Detritos espaciais ocultos na órbita geossíncrona ameaçam satélites, revela estudo

Pequenos pedaços de detritos espaciais, alguns com apenas cerca de 5 centímetros (2 polegadas) de largura, estavam escondidos sem serem detectados em uma das órbitas de satélites mais movimentadas da Terra.

Um estudo recente conseguiu encontrá-los ao reprocessar imagens de telescópio feitas anos atrás, aplicando uma técnica capaz de revelar alvos que antes se perdiam no ruído de fundo.

Um risco crescente para os satélites

Apesar do tamanho reduzido, esses fragmentos se deslocam rápido o suficiente para destruir um satélite em operação.

Como circulam a aproximadamente 36.000 quilômetros (22.000 milhas) de altitude, na órbita geossíncrona, podem permanecer nessa região por séculos.

Isso os transforma em uma ameaça cada vez maior para os satélites que sustentam comunicações, previsão do tempo e navegação.

Os resultados indicam que a quantidade de detritos nessa área congestionada pode ser maior do que os cientistas supunham.

O trabalho também reforça que bases de dados de telescópios já existentes ainda guardam muitos objetos ocultos, prontos para serem descobertos.

Um problema permanente de lixo espacial

Os detritos analisados estão em uma das faixas mais valiosas do céu que utilizamos.

A órbita geossíncrona, bem acima da linha do Equador, permite que um satélite percorra sua trajetória na mesma velocidade de rotação da Terra, aparentando “pairar” sobre um ponto fixo da superfície.

Na órbita baixa da Terra, existe um “limpador” natural: a atmosfera superior rarefeita, que arrasta objetos soltos para baixo até que eles queimem ao reentrar.

Nada semelhante atua no cinturão geostacionário; por isso, o que chega a essa região tende a ficar ali praticamente para sempre.

Lixo espacial que se move rápido

O estudo foi liderado pelo Dr. James Blake, pesquisador associado da Universidade de Warwick, no Centro de Consciência do Domínio Espacial.

Há anos, o grupo do Dr. Blake vem registrando objetos muito tênues em órbitas altas - um tipo de detrito que a maioria dos telescópios nem chega a captar.

O fator que os torna perigosos é a velocidade.

“Pedaços de lixo espacial podem estar se movendo muito rapidamente uns em relação aos outros, até vários quilômetros por segundo”, disse Blake.

Nessas condições, até um fragmento com poucos centímetros de largura carrega energia suficiente para inutilizar um satélite que pode custar centenas de milhões.

O grande desafio é enxergar esses objetos. Por serem tão pequenos, são difíceis de observar, e a varredura anterior da equipe nessa região havia detectado principalmente os detritos mais brilhantes.

Encontrando detritos espaciais ocultos

Os fragmentos estavam escondidos em imagens obtidas em 2018, ao longo de oito noites, com o Telescópio Isaac Newton de 2,5 metros (100 polegadas), em La Palma, nas Ilhas Canárias.

A equipe já havia analisado esse material anteriormente, imagem por imagem.

Em uma única exposição de 10 segundos, um fragmento tão fraco se confunde com a granulação do registro, ficando tão discreto quanto o ruído aleatório ao redor. Separá-lo do fundo olhando um quadro por vez é quase impossível.

Para contornar isso, o grupo recorreu a um método chamado empilhamento cego. A proposta é combinar várias imagens, somando-as ao longo das diferentes trajetórias possíveis que um objeto em movimento poderia ter percorrido.

Quando os quadros são alinhados segundo a trajetória real do fragmento, sua luz fraca se acumula no mesmo ponto em todas as imagens, sobressaindo ao ruído - enquanto o próprio ruído tende a se anular na média. Se o alinhamento segue um caminho incorreto, nada se destaca.

Ben Cooke, pesquisador associado da Universidade de Warwick que adaptou a técnica para a varredura, explicou de forma direta.

“Isso envolve testar muitos caminhos potenciais em uma sequência de imagens ao longo dos quais alvos escondidos podem estar se movendo e empilhar as imagens para ajudar a trazer esses alvos acima do patamar de ruído”, afirmou.

Encontrando detritos ainda menores

Executar a busca exigiu testar mais de 200.000 trajetórias possíveis ao longo das imagens.

Aplicada aos dados antigos, a técnica revelou 25 fragmentos que haviam passado despercebidos na análise original e ampliou o alcance da pesquisa para objetos ainda mais fracos.

Sob suposições padrão de como a luz do Sol reflete em suas superfícies, o menor desses fragmentos tem cerca de 5 centímetros (2 polegadas) de largura.

Em comparação, o menor fragmento encontrado na varredura original dessas mesmas imagens tinha cerca de 25 centímetros (10 polegadas).

Quase quatro em cada cinco dos objetos recém-detectados não aparecem em nenhum catálogo público.

A técnica de empilhamento não nasceu no estudo de detritos espaciais.

Ela foi demonstrada primeiro em uma pesquisa voltada a objetos fracos e de movimento lento no Sistema Solar externo, incluindo corpos distantes além de Netuno e o hipotético Planeta Nove.

Rastreando detritos pela luminosidade

Como o detrito atravessa cada quadro, ele deixa um pequeno rastro em vez de um ponto - e esse rastro traz uma vantagem adicional.

Ao ler o brilho ao longo dele, obtém-se uma curva de luz: um registro de como o brilho do objeto varia de instante a instante.

Muitos fragmentos muito fracos “piscam”. Sua luminosidade sobe e desce ao longo de segundos. Às vezes, essa variação segue ciclos suaves.

Em outras, surgem clarões repentinos, sinal de que o fragmento está girando descontroladamente ao refletir a luz solar.

Com medições cuidadosas, apareceu um padrão que trabalhos anteriores apenas sugeriam. Os fragmentos mais fracos apresentaram as maiores variações de brilho, cintilando mais do que pedaços maiores de detritos espaciais.

As trajetórias desses fragmentos também dão pistas sobre sua história. Detritos sem controle nessa altitude inclinam-se lentamente e depois “achatan” novamente em um ciclo de 53 anos, empurrados pelo abaulamento da Terra e pela atração do Sol e da Lua.

Muitos dos pedaços mais fracos parecem estar avançados dentro dessa deriva lenta.

Observando a órbita geossíncrona mais movimentada da Terra

Tudo isso alimenta uma preocupação prática. Operadores só conseguem desviar satélites de detritos que já conhecem, e um fragmento ausente de todos os catálogos é um obstáculo para o qual ninguém consegue planejar manobras.

Stuart Eves, consultor espacial e coautor do estudo, resumiu o risco sem rodeios. “Os detritos na órbita geossíncrona são um campo minado em potencial”, disse.

A varredura faz parte do DebrisWatch, uma colaboração de longa duração entre Warwick e o Laboratório de Ciência e Tecnologia de Defesa do Reino Unido.

Desde então, a equipe ampliou a busca, incorporando telescópios na Austrália e no Japão para alcançar trechos do cinturão que La Palma não consegue observar.

O que mudou foi o alcance do que se consegue extrair. Uma reanálise relativamente simples, sem demandar novo tempo de observação, mostrou que fragmentos antes considerados invisíveis podem ser recuperados de dados já existentes - e até acompanhados enquanto giram.

Para Blake, levantamentos mais precisos são essenciais para manter aquela órbita utilizável.

“Há um número finito de posições orbitais no cinturão GEO, então é importante que saibamos quanto detrito existe lá, como ele se comporta, quais riscos são impostos aos satélites ativos dos quais dependemos”, afirmou.