Emissões de gases de efeito estufa podem prolongar o lixo espacial na órbita baixa da Terra

A liberação contínua de gases de efeito estufa na atmosfera da Terra pode fazer com que o lixo espacial permaneça por mais tempo na órbita baixa da Terra, conforme aponta um novo artigo.

Num cenário de altas emissões, isso pode resultar, até 2100, numa forte diminuição do número de satélites que conseguem operar com segurança na órbita baixa da Terra - impondo limites importantes ao que a humanidade consegue colocar ao redor do planeta, para evitar o risco de uma cascata descontrolada de Kessler, com colisões cada vez mais frequentes.

"Mudanças climáticas e o acúmulo de detritos orbitais são dois problemas urgentes e inseparáveis de preocupação global, que exigem ação unificada", escreve uma equipa liderada pelo engenheiro aeronáutico William Parker, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

"Compreender e respeitar a influência que o ambiente natural exerce sobre a nossa capacidade coletiva de operar na órbita baixa da Terra é fundamental para impedir a exploração excessiva dessa região e protegê-la para as próximas gerações."

Gases de efeito estufa e a durabilidade do lixo espacial

Embora o espaço seja enorme, a faixa ao redor da Terra que pode ser usada para operações com satélites é bem mais limitada. Existe um limite de objetos que dá para colocar entre altitudes de cerca de 200 a 1,000 quilómetros (125 a 620 milhas) antes de o ambiente se tornar inseguro.

A partir de determinado ponto, a órbita baixa da Terra fica tão congestionada que colisões deixam de ser uma possibilidade e passam a ser inevitáveis; esses choques fragmentam os objetos envolvidos e enchem a região com mais pedaços de lixo espacial, em trajetórias incontroláveis e imprevisíveis, tornando a órbita baixa da Terra progressivamente mais instável. Esse quadro é conhecido como síndrome de Kessler.

Órbita baixa da Terra, capacidade orbital e síndrome de Kessler

Uma das coisas já estabelecidas sobre a órbita baixa da Terra é que a sua capacidade não é fixa: ela pode variar conforme fatores que alteram a atmosfera do planeta.

Um exemplo ocorre durante o máximo solar, quando o Sol apresenta intensa atividade de erupções e explosões. Nessa fase, os satélites têm mais dificuldade para se manter em órbita. O motivo é que o aumento de energia proveniente do Sol “infla” a atmosfera, elevando o arrasto sofrido por satélites na órbita baixa da Terra.

Modelos até 2100: termósfera, arrasto e dióxido de carbono

O estado atual do clima terrestre não tem precedente registado. Ainda não se investigou em detalhe o que o enorme volume de emissões antropogénicas de gases de efeito estufa pode causar na órbita baixa da Terra. O que já se sabe é que esses gases levam ao encolhimento da termósfera - a camada atmosférica situada entre cerca de 85 e 600 quilómetros de altitude.

Para reduzir essa lacuna de conhecimento, Parker e os colegas recorreram a modelagem atmosférica, estimando quantos satélites a órbita baixa da Terra seria capaz de suportar no ano de 2100 sob diferentes cenários de emissões.

O grupo concluiu que a queda na densidade da termósfera, que acompanha o aumento das emissões de gases de efeito estufa, também reduz o arrasto sobre os satélites - isto é, o efeito subtil de travagem imposto a um objeto que se desloca através de um fluido.

O arrasto aplica uma força constante nos satélites, fazendo com que a altitude diminua aos poucos. Para um satélite em operação, isso significa a necessidade de correções de órbita; por esse lado, menos arrasto é benéfico. Já no caso do lixo espacial, o arrasto atua como um mecanismo natural de “limpeza”, ao fazê-lo cair gradualmente em direção à Terra.

Quando um satélite chega ao fim da vida útil, engenheiros podem contar com o arrasto para trazê-lo de volta à atmosfera, onde ele se queimará de forma inofensiva durante a reentrada, sendo descartado com segurança. Se o arrasto diminui, esse processo passa a levar muito mais tempo, mantendo o satélite desativado na órbita baixa da Terra por mais tempo e aumentando o risco para outros objetos.

Menos desorbitação e queda de capacidade entre 400 e 1,000 km

No modelo apresentado, emissões moderadas a altas de dióxido de carbono reduzem de forma acentuada o número de satélites que desorbitam, deixando a órbita baixa da Terra mais carregada de detritos e limitando quantos novos satélites conseguimos enviar.

No pior cenário de emissões, a faixa de altitude entre 400 e 1,000 quilómetros sofre uma redução de capacidade de 60 por cento durante o máximo solar e uma redução de capacidade de 82 por cento durante o mínimo solar, até o ano de 2100.

Ainda estamos longe de atingir a capacidade associada à síndrome de Kessler. Pelos cálculos da equipa, milhões de satélites poderiam operar com segurança nas “camadas” de menor altitude sem desencadear instabilidade do tipo Kessler; no momento em que este texto foi escrito, 11,901 satélites operavam em órbita terrestre, e estima-se que cerca de 20,000 pedaços de detritos espaciais estivessem por lá.

Mas, com iniciativas atuais para preencher o céu com enxames de satélites, os pesquisadores defendem que vale a pena antecipar-se ao problema.

"Considerando a recente e rápida expansão no número de satélites na órbita baixa da Terra", escrevem, "compreender a variabilidade ambiental e o seu impacto nas operações sustentáveis é necessário para evitar a exploração excessiva da região."

A pesquisa foi publicada na revista Nature Sustentabilidade.