Entre as inúmeras maravilhas da natureza, o Cosmos monopolizou a produção de chocalhos de alegria que nos levaram a raros momentos de aplausos extáticos. O céu era uma fonte inesgotável de admiração para os antigos espiando de suas cavernas, contemplando seu lugar nas estrelas brilhantes. Ou, para Galileu apontando seu telescópio para a escuridão, um tumulto de esperança. Ou, uma adolescente assistindo o Star Trek pela primeira vez.
No meu caso, meus neurônios ficaram fascinados quando eu encontrei os anéis de Saturno na capa de um antigo livro de astronomia para crianças (sua impressão indelével me levou a tatuá-lo na minha mão). O segundo momento que ficou comigo é a imagem de astronautas nadando pelo ar. Esta era uma experiência totalmente nova que eu estava perdendo, uma experiência que lembrava um pouco o vôo.
Astronauta da ESA, Samantha Cristoforetti, na Estação Espacial Internacional, trabalhando com equipamentos para a investigação de Monitoramento de Vias Aéreas. (Foto Crédito: NASA)
No entanto, como todos os filhos daquela idade e ken, e possivelmente alguns adultos, minha concepção do que os fez flutuar foi baseada em uma suposição falsa de que a atração da terra da Terra, em alguma altitude crescente no espaço, se torna ineficaz. Assim, em um estado de Zero-G, os astronautas não são encadeados por nenhuma força e podem flutuar onde quer que gostem.
Isso está longe da verdade. A ISS fica a apenas 400 km acima da superfície da Terra, em comparação com a lua, que fica a cerca de 4,00,000 km de distância. Se os astronautas flutuam porque estão livres da atração da Terra, como é então a mesma atração que leva a lua a girar em torno de nós?
A órbita
O problema de por que a lua orbita-nos atormentou Newton por anos. O seu inquérito constituiu duas questões: por que a lua não cai na Terra e por que, se Galileu postulou que os objetos viajam em uma direção sem impedimentos até serem atuados por uma força externa, a lua viaja em um círculo e não é uma linha reta? Um experimento de pensamento engenhoso levou-o a sua resposta.
Newton imaginou uma torre alta montada na superfície da Terra disparando uma bola de canhão a diferentes velocidades. Quando a bola de canhão é disparada a uma velocidade muito baixa, ela viaja ao longo da superfície reta da Terra e cai não muito longe da torre, traçando a trajetória de uma parábola. No entanto, quando a bola de canhão é disparada a uma velocidade mais alta, ela viaja diretamente ao longo da superfície horizontal da Terra, bem como ligeiramente acima da superfície curva .
À medida que a velocidade aumenta progressivamente, a bola de canhão percorre distâncias horizontais e verticais maiores . Newton percebeu que deve haver uma velocidade mágica na qual a bola de canhão cai ao mesmo ritmo que as curvas da Terra! Sua inércia cancelaria perfeitamente a atração da gravidade, de modo que a força resultante se transmute em uma força centrípeta. A força da gravidade então emula a tensão em uma corda presa a uma pedra que se balança em círculos ao seu redor.
A certa velocidade, o projétil cai completamente ao redor da Terra, o que significa que está em queda perpétua. Da mesma forma, os astronautas, a ISS e a lua estão sempre caindo para a Terra. No entanto, a ISS e os astronautas caem à mesma taxa, e é por isso que eles se sentem sem peso, como cair em um elevador através de um prédio de 20 andares ou flutuando na crista de uma montanha-russa. Assim, a ISS não escapou da atração da Terra. Na verdade, está sujeito a cerca de 90% da gravidade que estamos sujeito à superfície.
infinito e além
Enquanto a lua demora um mês para nos divertir, a ISS leva apenas 90 minutos. Entre essas duas órbitas de mentira onde, a uma certa velocidade, os satélites conseguem um tempo de volta de 24 horas, de modo que possam supervisionar de forma dedicada uma única área abaixo deles. O ponto é, entre a Lua e a Terra, não é um ponto em que a gravidade da Terra é ineficaz, mas e quanto a qualquer ponto além da lua?
A ISS gira em torno da Terra a uma velocidade de 27.000 km / h. (Crédito da foto: Wikimedia Commons)
Bem, ainda não. A gravidade pode crescer tragicamente fraca, mas não verdadeiramente ineficaz. Segue uma lei quadrada inversa, segundo a qual sua força diminui com o quadrado da distância da fonte. Embora distâncias maiores possam tornar a força insignificante, seus efeitos ainda são mensuráveis. Considere a conquista de LIGO de registrar as conseqüências de uma colisão catastrófica de buracos negros que enviaram ondas gravitacionais extremamente pequenas, enrolando a velocidade da luz em nossa direção.
A atração possui um efeito de dominó. Por exemplo, digamos que a atração de um objeto relaxando em algum ponto remoto no espaço é de 0,001% do que é na superfície da Terra. Essa atração atrairá o objeto, embora muito gradualmente, para a Terra, de modo que uma ligeira aceleração aproxima o objeto para ele. Agora que a distância é diminuída, a atração se fortalece gradualmente. Ele puxa o objeto de forma mais rígida até que ele se dirija progressivamente para a Terra e, finalmente, cai nela.
Então, mesmo que uma bola de tênis lançada à velocidade de escape permita que ele dore diretamente para cima e nunca volte, não há nenhuma fuga real do campo de gravidade da Terra. A realidade é um pouco mais complicada do que isso, pois nossa explicação não explicou a gravidade imposta por outros corpos celestes, principalmente o Sol.
O sol. Créditos: Sutichak Yachiangkham / Shutterstock
Os objetos lançados fora da Terra são facilmente influenciados pela gravidade do Sol, pois sua massa equivale a 99% da massa do Sistema Solar inteiro. Isso é verdade para distâncias inferiores a 250.000 km, razão pela qual a lua (4,000,000 km de distância), junto com a gente, gira em torno dela.
No entanto, se alguém pressupõe que o Sol e todos os outros corpos celestes não têm nenhuma opinião, então o alcance da gravidade da Terra é praticamente infinito, puxando cada átomo que treme até mesmo nos cantos mais remotos do Universo.
