A Lua não segura ar porque a gravidade dela é fraca demais para o calor que o Sol entrega lá — e as duas coisas contam, não só a primeira. Uma molécula de gás no chão lunar se agita rápido o bastante para escapar, e escapou. O resultado é surpreendente quando se põe em número: a Lua tem atmosfera, mas ela inteira, somada, pesa cerca de 25 toneladas. É o peso de vinte e cinco carros populares. Toda a atmosfera da Terra pesa mais de duzentos trilhões de vezes isso.
Neste artigo você vê a conta que decide quem fica com ar e quem não fica, e por que Titã, uma lua com gravidade quase igual à da nossa, tem mais pressão na superfície que a Terra.
A Lua tem atmosfera, e ela inteira pesa 25 toneladas
Os números vêm da ficha lunar do centro de dados de ciência espacial da NASA, e ela é explícita: a massa atmosférica total é de aproximadamente 25.000 kg, e a densidade junto ao chão, medida à noite, é de 200 mil partículas por centímetro cúbico.
Parece muito até você comparar. O ar que você está respirando agora tem cerca de 25 quintilhões de moléculas por centímetro cúbico — um 25 seguido de dezoito zeros. A "atmosfera" da Lua é, portanto, cerca de 125 trilhões de vezes mais rarefeita que a daqui.
Em laboratório, esse grau de rarefação tem nome: chama-se vácuo ultra-alto. A pressão no chão lunar é da ordem de três quatrilhonésimos de bar. Os melhores equipamentos de vácuo construídos na Terra levam horas de bomba para chegar perto disso. Por isso a Lua é descrita como um mundo sem ar, mesmo tendo um pouquinho: o pouquinho é indistinguível do vazio para qualquer efeito prático — não carrega som, não espalha luz, não freia nada e não protege de nada. Por que o silêncio vem junto é assunto de Existe som no espaço? Por que ninguém ouve nada lá fora.
A ficha da NASA lista o que há: sobretudo hélio, neônio, hidrogênio e argônio, cada um com algumas dezenas de milhares de partículas por centímetro cúbico. Nada de nitrogênio ou oxigênio em quantidade. E a própria ficha avisa que a composição é mal conhecida e variável, e que esses valores são estimativas de limite máximo.
A conta que decide quem fica com ar
Um gás não fica parado. As moléculas se agitam o tempo todo, e a velocidade dessa agitação depende de uma coisa só: a temperatura. Quanto mais quente, mais rápido elas vão.
Ao mesmo tempo, todo mundo tem uma velocidade de escape: a velocidade acima da qual um objeto sai de vez e não volta. Na Terra são 11,2 km/s; na Lua, 2,38 km/s. O conceito está detalhado em O que é velocidade de escape? O limite para sair da Terra.
A pergunta, então, é simplesmente esta: as moléculas se mexem rápido demais para a gravidade daquele mundo?
Com a temperatura da superfície de cada mundo, dá para calcular a velocidade típica de uma molécula de nitrogênio e comparar com a velocidade de escape. Fizemos isso aqui, com as temperaturas e as velocidades de escape das fichas da NASA:
| Mundo | Temperatura usada | Velocidade típica de uma molécula de nitrogênio | Velocidade de escape | Folga |
|---|---|---|---|---|
| Lua | 390 K (117 °C, meio-dia no equador) | 589 m/s | 2.380 m/s | 4,0 × |
| Mercúrio | 700 K (427 °C) | 789 m/s | 4.300 m/s | 5,4 × |
| Titã | 94 K (−179 °C) | 289 m/s | 2.640 m/s | 9,1 × |
| Marte | 210 K (−63 °C) | 432 m/s | 5.030 m/s | 11,6 × |
| Terra | 288 K (15 °C) | 506 m/s | 11.190 m/s | 22,1 × |
Agora o pulo do gato. Você poderia achar que basta a velocidade de escape ser maior que a das moléculas, ou seja, folga acima de 1. Não basta, e a razão é boa: numa multidão de moléculas, a maioria vai perto da velocidade típica, mas sempre há uma minoria muito mais rápida. São essas que fogem. Fugiram as mais rápidas, o gás restante se reaquece, produz uma nova minoria rápida, e a fuga recomeça. Em bilhões de anos, a torneira esvazia o tanque.
Por isso a regra prática usada em ciência planetária exige folga de mais ou menos seis vezes para um mundo segurar um gás ao longo da idade do Sistema Solar. Olhe a coluna da direita com esse critério em mente: a Lua tem 4,0 e Mercúrio tem 5,4 — os dois estão abaixo de seis, e os dois estão pelados. Titã, Marte e a Terra passam com folga.
A comparação que fecha o raciocínio é a das panelas. A Terra é uma panela de pressão: fundo, tampada, o vapor não sai. A Lua é uma frigideira rasa no fogo alto: o mesmo chiado e o conteúdo vai embora em minutos.
Titã prova que gravidade sozinha não decide nada
Repare na linha de Titã na tabela. A velocidade de escape dela é de 2,64 km/s, contra 2,38 km/s da nossa Lua. São praticamente iguais: Titã tem só 11% mais de gravidade de fuga que a Lua.
E o resultado é oposto. Titã tem uma atmosfera densa de nitrogênio com pressão 60% maior que a da Terra ao nível do mar, uma camada de neblina alaranjada que sobe centenas de quilômetros e até chuva. A lua inteira está contada em Titã: a lua de Saturno onde chove metano e há rios.
O que muda é a temperatura, e só ela. Titã fica a quase dez vezes a nossa distância do Sol e sua superfície está a −179 °C. Nesse frio, as moléculas de nitrogênio se arrastam a 289 m/s, menos da metade da velocidade que elas teriam no meio-dia lunar. A gravidade fraquinha de Titã é suficiente para segurar moléculas tão lentas.
É por isso que "a Lua é pequena, por isso não tem ar" é uma resposta pela metade. A Lua é pequena e está quente. Se você pudesse arrastar a nossa Lua para a órbita de Saturno e dar a ela nitrogênio, ela seguraria.
O que essa conta não explica
Duas ressalvas honestas, porque a tabela acima resolve menos do que parece.
Marte deveria ter ficado com o ar, e não ficou. A folga dele é de 11,6, quase o dobro do limite. Mesmo assim Marte tem hoje menos de 1% da pressão que temos aqui. A fuga por calor não foi o ladrão principal: foi o vento solar, que arranca a atmosfera de um planeta sem campo magnético para protegê-la. Essa história inteira está em Por que Marte perdeu a atmosfera (e a Terra não)?.
Passar no teste não é ter ar. A conta diz se um mundo consegue segurar um gás; não diz se ele tem esse gás. Ganimedes, a maior lua de Júpiter, é fria e passaria folgado no critério — e mesmo assim só tem um traço tênue de oxigênio, porque nunca houve por lá uma fonte que produzisse atmosfera em quantidade. Titã tem nitrogênio porque tinha amônia congelada em abundância para fabricá-lo. Ter o cofre não é ter dinheiro dentro.
De onde vem o pouquinho de gás que a Lua tem
Se tudo escapa, por que sobrou alguma coisa? Porque a torneira não fecha: há reposição constante.
Três fontes explicam o que a ficha da NASA lista. O vento solar, o fluxo de partículas que o Sol lança sem parar, deposita hidrogênio e hélio na superfície. Os micrometeoritos, que caem o tempo todo num mundo sem ar para queimá-los, vaporizam material do chão a cada impacto. E há o decaimento radioativo dentro da própria Lua, que libera gás pelas fissuras.
Essa terceira fonte deixou uma assinatura curiosa nos números. A ficha lista argônio-40 com 30 mil partículas por centímetro cúbico e argônio-36 com apenas 2 mil — quinze vezes menos. Não é coincidência: o argônio-40 é justamente o que se forma quando o potássio radioativo das rochas decai. Ou seja, a maior parte do argônio da tênue atmosfera lunar está sendo fabricada por dentro, agora.
O que entra escapa em seguida, e o saldo fica nessas 25 toneladas.
O que isso muda quando você está lá em cima
A ausência de ar não é um detalhe técnico. Ela redesenha tudo.
O céu é preto ao meio-dia. O azul do nosso céu vem do ar espalhando a luz do Sol. Sem ar, não há espalhamento, e você vê o Sol brilhando num céu de breu, com as estrelas invisíveis apenas porque o solo iluminado ofusca a vista. O mecanismo é o mesmo explicado em Por que o céu é azul? E por que fica laranja no pôr do sol.
A sombra é uma faca. Sem ar para espalhar a luz de volta, o que está fora do Sol fica na escuridão total, sem meio-termo, sem penumbra.
A temperatura salta. A ficha da NASA dá, no equador lunar, de 95 K a 390 K — de 178 graus negativos a 117 positivos. Não há ar para transportar calor de um lado para o outro nem para segurá-lo à noite.
As pegadas ficam. Não há vento e não há chuva. As marcas de bota deixadas em 1969 continuam lá exatamente como foram feitas, e vão continuar por milhões de anos — a história daquele dia está em Quem foi o primeiro homem a pisar na Lua?.
