Todas as naves espaciais são lançadas com um objetivo e, no caso das missões científicas, os instrumentos a bordo são a chave para o cumprir. Quer se trate do telescópio extremamente sensível Gaia, que está a mapear mais de mil milhões de estrelas na Galáxia, ou da HRSC (High-Resolution Stereo Camera) da Mars Express, que está a revelar a topografia do Planeta Vermelho, as naves espaciais têm geralmente os seus "olhos" focados em coisas e fenómenos que os humanos querem compreender.

Mas, tal como nós, as naves espaciais também têm corpos que sentem o que lhes acontece e memórias que guardam a história das suas experiências ao longo de anos, por vezes décadas, no espaço.

Esta informação, designada por "dados de manutenção" e considerada sobretudo uma ferramenta de engenharia, tem sido talvez negligenciada em termos dos conhecimentos científicos que revela sobre os ambientes que as nossas missões habitam, e igualmente do Planeta Vermelho, onde um dia também esperamos chamar casa.

Foi concluído um primeiro estudo exaustivo de viabilidade que analisa anos de "registos diários" de arquivo de sete missões da ESA espalhadas pelo Sistema Solar, centrando-se num dos fenómenos meteorológicos mais perigosos no espaço para a exploração humana e robótica atual e futura - os eventos de partículas energéticas solares.

O "clima espacial" é completamente diferente do clima na Terra, mas as partículas energéticas solares podem ser vistas como "pedras de granizo" atómicas aceleradas a velocidades inimagináveis. São partículas emitidas pelo Sol, na sua maioria protões, mas também partículas maiores, como núcleos de hélio (com dois protões e dois neutrões) e "iões HZE".

Os iões HZE são criados quando os núcleos de elementos mais pesados do que o hidrogénio e o hélio, ou seja, com três ou mais protões, são destituídos dos seus eletrões, deixando de ser neutros e passando a ter carga elétrica.

O Sol visto pela Solar Orbiter no ultravioleta extremo a uma distância de cerca de 75 milhões de quilómetros. A imagem é um mosaico de 25 imagens individuais obtidas no dia 7 de março de 2022 pelo telescópio de alta resolução do instrumento EUI (Extreme Ultraviolet Imager). Obtida a um comprimento de onda de 17 nanómetros, na região do ultravioleta extremo do espetro eletromagnético, esta imagem revela a atmosfera superior do Sol, a coroa, que tem uma temperatura de cerca de um milhão de graus Celsius. No total, a imagem final contém mais de 83 milhões de píxeis numa grelha de 9148 x 9112 píxeis, o que a torna a imagem de maior resolução alguma vez obtida do disco completo do Sol e da sua atmosfera exterior, a coroa. Uma imagem da Terra é também incluída para efeitos de escala, na posição das 2 horas. Crédito: ESA & NASA/Solar Orbiter/equipa do EUI; processamento de dados - E. Kraaikamp (ROB)

Estas partículas são constantemente emitidas pelo Sol em todas as direções - o vento solar - mas recebem frequentemente um enorme empurrão quando o Sol entra em erupção com enormes proeminências solares e ejeções de massa coronal.

O resultado são ondas massivas de partículas carregadas, varridas por estas erupções e aceleradas quase à velocidade da luz. Podem penetrar no campo magnético da Terra e constituir um perigo significativo de radiação para as naves espaciais e para os astronautas.

Compreender a distribuição e o movimento das partículas energéticas solares em todo o Sistema Solar é importante, mas difícil, pois requer instrumentos espalhados pelo espaço para as detetar e compreender como viajam.

Sete missões, sete ambientes espaciais em mudança

Dados dos sensores de engenharia a bordo da Rosetta, ExoMars TGO, Mars Express, Venus Express, Solar Orbiter, BepiColombo e Gaia foram recolhidos e analisados, revelando deteções simultâneas de eventos de partículas energéticas solares em diferentes locais do Sistema Solar. O estudo mostra que estas missões fornecem uma boa rede de deteções de partículas solares em locais onde não existem observações científicas.

As naves espaciais têm muitos detetores de manutenção em diferentes posições que monitorizam o seu estado geral e o das suas cargas úteis - instrumentos científicos. Os contadores EDAC ("Error Detection and Correction", deteção e correção de erros de memória) estão entre eles e o seu papel é proteger as memórias do computador de uma nave espacial de erros causados por partículas energéticas que atingem os chips do computador - "'bit-flips' provocados por perturbações de um único evento".

Os eventos de partículas solares podem ser inferidos a partir de um aumento súbito de erros contados, na ordem das dezenas por dia, registados pelos contadores EDAC. Por exemplo, um evento de partículas solares no dia 7 de março de 2012, foi indicado nos dados como um dos maiores a ser testemunhado em Marte e Vénus, "sentido" pela Mars Express e pela Venus Express. Os rastreadores de estrelas da Venus Express, que ajudam a orientar a nave espacial, ficaram até cegos durante cinco dias devido ao evento.

A deteção indireta destes acontecimentos poderá ser muito importante para os modeladores do vento solar e para os estudos sobre a forma como as partículas e os "transientes" se propagam através do Sistema Solar.

As missões do estudo são muito diferentes, com naves novinhas em folha, como a BepiColombo, e a mais antiga ainda em funcionamento, a Mars Express, concebida na década de 90. As suas posições no Sistema Solar, as suas diferentes tecnologias e materiais e as diferentes localizações dos seus sensores fornecem resultados interessantes.

A Mars Express é mais sensível a eventos de partículas energéticas solares do que qualquer uma das outras, sentindo quase todos, com a Venus Express e a Rosetta não muito atrás. A BepiColombo e a Solar Orbiter têm a bordo instrumentos científicos destinados a estudar estes eventos, pelo que foram utilizadas como comparações diretas.

Imagem final de uma animação que mostra a propagação de uma ejeção de massa coronal que deixou o Sol no dia 14 de outubro de 2014 e realçando a velocidade a que chegou a várias naves espaciais nos dias, semanas e meses seguintes (não à escala). Clique na imagem para ver a animação. Crédito: ESA

"Os ambientes extremos em que as missões operam podem exercer uma enorme pressão sobre o hardware da nave espacial. Isto pode significar que, apesar de terem sido concebidas para estes cenários, nem sempre se comportam exatamente como gostaríamos, especialmente à medida que a nave envelhece", acrescenta Simon Wood, Engenheiro de Operações da Mars Express.

"Dados de engenharia como estes sempre foram vitais para as missões no espaço profundo, mas é excitante saber que décadas de informação podem também ser utilizadas para construir uma imagem científica do Sistema Solar. É por isso que nunca deitamos nada fora - não se sabe que segredos estão guardados nos dados transmitidos do espaço".

Há muito a aprender com estes resultados, tanto para a ciência como para a engenharia. Para a ciência, a distribuição e propagação dos eventos de partículas energéticas através do Sistema Solar pode ser compreendida a partir de locais distantes onde os instrumentos científicos não estão disponíveis.

Para a engenharia, estas memórias desenterradas devem ser úteis para aprender mais sobre a proteção das naves espaciais contra a radiação solar, sobre como e porquê são acionados avisos a bordo que levam a "modos de segurança" desnecessários e dispendiosos, e talvez estes dados possam mesmo ser úteis para avisos em tempo real da atividade solar.

Eventualmente, todos estes dados serão disponibilizados ao público no Arquivo de Ciências Planetárias da ESA, mas com milhares de parâmetros de manutenção e muitos milhares de terabytes de dados, terão de ser organizados de forma a serem acessíveis e a fazerem sentido para os cientistas que os queiram utilizar.

"As naves espaciais são lançadas com instrumentos, cargas úteis, e pensa-se 'ótimo - vai fazer ciência com isso', mas uma nave espacial é muito mais do que isso", diz Beatriz Sanchez-Cano, autora principal do artigo e parte da equipa científica da Mars Express na Universidade de Leicester.

"Os contadores de memória revelam muito, mas também os impactos da poeira nos painéis solares, que nos falam de micrometeoritos e detritos espaciais, e as grandes oscilações de temperatura também têm o seu efeito. Este tipo de experiência dos satélites também contribui para a ciência, e é tudo isto que, em conjunto, torna estas missões incríveis, fantásticas".

Com cuidado continuado e curiosidade, as naves espaciais podem revelar muito mais do que aquilo para que foram inicialmente concebidas, fazendo crescer "novos instrumentos" no espaço e aumentando o seu retorno científico. Se olharmos, descobrimos que o Sistema Solar está a deixar a sua impressão digital nos nossos exploradores espaciais, e precisamos de compreender estes efeitos antes de o podermos explorar em segurança por nós próprios.

// ESA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Space Weather)

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