Estilingues cósmicos

Após mais uma missão bem-sucedida, o capitão Kirk ordena que a Enterprise saia de órbita. O tenente Sulu pressiona dois ou três botões em seu console e a nave dispara em direção ao espaço interestelar, colocando de pronto vários anos-luz de distância entre a posição atual e o último planeta visitado.

Então, de volta à vida real. Na verdade, as viagens espaciais são bem mais complicadas que isso. Pouca gente se dá conta de que nossas espaçonaves atuais, em sua maioria sondas não-tripuladas, tem capacidade limitadíssima de manobrar ao longo de suas missões. Na maior parte do tempo, elas estão à deriva, navegando ao sabor das correntezas cósmicas.

Mas que correntezas cósmicas, se elas estão no vácuo do espaço? As gravitacionais, ora. A força da gravidade permeia o Universo todo -- na verdade, a própria configuração do cosmos em galáxias, estrelas, planetas, luas e tudo mais foi produzida pela ação gravitacional. Todos os corpos produzem gravidade, e ela é tanto mais forte quanto mais massa tem o corpo em questão. A gente sabe disso quando leva um tombo e se esborracha no chão, indo a nocaute pela força gravitacional exercida pela Terra.

Com a tecnologia que a humanidade tem hoje, o melhor jeito de fazer vôo espacial é detonar toda a gasolina logo de cara, para vencer a atração gravitacional terrestre. A rigor, uma espaçonave jamais deixaria de sentir o puxão exercido pela Terra -- pela lei de Newton, a gravidade se reduz pela distância vezes ela mesma, mas nunca chega a zero. Antes de prosseguirmos, aliás, vamos entender esses negócio de distância vezes ela mesma, também conhecida por aí como o quadrado da distância.

Pontificou Isaac Newton, lá no século XVII:

A força da gravidade entre dois corpos é igual à massa de um objeto multiplicada pela massa de outro objeto multiplicada por uma constante gravitacional, dividida pelo quadrado da distância. Podemos expressar matematicamente isso:

     m1 x m2 x G
F= ---------------
             d²


O resultado disso é medido, apropriadamente, em uma unidade chamada Newton. Mas isso é o menos importante. O mais importante é entendermos como a gravidade vai diminuindo conforme nos afastamos de um objeto.

Usemos então um exemplo. Suponhamos que a força da gravidade entre um foguete e a Terra seja de 100 unidades, quando os objetos estão separados por 1 unidade de distância.

Ou seja:

     m1 x m2 x G
F= --------------- = 100
             1²

Agora vejamos o que acontece se a distância passa a 2 unidades.

     m1 x m2 x G
F= --------------- = X
             2²

Não vou obrigar você a fazer as contas. Basta dizer que o resultado é que X dá 25. E se fizermos a mesma coisa com as distâncias de 3, 4 e 5 unidades de tempo, obteremos esse resultado.

3 - 11,1111...
4 - 6,25
5 - 4

Bem, já deu para perceber que a força gravitacional se reduz num ritmo bem mais acelerado que a distância. Isso basicamente implica que o segredo para escapar de um lugar com gravidade forte é atingir uma velocidade tal que, quando você olha para trás, a força gravitacional já não conseguirá mais trazê-lo de volta, mesmo que você pare de lutar contra ela. Isso se chama velocidade de escape.

Para escapar completamente da Terra, a lei de Newton mostra que seria preciso acelerar a até cerca de 11 km/s -- traduzindo para as unidades do dia-a-dia, impressionantes 39.600 km/h! Para simplesmente não cair de volta, mas também não ir a lugar nenhum, a exigência é menor -- cerca de 8 km/s (ou 28.800 km/h). A essa velocidade, um corpo não cairia mais na Terra. Em vez disso, ficaria apenas girando ao redor do planeta, numa espécie diferente de queda livre, em que a curva faria com que ele contornasse o centro de gravidade, sem avançar em sua direção -- ele entraria em órbita.

O primeiro a perceber que essas velocidades seriam atingíveis com a tecnologia de foguetes foi o russo Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935), em 1903. Hoje ele é tido como o pai da astronáutica.

Entretanto, não foi moleza chegar ao sonho de Tsiolkovsky. Para começar, os foguetes exigidos são imensos canudos cheios de combustível. E quando a velocidade necessária é atingida, lá em cima, a "gasolina" do foguete está praticamente esgotada, e ele é descartado. Sobra apenas uma pequenina espaçonave, guardada desde a partida no topo do canudo.

Como é pequena (e precisa ser pequena, senão o foguete não teria potência para levá-la até lá em cima), a espaçonave tem pouco combustível para si. Com seus próprios propulsores, ela só pode fazer pequenos ajustes de curso, mas nada como dar meia-volta ou modificar radicalmente sua trajetória.

Uma demonstração dramática dessa inabilidade ocorreu durante a missão Apollo 13, em 1970. No meio do caminho até a Lua, uma explosão deixou a cápsula praticamente inutilizável. Fosse a Enterprise, os astronautas teriam dado meia-volta e retornado à Terra imediatamente. Mas, com a crua tecnologia do século XX, eles tiveram de seguir com a correnteza cósmica, que os levaria ao redor da Lua e, com a ajuda dela, de volta à Terra, numa trajetória livre ditada pela ação gravitacional dos dois corpos.

Vale lembrar que, mesmo depois que atingimos os 11 km/s e escapamos da Terra completamente, ainda estamos presos num campo gravitacional ainda mais intenso -- o do Sol. E é importante dizer que não há foguete hoje que consiga vencê-lo. Por ora, se formos contar somente com a nossa tecnologia, estamos condenados a um confinamento eterno ao nosso próprio Sistema Solar. Lá se vai nossa "Jornada nas Estrelas"...

Mas é para isso que a gente tem cérebro grande, pesado e voraz por calorias, não é? Para pensar e resolver os problemas que a natureza nos coloca.

Pois bem. Vimos na semana que passou duas soberbas demonstrações dessa engenhosidade humana para transformar desvantagem em vantagem. Nos holofotes, as sondas Rosetta, européia, e New Horizons, americana. Elas usaram o mecanismo conhecido como "estilingue gravitacional".

Como funciona isso? Bem, o truque é passar raspando por algum planeta. A atração exercida por ele faz com que a espaçonave acelere em sua direção, ganhando velocidade, e mude de direção. Ao passar por trás, o efeito gravitacional é o contrário, e a nave é freada. Ainda assim, tomando por referência o Sol, o ganho de velocidade é enorme -- porque é complementado pela velocidade que o planeta imprime à nave conforme avança em sua órbita solar e arrasta a pequenina sonda consigo.

Moral da história: o planeta serve como um estilingue, atirando a sonda ainda mais longe, com velocidade ainda maior.

É basicamente assim que muitas espaçonaves chegam a seu destino hoje em dia -- fazendo escalas em outros planetas, que lhes dão empurrões significativos. A Cassini chegou a Saturno, em 2004, depois de sobrevoar a Terra e Vênus. E a Rosetta, que tem como destino final o cometa Churyumov-Gerasimenko, passou por Marte, no último domingo, que lhe deu um empurrão de volta à Terra, onde ela deve chegar em novembro. A volta ao planeta de origem lhe dará novo empurrão, para que ela novamente passe por ele dois anos depois, finalmente colocando-a a caminho do tal cometa -- onde ela deve chegar em 2014.

O vôo da New Horizons não tem tantas escalas, mas vai muito mais longe. O destino é Plutão, o ex-planeta, que fica na borda do Sistema Solar. Para chegar lá, a sonda contou com uma partida tão rápida quanto foi possível e uma ajuda providencial do maior "estilingue" disponível -- Júpiter.

Como maior planeta do sistema, é natural que ele forneça a maior estilingada. É graças a ele que a sonda poderá chegar a Plutão em 2015, quase quatro anos antes do que seria possível sem ajuda. E a moral da história é que, com um empurrão desses, a New Horizons conseguiu atingir a velocidade de escape do Sol. Depois que passar zunindo por Plutão e concluir sua missão (que possivelmente incluirá visitas a outros pedregulhos residentes daquela região do Sistema Solar), a sonda nunca mais irá voltar às imediações terrestres. Ela deve adentrar o espaço interestelar, numa viagem eterna no imenso vazio entre as estrelas.

Não é a primeira espaçonave terrestre que consegue atingir essa velocidade. Na verdade, quatro outras sondas já se libertaram dos grilhões que as prendiam ao Sol e hoje rumam na direção do desconhecido. São as americanas Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1 e Voyager 2.

Esta última, inclusive, realizou a mais impressionante seqüência de estilingues gravitacionais de que se tem notícia. Aproveitando-se de um posicionamento favorável que só acontece uma vez a cada 176 anos no Sistema Solar, a Voyager 2 passou por Júpiter, que a atirou na direção de Saturno, que a atirou na direção de Urano, que a atirou na direção de Netuno, que a jogou no espaço interestelar.

Todas essas naves têm uma mensagem dos seres humanos a possíveis alienígenas que as encontrem lá fora. As Pioneers têm uma placa com algumas informações desenhadas: a forma humana, a nossa localização (com relação a uma série de estrelas conhecidas como pulsares) e a configuração do nosso Sistema Solar. As Voyagers foram ainda mais longe e incluíram um disco de ouro com imagens e sons gravados. E a New Horizons, mais modesta com relação ao conteúdo produzido para ETs, tem apenas um CD-ROM com os nomes de cerca de 500 mil pessoas que se inscreveram na internet.

De todo modo, essas cinco espaçonaves são testemunhos da capacidade humana de driblar as inconveniências. Se algum dia a humanidade for extinta e todos os sinais de sua existência forem apagados da Terra, essas sondas ainda estarão lá fora, em algum lugar do espaço, preservadas pelo vácuo cósmico -- um tributo à engenhosidade de uma espécie que já esteve no topo da cadeia alimentar no terceiro planeta ao redor do Sol.