais, você é capaz de fazer essa imagem de dentro para fora de nossa heliosfera.”

Em 2025, a NASA lançará o Mapeamento Interestelar e a Sonda de Aceleração (IMAP). As câmeras ENA IMAP têm resolução mais alta e são mais sensíveis do que as câmeras IBEX.

Mistérios abundam

Em 2009, o IBEX retornou uma descoberta tão chocante que os pesquisadores inicialmente se perguntaram se o instrumento poderia estar com defeito. Essa descoberta ficou conhecida como IBEX Ribbon - uma faixa no céu onde as emissões de ENA são duas ou três vezes mais brilhantes do que o resto do céu.

“O Ribbon foi totalmente inesperado e não antecipado por nenhuma teoria antes de voarmos a missão”, disse McComas. Ainda não está totalmente claro o que causa isso, mas é um exemplo claro dos mistérios da heliosfera que ainda precisam ser descobertos.

O Interstellar Boundary Explorer da NASA, ou IBEX, estuda a heliosfera a partir de sua órbita ao redor da Terra. O primeiro mapa do céu do IBEX mostrou um recurso surpreendente apelidado de “Ribbon IBEX”. Créditos da imagem: NASA / IBEX

“Nosso Sol é uma estrela como bilhões de outras estrelas no universo. Algumas dessas estrelas também têm astrosferas, como a heliosfera, mas esta é a única astrosfera na qual estamos realmente dentro e podemos estudar de perto”, disse Justyna Sokol, pesquisadora do Southwest Research Institute em San Antonio, Texas. “Precisamos começar em nossa vizinhança para aprender muito mais sobre o resto do universo.”

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Referência:

GOLD, Alison. Studying the Edge of the Sun’s Magnetic Bubble. NASA - NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., 19, out. 2021. NASA's Goddard Space Flight Center. Disponível em: <https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/studying-the-edge-of-the-sun-s-magnetic-bubble>. Acesso em: 20, out. 2021.