O Sol aquece a Terra, tornando-a habitável para pessoas e animais. Contudo, ele não apenas cumpre essa função, afetando uma área muito mais ampla do espaço. A heliosfera, a região do espaço influenciada pelo Sol, é mais de cem vezes maior que a distância entre o Sol e a Terra. O Sol é uma estrela que emite constantemente um fluxo contínuo de plasma – gás altamente energizado e ionizado – conhecido como vento solar. Além desse vento solar constante, o Sol também libera ocasionalmente erupções de plasma chamadas ejeções de massa coronal, que podem contribuir para a formação das auroras, bem como explosões de luz e energia, denominadas flerex.
O plasma proveniente do Sol se expande pelo espaço, juntamente com o campo magnético solar. Juntos, eles formam a heliosfera dentro do meio interestelar local circundante – o plasma, partículas neutras e poeira que preenchem o espaço entre as estrelas e suas respectivas astrosferas. Heliogeofísicos como eu desejamos compreender a heliosfera e como ela interage com o meio interestelar. Os oito planetas conhecidos do Sistema Solar, o cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter, e o Cinturão de Kuiper – a faixa de objetos celestes além de Netuno que inclui o planetoide Plutão – todos residem dentro da heliosfera. A heliosfera é tão grande que objetos no Cinturão de Kuiper orbitam mais perto do Sol do que do limite mais próximo da heliosfera.
Conforme estrelas distantes entram em erupção, elas expelem grandes quantidades de radiação no espaço interestelar na forma de partículas altamente energizadas conhecidas como raios cósmicos. Esses raios cósmicos podem ser perigosos para organismos vivos e podem danificar dispositivos eletrônicos e espaçonaves. A atmosfera da Terra protege a vida no planeta dos efeitos da radiação cósmica, mas, mesmo antes disso, a própria heliosfera atua como um escudo cósmico contra a maior parte da radiação interestelar.
Além da radiação cósmica, partículas neutras e poeira fluem constantemente para a heliosfera a partir do meio interestelar local. Essas partículas podem afetar o espaço ao redor da Terra e podem até mesmo alterar a forma como o vento solar atinge a Terra. Supernovas e o meio interestelar também podem ter influenciado as origens da vida e a evolução dos humanos na Terra. Alguns pesquisadores preveem que, milhões de anos atrás, a heliosfera entrou em contato com uma nuvem de partículas frias e densas no meio interestelar, o que fez a heliosfera encolher, expondo a Terra ao meio interestelar local.
Mas os cientistas realmente não sabem qual é a forma da heliosfera. Os modelos variam de esféricos a cometários a formatos em forma de croissant. Essas previsões variam em tamanho de centenas a milhares de vezes a distância da Terra ao Sol. Os cientistas, no entanto, definiram a direção para a qual o Sol está se movendo como a direção do “nariz” e a direção oposta como a direção da “cauda”. A direção do nariz deve ter a menor distância até a heliopausa – o limite entre a heliosfera e o meio interestelar local.
Nenhuma sonda jamais teve uma boa visão da heliosfera a partir do exterior ou amostrou adequadamente o meio interestelar local. Fazer isso poderia dizer aos cientistas mais sobre a forma da heliosfera e sua interação com o meio interestelar local, o ambiente espacial além da heliosfera. Em 1977, a NASA lançou a missão Voyager: suas duas espaçonaves sobrevoaram Júpiter, Saturno, Urano e Netuno no sistema solar externo. Os cientistas determinaram que, após observar esses gigantes gasosos, as sondas separadamente cruzaram a heliopausa e entraram no espaço interestelar em 2012 e 2018, respectivamente.
Embora Voyager 1 e 2 sejam as únicas sondas que possivelmente já cruzaram a heliopausa, elas estão muito além de suas vidas úteis pretendidas. Elas não podem mais retornar os dados necessários à medida que seus instrumentos falham lentamente ou são desligados. Essas espaçonaves foram projetadas para estudar planetas, não o meio interestelar. Isso significa que elas não têm os instrumentos certos para fazer todas as medições do meio interestelar ou da heliosfera de que os cientistas precisam.
É aí que uma possível missão de sonda interestelar poderia entrar. Uma sonda projetada para voar além da heliopausa ajudaria os cientistas a entender a heliosfera, observando-a a partir do exterior. Como a heliosfera é tão grande, levaria décadas para uma sonda atingir o limite, mesmo usando um auxílio gravitacional de um planeta massivo como Júpiter. As espaçonaves Voyager não poderão mais fornecer dados do espaço interestelar muito antes de uma sonda interestelar sair da heliosfera. E uma vez que a sonda for lançada, dependendo da trajetória, levará cerca de 50 anos ou mais para alcançar o meio interestelar. Isso significa que quanto mais a NASA esperar para lançar uma sonda, mais tempo os cientistas ficarão sem missões operando na heliosfera externa ou no meio interestelar local.
A NASA está considerando desenvolver uma sonda interestelar. Essa sonda faria medições do plasma e dos campos magnéticos no meio interestelar e obteria imagens da heliosfera a partir do exterior. Para se preparar, a NASA pediu a opinião de mais de 1.000 cientistas sobre um conceito de missão. O relatório inicial recomendou que a sonda viajasse em uma trajetória em torno de 45 graus de distância da direção do nariz da heliosfera. Essa trajetória retraçaria parte do caminho do Voyager, ao mesmo tempo que atingiria algumas novas regiões do espaço. Dessa forma, os cientistas poderiam estudar novas regiões e revisitar algumas regiões parcialmente conhecidas do espaço.
Esse caminho daria à sonda apenas uma visão parcialmente angulada da heliosfera, e ela não seria capaz de ver a helioverta, a região que os cientistas menos conhecem. Na helioverta, os cientistas preveem que o plasma que compõe a heliosfera se mistura com o plasma que compõe o meio interestelar. Isso acontece por meio de um processo chamado reconexão magnética, que permite que partículas carregadas fluam do meio interestelar local para a heliosfera. Assim como as partículas neutras que entram pelo nariz, essas partículas afetam o ambiente espacial dentro da heliosfera. Neste caso, no entanto, as partículas têm carga e podem interagir com campos magnéticos solares e planetários. Embora essas interações ocorram nas fronteiras da heliosfera, muito longe da Terra, elas afetam a composição do interior da heliosfera.
Em um novo estudo publicado na Frontiers in Astronomy and Space Sciences, eu e meus colegas avaliamos seis direções potenciais de lançamento, desde o nariz até a cauda. Descobrimos que, em vez de sair perto da direção do nariz, uma trajetória que intercepta o flanco da heliosfera em direção à cauda daria a melhor perspectiva sobre a forma da heliosfera. Uma trajetória ao longo dessa direção apresentaria aos cientistas uma oportunidade única de estudar uma região completamente nova do espaço dentro da heliosfera. Quando a sonda sair da heliosfera para o espaço interestelar, ela terá uma visão da heliosfera a partir do exterior em um ângulo que daria aos cientistas uma ideia mais detalhada de sua forma – especialmente na região da cauda disputada.
No final, qualquer que seja a direção em que uma sonda interestelar seja lançada, a ciência que ela retornar será inestimável e literalmente astronômica.
