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Reportagem

Mistérios ainda não decifrados da Lua

Recentes missões lunares mostram que ainda há muito que aprender sobre o satélite da Terra

Paul D. Spudis
O pólo sul da Lua é mostrado neste mosaico de 1.500 imagens feitas pela câmera ultravioleta/vísivel da nave espacial Clementine em 1994. O pólo está no centro do mosaico: a latitude lunar de 70 graus sul está na margem. Tanto os orbitadores Clementine como o Lunar Prospector encontraram evidências de gelo de água nas pareas permanentemente sombreadas próximas dos pólos lunares
Embora o satélite da Terra seja o primeiro objeto planetário a ser explorado por naves espaciais e o único corpo a ser visitado por astronautas, os cientistas ainda têm muitas questões não respondidas acerca da sua história, composição e estrutura interna. Em anos recentes, os pesquisadores têm solicitado a exploração renovada da Lua: a Agência Espacial Européia (Esa) e o Japão planejam colocar sondas em órbita lunar, e a Nasa considera pousar uma nave não tripulada na face oculta da Lua. Ao estudá-la, essas missões podem também iluminar a história de todos os rochosos planetas no sistema solar interior: Mercúrio, Vênus, Marte e especialmente a Terra. Como a superfície da Lua tem permanecido relativamente imutável nos últimos 3 bilhões de anos, o satélite pode guardar a chave do conhecimento de como os planetas interiores se formaram e evoluíram.

Quando os astrônomos espiaram pela primeira vez a Lua através de telescópios, há 400 anos, descobriram que sua superfície consiste de dois tipos principais de terreno: terras altas acidentadas, cheias de crateras, e terras baixas escuras, com poucas crateras. Galileu Galilei, o inventor do telescópio, chamou as terras baixas de maria – marés em latim – por sua aparência lisa e escura. Uma das maiores surpresas da era espacial veio em 1959, quando a nave soviética Luna 3 fotografou a face oculta da Lua, que nunca havia sido vista porque está sempre virada para o lado oposto à Terra. As fotografias mostraram que nela faltam quase completamente as terras escuras que são dominantes no lado visível. Embora os cientistas tenham agora algumas teorias que poderiam explicar a dicotomia de terreno, o enigma permanece.

A análise das rochas lunares e do solo trazidos à Terra pelos astronautas da Apollo e pelos alunissadores não tripulados permitiram aos pesquisadores obter um vislumbre da evolução da Lua. A evidência sugere que a Lua foi criada cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, quando um corpo de tamanho comparável a Marte bateu na Terra primitiva. A colisão esguichou rocha vaporizada em órbita ao redor da Terra, e esses pequenos corpos coalesceram rapidamente, formando a Lua. Eles se acumularam tão rápido que o calor gerado pelo processo derreteu a porção exterior da lua nascente e formou um oceano global de rocha líquida ou magma. A crosta lunar formou-se então de materiais de baixa densidade que flutuaram na superfície do oceano de magma.
Esta fase inicial foi seguida por uma violenta saraivada na superfície da Lua de cometas, asteróides e meteoróides. Alguns dos objetos maiores abriram enormes bacias de mais de 2 mil km de diâmetro. A maioria das crateras e bacias, pelo menos na face visível, foi preenchida por lava basáltica rica em ferro, no decorrer dos 300 a 400 milhões de anos seguintes, formando as áreas escuras vistas hoje.

Pelo fato de a Lua ter experimentado atividade de impacto, vulcanismo e tectonismo, ela pode servir de pedra de toque para a compreensão desses processos. Em particular, como companheira da Terra, ela é um lugar ideal para o estudo de eventos extraplanetários que ocorreram nesta parte do sistema solar durante sua história inicial. Quase todos os traços dos asteróides e cometas que atingiram a Terra há bilhões de anos foram apagados da geologicamente ativa superfície do planeta. Ainda assim este registro está preservado na Lua, onde pode ser recuperado e lido.

Os cientistas aprenderam muito com as explorações da Apollo, mas muitos mistérios permaneceram depois que o programa terminou. Os pesquisadores verificaram que precisavam mapear a Lua globalmente com uma diversidade de instrumentos de sensoriamento remoto. Um indício das fascinantes descobertas à espera do reconhecimento global veio da passagem pelo sistema Terra-Lua no início dos anos 1990 da nave espacial Galileo destinada a Júpiter. No hemisfério sul da face oculta da lua, os cientistas da missão viram uma assinatura incomum de rochas com alto teor de ferro no fundo da bacia Pólo Sul-Aitken (SPA), a maior bacia lunar. A Galileo também mapeou alguns Maria usando filtros espectrais que forneceram informações sobre a composição superficial: os resultados sugeriram aos pesquisadodres que poderiam empregar dados remotos de naves espaciais para delinear a seqüência de fluxos de lava nos maria.

Maria e Terras Altas
Em 1994 o Departamento de Defesa dos Estados Unidos lançou a nave Clementine. Seu objetivo era testar sensores de baixo peso desenvolvidos para fins de defesa de mísseis balísticos, enquanto se deslocavam em órbitas polares sobre a Lua. A Clementine orbitou com êxito a Lua por 71 dias e fez um completo mapa global da superfície do satélite em 11 comprimentos de onda nas visível e do infravermelho próximo. A nave também transportava um detector laser que permitiu aos pesquisadores fazer um mapa topográfico da Lua inteira, pela primeira vez. Além disso, o rastreamento da órbita da nave por rádio forneceu melhores informações sobre o campo gravitacional lunar. E um experimento improvisado de radar revelou indícios intrigantes da existência de gelo de água nas áreas permanentemente sombreadas perto do pólo sul lunar.
Dando seguimento à Clementine, a Nasa enviou a nave Lunar Prospector em órbita polar da Lua em 1998. Como uma das missões de classe Discovery da Nasa, a Lunar Prospector mapeou a composição da superfície lunar usando espectroscopia de raios gama e de nêutrons. Ela confirmou a detecção pela Clementine de gelo perto do pólo sul e descobriu mais depósitos no pólo norte. Um espectrômetro de partículas alfa mediu emissões gasosas do interior lunar, enquanto um magnetômetro mapeou a distribuição de anomalias magnéticas locais. Rastreamento adicional por rádio da nave espacial melhorou nosso conhecimento do campo gravitacional da Lua. Finalmente, o controle de terra intencionalmente lançou a nave contra a Lua, numa tentativa de induzir a liberação de vapor d’água da superfície. Telescópios na Terra e no espaço foram apontados para o local do choque a fim de observar a pluma de vapor, mas nada foi detectado.

Ao situar as descobertas da Apollo num contexto global, as mensurações da Clementine e da Lunar Prospector levaram os cientistas a revisar seu entendimento da Lua e sua história. Por exemplo, no Oceannus Procellarum, uma enorme depressão na parte ocidental da face visível da Lua, os astronautas da Apollo 12 e da Apollo 14 encontraram rochas basálticas anômalas ricas em elementos-traço conhecidos coletivamente como kreep (“K” para potássio, “0REE” para elementos de terras raras e “P” para fósforo). Os geólogos referem-se a esses elementostraço como incompatíveis – isto é, eles não se ajustam bem às estruturas cristalinas de minerais comuns formadores de rochas. A presença de rochas ricas em kreep indica que a lua primitiva sofreu intenso derretimento e diferenciação, processo em que os elementos incompatíveis foram concentrados na parte fundida de um sistema cada vez mais sólido e cristalizado. A Lunar Prospector revelou que as mais altas concentrações de kreep ocorrem no Oceannus Procellarum, se bem que a razão para esta distribuição incomum não esteja clara.

Além disso, os orbitadores lunares confirmaram que as terras altas da Lua são dominadas por anortosita ou anortida, rocha ígnea composta primariamente do mineral feldspato e rica em cálcio e alumínio. Essas rochas foram criadas no início da história lunar, quando a porção exterior da Lua estava completamente derretida: a anortosita de baixa densidade flutuou na superfície do oceano de magma. Embora os cientistas tivessem postulado esta fase da história lunar baseados nas amostras da Apollo, a prova veio dos dados da Clementine e da Lunar prospector, que indicaram a distribuição global e grande abundância de anortosita. Como a única fonte de calor que poderia derreter a Lua inteira seria uma acumulação muito rápida de pequenos corpos, a presença de grandes quantidades de anortosita na crosta lunar apóia a teoria de que a Lua coalesceu de detritos da colisão planetária.

Os orbitadores lunares também explicaram uma das mais intrigantes descobertas das missões Apollo: a concentração incomum e elevada de titânio nos basaltos dos maria coletados pelos astronautas da Apollo 11 durante o primeiro pouso na Lua. Clementine e Lunar Prospector mostraram que as lavas de alto teor de titânio encontradas pela Apollo 11 na verdade são bastante raras na Lua. Embora os basaltos dos maria registrem concentrações variáveis de titânio, apenas uma pequena fração tem as concentrações observadas no primeiro pouso no Mar da Tranqüilidade. Os pesquisadores lunares aprenderam uma lição valiosa: amostras de um único local na lua não são necessariamente representativas de regiões grandes.
Como os fluxos de lava têm tipicamente composições uniformes e distintas, os dados da Clementine e Lunar Prospector podem ser usados para mapear os fluxos que ocorreram nos maria. A idade de cada fluxo pode então ser determinada pela medida da densidade de crateras de impacto. Fluxos de maria mais antigos estiveram expostos a bombardeamento por mais tempo que os mais recentes, portanto têm maior densidade de crateras. Os cientistas já sabem as idades dos fluxos de maria nos locais da Apollo, a partir da análise dos radioisótopos nas amostras de rocha e assim eles podem estimar as idades de outros fluxos, comparando suas densidades de crateras com as de fluxos noutros locais de alunissagem. Os resultados mostram que apesar de a Lua ter lavas de maria de composições e idades variáveis, a erupção do conjunto em bloco deu-se entre 3 e 3,8 bilhões de anos atrás.

Embora os maria sejam reconhecidos pela sua cor escura, certas áreas das terras altas parecem intermediárias em reflectância e contêm quantidades relativamente altas de ferro. Algumas dessas superfícies são depósitos de maria que foram cobertos por mantos de detritos das terras altas – camadas de rocha ejetada, espalhadas pelos impactos que criaram as bacias da Lua. Visto que estas lavas de maria são de data anterior à das camadas de detritos das terras altas, que foram depositadas durante a formação de bacias há 3,8 bilhões de anos, elas indicam que a erupção de lava na Lua começou bem antes das idades dos mais antigos fluxos de lava amostrados pela Apollo.O mapeamento global mostra que estes antigos fluxos são muito difundidos na face oculta da Lua e nas regiões do limbo (o limite entre as faces visível e oculta).

Buracos e Lombadas
A Lua é um mundo muito acidentado. A diferença de altitude entre o ponto mais baixo (dentro da bacia SPA) e o mais alto (na beirada da bacia Korolev na face oculta) é de mais de 16 km. Na Terra, onde o diferencial de altitude máximo é de 20 km, a topografia de superfície é o resultado de atividade tectônica que cria faixas de montanhas elevadas e fossas oceânicas profundas. A Lua, em contraste, possui uma casca exterior estática; a crosta lunar tem sido fria e rígida por pelo menos 4 bilhões de anos. O relevo topográfico da Lua relaciona-se inteiramente a crateras de impacto e bacias. Não é por acaso que a maior bacia lunar é também o sítio dos maiores extremos de altitude, embora seja algo surpreendente que uma feição tão grande e antiga ainda retenha a maior parte do relevo original.

Internamente, a Lua também parece ser bem acidentada e irregular. O rastreamento por rádio da trajetória da Lunar Prospector, colocada em órbita baixa a até 7 km da superfície lunar, mostrou gravidade maior que o esperado, acima de algumas das mais novas bacias de impacto. Os cientistas não acreditam que os basaltos de maria nas bacias sejam a fonte das anomalias gravitacionais; fluxos de lava individuais parecem ser bastante finos – de uns poucos metros a poucas dezenas de metros –, e as acumulações totais têm tipicamente 200 metros ou menos. Em vez disso, os pesquisadores acreditam que as concentrações de massa são aglomerados de rocha densa do manto lunar que se elevaram à superfície das bacias depois do impacto.
A incomum dicotomia de terreno lunar, com a face visível dominada pelos maria escuros e a face oculta pelas terras altas brilhantes, pode também ser explicada pelas diferenças estruturais sob a superfície. Ainda que os cientistas não tenham resolvido definitivamente o problema, a razão mais provável para a dicotomia é que a crosta na face visível é relativamente mais fina e, portanto, magmas ascendentes podem alcançar e irromper à superfície mais facilmente que na face oculta.

Os mapas topográficos produzidos pelo sondador a laser da Clementine revelaram as assombrosas dimensões da bacia SPA, que se estende por 2.600 km, o que a torna a maior cratera de Clementineimpacto no sistema solar inteiro. A documentou também a presença de numerosas outras bacias, algumas desconhecidas antes de seus vôos orbitais. Os pesquisadores agora estimam que a Lua tenha mais de 45 bacias (definidas como feições de impacto com diâmetros superiores a 300 km). Com base nas densidades de crateras dentro das bacias, a SPA parece ser a mais antiga e a Oriental, e a mais nova.

Os cientistas, no entanto, apenas conhecem as idades absolutas das bacias que foram visitadas pelas missões tripuladas Apollo e as não tripuladas Luna. Datações radioisotópicas de amostras de impacto fundidas – rochas que derreteram quando um asteróide ou cometa atingiu a Lua, revelando assim quando um impacto ocorreu – indicam que todas essas bacias formaram-se num estreito período entre 3,8 bilhões e 3,9 bilhões de anos atrás. O pequeno intervalo de idades das bacias é interpretado como se a Lua tivesse experimentado uma taxa muito alta de impactos durante um curto período, conhecido como cataclisma lunar.

Mas como poderia ter ocorrido esse dilúvio? Modelos da história do sistema solar postulam que a freqüência de impactos deveria ter caído entre 4,5 bilhões e quatro bilhões de anos atrás, porque a maioria dos planetesimais – os pequenos corpos rochosos formados a partir da nebulosa solar – foram gradualmente expulsos do sistema solar interior ou absorvidos pelos planetas exteriores. Se os pesquisadores puderem confirmar que o cataclisma lunar realmente ocorreu, a descoberta terá profundas implicações para a história de todos os planetas interiores. É possível, por exemplo, que um corpo muito grande na faixa dos asteróides tenha se partido há cerca de 3,9 bilhões de anos, e que os detritos varreram o sistema Terra- Lua. Se for o caso, poderia significar que a história da formação das crateras lunares é única e não serve de guia para datar feições em outros planetas além da Terra.
Uma forma de dizer que o cataclisma lunar realmente ocorreu seria determinar a idade absoluta da bacia SPA. Os cientistas sabem que a SPA deve ser mais antiga que qualquer outra bacia lunar, e a mais antiga das bacias que podem ser datadas de forma confiável a partir de amostras de impacto fundidas é a Mare Serenitatis, cuja idade é estimada em 3,87 bilhões de anos. O impacto que criou a SPA claramente aconteceu depois que a crosta lunar se solidificou, o que ocorreu há cerca de 4,3 bilhões de anos. A idade da SPA deve, portanto, cair entre estas datas, porém mais próxima de que extremo?

Se a SPA tiver idade próxima das outras bacias, os cientistas terão um forte argumento para o cataclisma lunar. Mas se a idade da SPA estiver próxima da fase de solidificação da crosta lunar, não haveria necessidade de postular um cataclisma lunar. A história das crateras lunares poderia ser vista como evidência de um declínio exponencial da freqüência de impactos. Nesse caso, o registro lunar poderia servir como guia para a interpretação de crateras nos planetas interiores, como Marte. Para datar a bacia SPA, entretanto, os pesquisadores necessitariam obter amostras de sua fusão de impacto.

Gelo nas Sombras
Talvez o mais empolgante resultado da missão Clementine e Lunar Prospector seja a evidência de gelo de água nos pólos lunares. Devido ao fato de o eixo de rotação da Lua ter uma inclinação de apenas 1,5 grau –, isto é, o eixo é quase perpendicular ao plano da órbita da Terra ao redor do Sol – o Sol está sempre no ou perto do horizonte, quando visto dos pólos lunares. (Em contraste, o eixo terrestre tem inclinação de cerca de 23,5 graus.) Um ponto junto ao pólo lunar a aproximadamente 600 metros acima do nível médio da superfície recebe luz solar permanente. Se estiver pelo menos 600 metros abaixo do nível da superfície, estará em sombra perpétua.

Embora a Clementine não transportasse quaisquer instrumentos especificamente projetados para buscar gelo polar, a equipe científica da missão pôde improvisar um experimento empregando o radiotransmissor a bordo da nave espacial. Enquanto as superfícies rochosas espalham as ondas de rádio aleatoriamente, o gelo absorve parte das ondas e reflete em forma coerente outra parte delas. Quando a Clementine dirigia ondas de rádio às regiões permanentemente sombreadas próximas do pólo sul da Lua, os sinais refletidos eram característicos de superfícies geladas. Quatro anos mais tarde, o espectrômetro de nêutrons transportado pela Lunar Prospector mostrou grandes quantidades de hidrogênio nas regiões escuras de ambos os pólos: a explicação mais plausível é que a nave detectou o hidrogênio em gelo de água. Estimativas indicam que existe mais de 10 bilhões de toneladas de gelo dentro dos 30 cm (mais ou menos) da camada superficial, em ambos os pólos. Os pesquisadores, no entanto, ignoram o estado físico desse material, sua composição exata, pureza ou acessibilidade. Esse conhecimento pode ser adquirido apenas por futuras missões à Lua.
As imagens da Clementine também mostraram que algumas regiões perto dos pólos lunares parecem estar sob iluminação solar quase constante. Uma área próxima da borda anular da cratera Shackleton, por exemplo, é iluminada durante mais de 75% do período de rotação lunar. Estas áreas têm um ambiente térmico relativamente ameno, com valores que vão de 60 a 40 graus Celsius negativos. (Em contraste, as temperaturas perto do equador lunar variam de -150 a 100 graus C negativos.) A localização de um posto avançado, tripulado ou não, numa destas áreas ensolaradas perto dos pólos simplificaria muito o desafio de projetar equipamento que sobrevivesse aos extremos de temperatura da superfície lunar. E se o gelo pudesse ser recuperado de uma área permanentemente escura nas proximidades, a base teria uma fonte d’água que poderia ser usada para manutenção da vida, bem como para combustível de foguete (pelo fracionamento da água em hidrogênio e oxigênio líquidos, o mais poderoso propelente químico).

Retorno à Lua
Como resultado dos êxitos da Clementine e Lunar Prospector, uma série de novas missões lunares estão em variados estágios de preparação. Em setembro a Agência Espacial Européia lançou a espaçonave Smart I, cuja missão primária é testar um motor a propulsão iônica durante 16 meses de viagem à Lua. Depois de entrar em órbita lunar, a Smart I utilizará uma câmera e sensor de raios-x para mapear a superfície da Lua. Em 2004 o Japão planeja lançar a Lunar A, um orbitador que lançará na superfície duas sondas de pouso duro, chamadas penetradores. Equipadas com sismômetros e sensores de fluxo de calor, as sondas coletarão informações sobre o interior da Lua e possivelmente mapearão o núcleo. Para 2005 o Japão projeta uma seqüência à missão, com um orbitador chamado Selene. Esta nave mapeará a Lua em detalhe ainda, usando uma câmera de terreno, um altímetro laser, e um sondador de radar, bem como espectrômetros de raios-x e gama.

Além disso, a renovada apreciação da significância da bacia SPA reviveu a idéia de pousar lá uma sonda robótica, para coletar amostras e enviá-las por foguete à Terra para análise. Um relatório de 2002 de um painel de cientistas patrocinado pela Academia Nacional de Ciências defendeu essa missão. O objetivo primário do esforço seria obter amostras da fusão de impacto da bacia SPA. Revelando quando a bacia foi formada, estas rochas poderiam resolver a questão da ocorrência de um cataclismo lunar. Adicionalmente, como a fusão de impacto é um compósito de todas as rochas que foram atingidas pelo asteróide ou cometa que colidiu, seu estudo poderia revelar a composição e estrutura da crosta lunar na área impactada na bacia. Alguns pesquisadores suspeitam que o objeto que colidiu pode ter penetrado a crosta e exposto partes do manto superior, possivelmente de profundidades de até 120 km. Se a fusão de impacto contiver algum material do manto, os cientistas poderão caracterizar em certo detalhe a composição do interior lunar profundo.
Uma missão de resgate de amostra à bacia SPA é simples em princípio, mas difícil de executar. Os planejadores de missão devem selecionar um local de pouso que proporcionaria amostras adequadas à solução das questões científicas ligadas à idade e composição da SPA. Os pesquisadores podem usar a informação de sensores remotos para identificar as áreas que, em virtude da sua composição e contexto geológico, seriam boas candidatas a produzir as rochas desejadas. Como as áreas ficariam na face oculta da Lua, o alunissador teria de operar autonomamente ou comunicar-se com os controladores da Terra por um satélite de retransmissão.

A NASA já solicitou propostas para uma missão de recuperação de amostras da bacia SPA, que poderia ser lançada antes de 2010. Mas quando os astronautas retornarão à Lua? Há muitas razões científicas para a exploração lunar. Uma missão tripulada ofereceria excelentes oportunidades para toda uma gama de estudos, da exploração planetária à astronomia. E a existência de gelo de água nos pólos lunares poderia tornar muito mais fácil estabelecer uma presença humana. A NASA recentemente esboçou propostas que permitiriam novas missões humanas à Lua usando infra-estruturas existentes de lançamento e transporte espaciais, economizando assim bilhões de dólares em custos e desenvolvimento.

Mas o retorno dos astronautas à Lua requer uma razão política, não uma justificativa científica. Ele nunca teria lugar somente para fins científicos, nem deveria ser assim. As missões devem levar em conta um amplo leque de preocupações nacionais. Uma vez que retornemos, entretanto, novos panoramas de possibilidades científicas se abrirão. Já lemos parte da história da Lua, mas muito ainda está obscuro. A exploração futura mais provavelmente mostrará que a história do nosso vizinho mais próximo é mais complicada e interessante do que imaginávamos.

Resumo/ Os Mistérios da Lua

- Nos anos 90 as espaçonaves Clementine e Lunar Prospector forneceram aos cientistas mapas globais da topografia, composição superficial, variações gravitacionais e anomalias magnéticas da Lua.

- Os resultados contextualizaram as descobertas feitas pelas missões Apollo, mas também levantaram novas questões. Em particular, os pesquisadores querem saber mais a respeito do violento bombardeamento da Lua que ocorreu há cerca de 4 bilhões de anos.

- A Agência Espacial Européia (Esa), o Japão e os Estados Unidos planejam enviar mais sondas não tripuladas à Lua para solucionar alguns dos mistérios remanescentes.

PARA CONHECER MAIS

The Once and Future Moon. Paul D. Spudis. Smithsonian Institution University Press,1996.

A New Moon for the T wenty-First Century. G. Jeffrey Taylor em Planetary Science Research Discoveries, agosto de 2000. Disponível online em www.psrd.hawaii.edu/Aug00/newMoon.html

Lunar Meteorites and the Lunar Cataclysm. Barbara A. Cohen em Planetary Science Research Discoveries, janeiro de 2001. Disponível on line em www.psrd.hawaii.edu/Jan01/lunarCataclysm.html

The Clementine Atlas of the Moon. D. Ben J. Bussey e Paul D. Spudis, Cambridge University press (no prelo).