Cinturões de Van Allen, Anomalia do Atlântico Sul e o buraco de ozônio: como o espaço ao redor da Terra afeta satélites e o Brasil

Bem no meio do Atlântico Sul, sobre uma faixa que cobre boa parte do Brasil, existe uma região onde os satélites falham com mais frequência, os astronautas recebem doses extras de radiação e instrumentos eletrônicos em órbita precisam ser desligados por precaução. Não é coincidência nem lenda: é a Anomalia do Atlântico Sul, um enfraquecimento local do campo magnético terrestre que deixa os cinturões de radiação de Van Allen mais próximos da superfície do planeta exatamente nessa região — tornando o Brasil um protagonista involuntário, mas relevante, da história da exploração espacial.

Texto em revisão. Este é um artigo de teste, escrito a partir de fontes de referência; as fontes estão listadas no final.

Nota sobre as fontes. Este artigo se apoia principalmente em um único livro de referência, a Astronomy Encyclopedia de Patrick Moore, o que torna a cobertura histórica mais enxuta do que em artigos com várias fontes cruzadas; os complementos sobre o estado atual do assunto vêm de conhecimento geral posterior aos livros e estão marcados como tal ao longo do texto.

O que são os cinturões de Van Allen

A Terra é protegida por um campo magnético gerado no seu núcleo, que se estende muito além da atmosfera e forma a magnetosfera. Essa magnetosfera aprisiona partículas eletricamente carregadas vindas do Sol (o vento solar) e dos raios cósmicos, formando duas regiões em forma de rosquinha ao redor do planeta, concentradas perto do equador magnético: os cinturões de radiação de Van Allen.

O cinturão interno se estende aproximadamente entre 1.000 e 5.000 km de altitude, e o externo entre cerca de 15.000 e 25.000 km — faixas que variam um pouco conforme a atividade solar e o método de medição. Dentro delas, prótons e elétrons de alta energia ficam presos pelas linhas de campo magnético, girando ao redor da Terra em espiral. Um satélite ou uma nave tripulada que passe muito tempo dentro dessas regiões — especialmente do cinturão interno, mais rico em prótons energéticos — está exposto a doses de radiação que podem danificar componentes eletrônicos e representar risco à saúde de astronautas.

A descoberta, em 1958

Os cinturões foram descobertos em 1958 pelo físico americano James Van Allen, com base em dados do satélite Explorer 1 — o primeiro satélite lançado pelos Estados Unidos, poucos meses depois do soviético Sputnik 1. O instrumento a bordo, um contador Geiger simples, registrou níveis de radiação muito mais altos do que o esperado em certas altitudes, e a interpretação correta desses dados levou à identificação dos cinturões que hoje levam o nome de Van Allen.

Antes de trabalhar com satélites, Van Allen já vinha estudando a alta atmosfera com foguetes lançados de balões — os chamados "rockoons" (uma combinação de "rocket" e "balloon"), uma técnica mais barata que lançar foguetes de solo, já que o balão levava o foguete até uma altitude inicial antes de sua ignição. Van Allen também teve papel importante na organização do Ano Geofísico Internacional (1957-1958), o esforço científico coordenado internacionalmente que impulsionou boa parte dos primeiros lançamentos de satélites de pesquisa, incluindo o próprio Explorer 1.

A descoberta também ilustra bem como a ciência espacial às vezes avança por um problema técnico inesperado: o contador Geiger do Explorer 1 chegou a registrar, em certos trechos da órbita, uma contagem de radiação tão alta que os dados pareciam "zerar" — na verdade, o detector estava sendo saturado pelo excesso de partículas, e não captando ausência de radiação. Foi essa pista, aparentemente um defeito, que levou Van Allen e sua equipe a reconhecer a existência de uma região de radiação muito mais intensa do que qualquer um esperava antes da Era Espacial.

Por que os cinturões importam para missões tripuladas e satélites

Os cinturões de Van Allen não são só uma curiosidade da física espacial: eles moldam boa parte do planejamento de qualquer missão que precise sair da órbita baixa da Terra. As missões Apollo, ao seguir para a Lua, cruzaram os cinturões rapidamente, em poucas horas, o que manteve a dose de radiação recebida pelos astronautas dentro de limites considerados seguros — uma das razões pelas quais a trajetória e a velocidade de travessia eram cuidadosamente calculadas. Já a Estação Espacial Internacional, e a maioria dos satélites de observação da Terra e de comunicação em órbita baixa, ficam abaixo da parte mais intensa do cinturão interno na maior parte do globo — exceto justamente sobre a Anomalia do Atlântico Sul, onde esse cinturão desce e passa a atingi-los diretamente.

Componentes eletrônicos expostos a esse bombardeio extra de partículas podem sofrer o que a engenharia espacial chama de "eventos de partícula única" (single event upsets): um próton ou elétron de alta energia atinge um chip de memória ou processador e altera um bit de informação, podendo travar um computador de bordo ou corromper dados por um instante. Astronautas relatam, desde o programa Apollo, ver flashes de luz com os olhos fechados ao atravessar regiões de maior radiação — um efeito atribuído a partículas carregadas interagindo diretamente com a retina, sem precisar de luz visível de verdade.

A Anomalia do Atlântico Sul

O campo magnético da Terra não é perfeitamente uniforme, e sobre uma vasta região que cobre o Atlântico Sul e boa parte do território brasileiro, ele é mais fraco do que em outros lugares do planeta na mesma latitude. Esse enfraquecimento faz com que o cinturão interno de Van Allen "mergulhe" para altitudes muito mais baixas ali do que em qualquer outro ponto do globo — a região é conhecida como Anomalia do Atlântico Sul (ou Anomalia Magnética do Atlântico Sul).

Na prática, isso significa que satélites em órbita baixa da Terra — incluindo a Estação Espacial Internacional, que orbita bem abaixo do cinturão de Van Allen na maior parte do globo — atravessam níveis de radiação de partículas anormalmente altos justamente ao passar sobre essa região. É comum que operadores de satélites programem o desligamento temporário de instrumentos sensíveis, como câmeras e sensores eletrônicos delicados, ao cruzar a Anomalia, para evitar danos ou falhas causadas pelo bombardeio extra de partículas carregadas. Astronautas em atividades extraveiculares também recebem instruções para reduzir exposição durante essas passagens.

Telescópios espaciais de raios X e raios gama, como o Chandra e antigos observatórios como o Compton Gamma Ray Observatory, também precisam desligar seus detectores mais sensíveis ao cruzar a Anomalia, porque o excesso de partículas carregadas produziria um "ruído" de fundo que atrapalharia as medições científicas — mais um motivo pelo qual a Anomalia do Atlântico Sul entra no planejamento operacional de boa parte das missões espaciais atuais, não só das que orbitam sobre o Brasil por acaso.

O buraco de ozônio, na outra ponta do hemisfério sul

Embora seja um fenômeno diferente — ligado à química da atmosfera, não ao campo magnético —, o buraco na camada de ozônio sobre a Antártida também aparece nos livros-fonte deste artigo ligado à observação por satélite e ao hemisfério sul. O ozônio estratosférico protege a vida na Terra ao absorver boa parte da radiação ultravioleta do Sol; a partir da década de 1970, cientistas descobriram que compostos clorofluorcarbonos (CFCs), usados em sprays e refrigeração, destroem moléculas de ozônio na estratosfera.

O satélite TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer), lançado em julho de 1996, e a missão UARS (Upper Atmosphere Research Satellite), lançada alguns anos antes, ajudaram a confirmar e monitorar esse processo a partir do espaço. Em setembro de 2000, o TOMS registrou um dos maiores buracos de ozônio já medidos sobre a Antártida, com uma extensão que chegava a alcançar a Terra do Fogo, na ponta sul da América do Sul — um lembrete de que o fenômeno, embora concentrado sobre o polo Sul, pode afetar regiões povoadas em latitudes mais ao norte durante certas épocas do ano.

Números e recordes

O que veio depois dos livros

O livro-fonte deste artigo descreve os cinturões de Van Allen e a Anomalia do Atlântico Sul com dados de observações feitas até o início dos anos 2000. Nos anos seguintes, a NASA lançou a missão Van Allen Probes (2012-2019), duas sondas dedicadas a estudar os cinturões de radiação com muito mais detalhe do que qualquer missão anterior. Entre as descobertas dessa missão está a identificação, em 2013, de um "terceiro cinturão" temporário de partículas, que se formou e desapareceu ao longo de semanas — mostrando que a estrutura dos cinturões é mais dinâmica e variável do que se pensava nos anos em que os livros de referência deste artigo foram escritos.

Estudos mais recentes, com dados de satélites como o Swarm (da Agência Espacial Europeia), indicam que a Anomalia do Atlântico Sul não é um fenômeno estático: sua área parece estar crescendo com o tempo, e alguns levantamentos sugerem até uma tendência de divisão em dois núcleos distintos de enfraquecimento magnético. Esse comportamento é acompanhado de perto porque tem implicações diretas para o planejamento de missões espaciais e para a operação de satélites que sobrevoam o Brasil.

Quanto ao ozônio, hoje sabemos que o Protocolo de Montreal (1987), que baniu progressivamente os CFCs em escala mundial, foi um dos acordos ambientais internacionais mais bem-sucedidos já assinados: avaliações científicas mais recentes indicam uma recuperação gradual da camada de ozônio, com expectativa de retorno aos níveis anteriores ao problema em algumas décadas, dependendo da região do planeta — um raro exemplo de resposta internacional coordenada que reverteu um problema ambiental de escala global identificado, em boa parte, graças à observação por satélite.

Considerações finais

A Anomalia do Atlântico Sul é um lembrete de que a exploração espacial não é só uma questão de ir para longe: o ambiente logo acima da atmosfera da Terra, moldado pelo campo magnético do próprio planeta, já impõe desafios técnicos reais para qualquer satélite ou astronauta que passe por cima do Brasil. Entender os cinturões de Van Allen — e monitorar como eles mudam com o tempo — segue sendo parte essencial do planejamento de qualquer missão em órbita baixa da Terra.

Referências

• MOORE, Patrick (ed.). Astronomy Encyclopedia. Londres: Philip's. p. 419-420, 425, 430.