Uma paisagem lunar empoeirada, conforme visualizada pelo Laboratório de Conceitos Avançados da NASA. Crédito: NASA

Em um dia frio de inverno, o calor do sol é muito bem-vindo. No entanto, à medida que a humanidade libera cada vez mais gases de efeito estufa, a atmosfera da Terra retém cada vez mais a energia do sol e aquece constantemente a Terra. Uma estratégia para reverter essa tendência é interceptar parte da luz do sol antes que ela chegue ao nosso planeta. Durante décadas, os cientistas consideraram o uso de telas, objetos ou partículas de poeira para bloquear o suficiente da radiação solar – entre 1 ou 2% – para mitigar os efeitos do aquecimento global.

Um estudo conduzido pela Universidade de Utah explorou a possibilidade de usar poeira para afastar a luz solar. Eles analisaram as diferentes propriedades das partículas de poeira, as quantidades de poeira e as órbitas mais adequadas para a sombra da Terra. Os autores descobriram que atirar poeira da Terra para uma estação a caminho do “ponto Lagrangiano” (L1) da Terra-Sol seria mais eficiente, mas exigiria um custo e esforço astronômicos. Uma alternativa é usar pó lunar. Os autores argumentam que a liberação de poeira lunar da Lua pode ser uma maneira barata e eficaz de sombrear a Terra.

Liberação simulada de um fluxo de poeira entre a Terra e o Sol. Esta nuvem de poeira aparece ao cruzar o disco solar, vindo da Terra. Fluxos como esses, incluindo os liberados da superfície lunar, podem atuar como um guarda-chuva temporário para o sol. Crédito: Ben Bromley/Universidade de Utah

A equipe de astrônomos aplicou uma técnica usada para estudar a formação de planetas em torno de estrelas distantes, que é seu foco habitual de pesquisa. A formação de planetas é um processo caótico que libera muita poeira cósmica que pode formar anéis ao redor da estrela hospedeira. Esses anéis interceptam a luz da estrela central e a irradiam novamente de uma forma que podemos detectar na Terra. Uma maneira de descobrir estrelas formando novos planetas é procurar por esses anéis de poeira.

“Essa foi a semente da ideia”, disse Ben Bromley, professor de física e astronomia e principal autor do estudo.

Simulação da poeira liberada da estação intermediária no ponto 1 de Lagrange. A sombra no solo é exagerada para maior clareza. Crédito: Ben Bromley

disse Scott Kenyon, co-autor do estudo do Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian.

O artigo foi publicado recentemente na revista clima PLOS.

sombra projetada

A eficácia geral do escudo depende de sua capacidade de manter uma órbita que sombreie a Terra. Sameer Khan, um estudante de graduação e co-autor do estudo, liderou a exploração inicial de que os orbitais poderiam prender a poeira em posição por tempo suficiente para fornecer sombreamento adequado. O trabalho de Khan demonstrou a dificuldade de manter a poeira onde você deseja.

“Como conhecemos as localizações e massas dos principais corpos celestes em nosso sistema solar, podemos simplesmente usar as leis da gravidade para rastrear a posição simulada do escudo solar ao longo do tempo para várias órbitas diferentes”, disse Khan.

Havia dois cenários promissores. No primeiro cenário, os autores colocam uma plataforma espacial no ponto L1 Lagrange, que é o ponto mais próximo entre a Terra e o Sol onde as forças gravitacionais se equilibram. Objetos em pontos lagrangianos tendem a permanecer ao longo de um caminho entre dois corpos celestes, e é por isso que[{” attribute=””>James Webb Space Telescope (JWST) is located at L2, a Lagrange point on the opposite side of the Earth.

A simulation of dust launched from the moon’s surface as seen from Earth. Credit: Ben Bromley

In computer simulations, the researchers shot test particles along the L1 orbit, including the position of Earth, the sun, the moon, and other solar system planets, and tracked where the particles scattered. The authors found that when launched precisely, the dust would follow a path between Earth and the sun, effectively creating shade, at least for a while. Unlike the 13,000-pound JWST, the dust was easily blown off course by the solar winds, radiation, and gravity within the solar system. Any L1 platform would need to create an endless supply of new dust batches to blast into orbit every few days after the initial spray dissipates.

“It was rather difficult to get the shield to stay at L1 long enough to cast a meaningful shadow. This shouldn’t come as a surprise, though, since L1 is an unstable equilibrium point. Even the slightest deviation in the sunshield’s orbit can cause it to rapidly drift out of place, so our simulations had to be extremely precise,” Khan said.

In the second scenario, the authors shot lunar dust from the surface of the moon towards the sun. They found that the inherent properties of lunar dust were just right to effectively work as a sun shield. The simulations tested how lunar dust scattered along various courses until they found excellent trajectories aimed toward L1 that served as an effective sun shield. These results are welcome news, because much less energy is needed to launch dust from the moon than from Earth. This is important because the amount of dust in a solar shield is large, comparable to the output of a big mining operation here on Earth. Furthermore, the discovery of the new sun-shielding trajectories means delivering the lunar dust to a separate platform at L1 may not be necessary.

Just a moonshot?

The authors stress that this study only explores the potential impact of this strategy, rather than evaluate whether these scenarios are logistically feasible.

“We aren’t experts in climate change, or the rocket science needed to move mass from one place to the other. We’re just exploring different kinds of dust on a variety of orbits to see how effective this approach might be. We do not want to miss a game changer for such a critical problem,” said Bromley.

One of the biggest logistical challenges—replenishing dust streams every few days—also has an advantage. Eventually, the sun’s radiation disperses the dust particles throughout the solar system; the sun shield is temporary and shield particles do not fall onto Earth. The authors assure that their approach would not create a permanently cold, uninhabitable planet, as in the science fiction story, “Snowpiercer.”

“Our strategy could be an option in addressing climate change,” said Bromley, “if what we need is more time.”

Reference: “Dust as a solar shield” by Benjamin C. Bromley, Sameer H. Khan and Scott J. Kenyon, 8 February 2023, PLOS Climate.
DOI: 10.1371/journal.pclm.0000133