A 150 milhões de quilômetros de distância, o Sol é uma enorme usina de fusão nuclear, produzindo cerca de 384 trilhões de trilhões de Watts. Toda essa energia é lançada no espaço na forma de luz, calor e partículas carregadas, que seriam letais para a vida na Terra, não fosse a presença de um enorme escudo protetor que envolve nosso planeta.
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O campo magnético da Terra nos protege de boa parte das partículas carregadas que chegam do Sol, mas ao mesmo tempo, cria uma região no espaço conhecida como Cinturão de Van Allen, onde a radiação dessas partículas é concentrada.
A sua existência só foi descoberta quando começamos a explorar o espaço e rapidamente levou a uma pergunta importante: quão perigoso seria atravessar essas regiões de radiação? A resposta ajudaria a definir os limites e as possibilidades das primeiras viagens humanas para além da órbita terrestre.
Entre 1911 e 1912, o físico austro-americano Victor Franz Hess realizou uma série de voos de balão medindo a radiação em diversas altitudes, concluindo que ela aumentava com a altitude e que essa radiação vinha do espaço. Hess havia descoberto os raios cósmicos, partículas energéticas vindas do Sol, de explosões de supernovas na nossa galáxia e de outras fontes extragalácticas extremas, e que interagem com nossa atmosfera. Tal descoberta rendeu a Hess o Prêmio Nobel de Física em 1936.
Victor Franz Hess (à frente no cesto) preparando-se para uma ascensão de balão em Viena, no ano de 1911, em uma viagem que posteriormente o ajudaria a descobrir os raios cósmicos e renderia o Prêmio Nobel de Física em 1936. – Créditos: American Physical Society
Esse experimento seria aprimorado no início de 1958, quando os Estados Unidos colocaram em órbita o Explorer 1, seu primeiro satélite artificial. Entre seus instrumentos havia um contador Geiger destinado a medir os raios cósmicos em altitudes bem mais elevadas que as alcançadas pelos balões de Hess. Só que os dados começaram a apresentar um comportamento estranho: em determinadas altitudes, o instrumento registrava uma quantidade de radiação tão grande que parecia ficar saturado. O astrofísico James Van Allen, da Universidade de Iowa, chegou a imaginar que os instrumentos estavam ‘bugados’.
Mas as medições do Explorer 3, lançado no mesmo ano, não deixaram dúvidas. Aquilo não era uma falha, era uma nova e surpreendente descoberta: a Terra estava cercada por um cinturão de partículas energéticas aprisionadas pelo campo magnético do planeta.
James Van Allen no Museu Smithsonian em 1977. – Créditos: NASA
Mais tarde, outras missões mais profundas, como o Pioneer 3 e o Explorer 4, mostraram a existência de uma segunda região, mais externa. Essas estruturas acabaram recebendo o nome de Cinturões de Van Allen, em homenagem ao cientista que liderou sua descoberta. Mas afinal, o que são esses cinturões?
Se você já viu aquele experimento com um ímã e limalha de ferro, sabe que o campo magnético cria uma estrutura invisível ao redor dele, que acaba orientando o “pozinho” de ferro. No caso da Terra, essa estrutura é muito maior e interage com partículas eletricamente carregadas que chegam principalmente do Sol. Algumas acabam ficando presas pelo campo magnético, formando regiões em forma de enormes rosquinhas.
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Só que, ao contrário da limalha de ferro, as partículas energéticas dos cinturões de Van Allen não ficam simplesmente paradas no espaço. O cinturão interno é relativamente estável e formado principalmente por prótons de alta energia, um pouco mais comportados, como o time de masters da firma. Já o cinturão externo, composto predominantemente por elétrons, é um ambiente extremamente dinâmico, como uma festinha de aniversário de criança, com partículas correndo para todos os lados e algumas a velocidades próximas à da luz.
O tempo todo, novas partículas podem ser capturadas e outras, escapar para o espaço. Por isso, a intensidade e a extensão dessas regiões mudam com a atividade solar. Durante tempestades geomagnéticas, por exemplo, os cinturões podem sofrer alterações importantes, como foi percebido a partir das sondas Van Allen lançadas em 2012. Seus dados revelaram que, em determinadas condições, pode surgir uma terceira região de radiação entre as duas principais. Ela não é permanente: apareceu em meio a uma intensa atividade solar e desapareceu depois de algumas semanas.
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Geometria dos cinturões de Van Allen. – Créditos: Booyabazooka em Wikimedia
Mas então, toda essa radiação não faria do Cinturão de Van Allen uma barreira intransponível para as viagens tripuladas ao espaço?
Felizmente, não. Mas essa é uma preocupação válida diante do risco que ela representa para nossa saúde e para o funcionamento dos nossos equipamentos. Partículas energéticas, quando atingem componentes eletrônicos, podem provocar falhas. Em uma memória de computador, por exemplo, elas podem alterar o valor lógico de um bit, modificando os dados de uma pesquisa, ou talvez, a programação de voo da espaçonave.
Em seres humanos, o efeito é semelhante. A radiação pode alterar os “bits” do nosso DNA, gerando células defeituosas, que podem provocar um mau funcionamento do organismo ou evoluir para um câncer. Mas a boa notícia é que nosso organismo é capaz de suportar certa dose de radiação sem risco significativo para nossa saúde. É essa tolerância que nos permite fazer um raio-X, de vez em quando, e que possibilitou que Hess voltasse vivo de seus experimentos com balão. Tudo depende da intensidade da radiação e do tempo em que ficamos expostos a ela.
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Essa compreensão é importante para entender como foi possível para os astronautas das Missões Apollo, e agora, da Artemis, atravessar o Cinturão de Van Allen sem problemas. Os cinturões realmente existem e representam um ambiente de radiação hostil para o ser humano. Mas se as espaçonaves oferecem alguma proteção e atravessam rapidamente essa região, a dose de radiação que os astronautas recebem é baixa e relativamente segura.
Durante as nove missões tripuladas do Programa Apollo, as trajetórias foram otimizadas para reduzir a exposição à radiação. A NASA mediu as doses recebidas pelos astronautas e as médias variaram de 0,16 a 1,14 rad, sendo boa parte dessa exposição vinda da passagem pelos cinturões. Nenhuma dessas doses ultrapassou os limites anuais então recomendados para trabalhadores regularmente expostos à radiação.
Trajetória da Apollo 11 otimizada para atravessar o Cinturão de Van Allen com a menor exposição possível. – Reprodução: Youtube / Aprimoramento: Gemini
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Isso não significa que a radiação espacial seja inofensiva. Fora da proteção do campo magnético terrestre, os astronautas também ficam expostos aos raios cósmicos e às partículas energéticas emitidas pelo Sol. Uma grande tempestade solar durante uma missão lunar ou interplanetária poderia representar um risco muito mais sério, e esse é um dos grandes desafios para futuras viagens de longa duração.
Por isso é tão importante estudar o ambiente espacial, identificando os riscos e os melhores caminhos para nossa jornada pelo Cosmos. E os cinturões de Van Allen não são uma barreira intransponível, mas se parecem mais com uma onda que quebra na praia. Uma onda que precisamos atravessar rapidamente para seguirmos nossas aventuras pelo grande oceano cósmico.
Aviso importante
Marcelo Zurita é colunista do nosso site e as opiniões do artigo não representam, necessariamente, a opinião do Olhar Digital.
Marcelo Zurita
Pres. Associação Paraibana de Astronomia; membro da Sociedade Astronômica Brasileira; diretor técnico da Rede Brasileira de Observação de Meteoros – e coordenador regional do Asteroid Day Brasil
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Tags: campos de van allen cinturão de radiação radiação
