O que é uma órbita?

Muito se fala da Terra orbitando o Sol, da Lua orbitando a Terra, etc. Mas o que é uma órbita? Bem, resumidamente, órbita é o caminho curvo e regular que as estrelas, planetas, luas, asteroides, cometas e até mesmo objetos artificiais seguem ao redor de algum outro. Esse caminho acontece por causa da gravidade, que faz com que objetos com massa sejam atraídos por outros que estejam por perto. E quanto mais massivo for o objeto, maior será a força gravitacional que ele exercerá sobre aqueles ao seu redor.

• Como os satélites na órbita da Terra evitam colisões entre si?
• Como é a gravidade em outros planetas do Sistema Solar?

Isso significa que a gravidade é a grande responsável pelas órbitas no universo. Trata-se da força que existe entre dois objetos com massa, seja ele uma grande estrela ou uma pequena partícula subatômica. No Sistema Solar, por exemplo, o objeto mais massivo é o Sol, cuja influência gravitacional afeta todos os outros objetos do nosso “quintal espacial” — incluindo todo e qualquer objeto com massa que seja atraído pela gravidade solar.

Durante a formação do Sistema Solar, partículas de poeira, gás e gelo se moviam pelo espaço, até que cercaram o Sol em uma grande nuvem. A imensa gravidade do nosso astro atraiu essas partículas, que formaram um anel ao redor dele. Depois, o material do anel começou a se agrupar em corpos maiores, originando os planetas, luas e asteroides. É por isso que, hoje, vemos todos os planetas orbitando o Sol acompanhando um único plano orbital.

Mas o que é uma órbita?

De forma bem resumida, podemos dizer que “órbita” é o nome dado ao caminho regular e repetitivo que um objeto percorre ao redor de outro mais massivo. As órbitas têm formas diferentes e têm excentricidade (o tanto que ela se difere de um círculo perfeito) própria. Por exemplo, a Terra viaja ao redor do Sol em uma órbita elíptica com excentricidade média de 0,017. Portanto, esta órbita tem formato bem próximo do de um círculo, mas ainda assim é uma elipse.

O tempo necessário para percorrer este caminho é chamado “período orbital” e depende da massa do objeto orbitado. De novo, pensemos no Sistema Solar: quanto mais distante um planeta estiver do Sol, que é o objeto mais massivo do nosso sistema, maior será seu período orbital. É por isso que Netuno leva mais de 160 anos para orbitar nosso astro, enquanto Mercúrio precisa de apenas 88 dias.

No Sistema Solar, temos diversos satélites naturais orbitando seus planetas, que orbitam o Sol, enquanto nosso sistema inteiro viaja ao redor do buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea em uma órbita galactocêntrica. Já a órbita heliocêntrica descreve o movimento dos planetas e asteroides ao redor do baricentro, o nome dado ao centro de massa de um sistema de corpos.

Na maior parte das vezes, os planetas têm órbitas quase circulares. Já os cometas também orbitam o Sol, mas com uma grande diferença: a órbita deles tem grande excentricidade — ou seja, é bastante alongada. Por isso, eles podem visitar o Sistema Solar e demorar algumas dezenas ou centenas de milhares de anos para completar uma volta. Enquanto Mercúrio tem anos curtíssimos em comparação com a Terra, o cometa Kohoutek poderá levar 100 mil anos terrestres para completar sua órbita heliocêntrica.

Como é a órbita da Terra?

Foi por volta do século XVI que Nicolau Copérnico, matemático e astrônomo, demonstrou que a Terra e os demais planetas giravam ao redor do Sol. Esta constatação fez com que cientistas trabalhassem incansavelmente até entender como isso acontecia em termos matemáticos.

Hoje, os astrônomos já determinaram algumas características fascinantes da órbita do nosso planeta ao redor do Sol. Por exemplo, a cada órbita, a Terra percorre 940 milhões de quilômetros à velocidade de aproximadamente 108.000 km/h.

Conforme se desloca, a distância entre a Terra e o Sol varia. Isso acontece porque nosso planeta segue uma órbita elíptica ao redor do astro, mas com excentricidade tão baixa que a torna quase um círculo. Quando a Terra está no ponto mais longe do Sol em sua órbita elíptica, ela está no afélio; quando chega ao ponto mais próximo, ela alcança o periélio. Ao contrário do que a crença popular coloca, as estações do ano não vêm destas variações, mas sim da inclinação no eixo de nosso planeta.

A Terra não está sozinha em seu caminho ao redor do Sol, mas sim em companhia da Lua. Assim, dizer que a Lua orbita a Terra significa que nosso satélite natural viaja ao redor do nosso planeta, seguindo à velocidade de 3.683 km/h, levando 27 dias para completar uma rotação em seu eixo e cerca de 27,3 dias em sua órbita elíptica. Então, como não tem órbita perfeitamente circular, a Lua sofre algumas variações em seu tamanho aparente no nosso céu, conforme se aproxima e se afasta da Terra ao longo de sua órbita.

Quando está no perigeu (o ponto de sua órbita em que fica mais próxima da Terra), a Lua pode parecer pelo menos 10% maior e 30% mais brilhante do que quando está no apogeu (o ponto mais distante de sua órbita).

Como seu período orbital e rotacional têm duração próxima, a Lua mantém sempre a mesma face para nós graças a interações gravitacionais com a Terra, que causam o "bloqueio de marés". Conforme orbita a Terra, algumas partes da superfície da Lua recebem luz, enquanto outras ficam escuras.

Perceba que, apesar de não conseguirmos ver uma parte da Lua aqui da Terra, isso não significa que existam regiões lunares sempre iluminadas ou permanentemente nas sombras. Por isso, não é certo dizer que a Lua tem um “lado escuro”, que seria o hemisfério que não conseguimos observar aqui de nosso planeta. O ideal é se referir à região como “lado afastado” da Lua ou “lado mais distante” do nosso satélite natural.

Como satélites ficam em órbita?

Quando satélites artificiais são lançados ao espaço, eles são liberados a algumas centenas ou milhares de quilômetros da superfície da Terra. Depois, recebem um “empurrãozinho” do foguete que os lançou, que aplica a força necessária para o satélite entrar em órbita com velocidade adequada, sem ser alta demais e nem baixa demais. Com isso, eles seguem um caminho que “acompanha” a curvatura do nosso planeta.

Outra forma de entender isso é pensar que os satélites estão em uma “queda livre” constante, mas com velocidade alta o suficiente para vencerem a gravidade que os puxa para a Terra. Como o espaço não tem ar para criar fricção, eles podem orbitar a Terra praticamente sem precisar de “ajuda externa” — mas, mesmo assim, de tempos em tempos eles acionam seus propulsores para realizar pequenas correções orbitais e manobras de desvio, necessárias para evitar colisões com objetos em órbita, como satélites e detritos orbitais.

Geralmente, os satélites são posicionados em órbitas ao redor da Terra, que variam de acordo com o objetivo em questão, mas também pode acontecer de serem enviados em uma jornada interplanetária para se tornarem satélites artificiais de outros mundos. Por exemplo, um satélite na órbita geoestacionária (GEO) viaja acima do equador terrestre, sempre acompanhando a rotação do planeta, o que faz com que eles pareçam estar “estacionados”.

A GEO é bastante usada para satélites de telecomunicações, que precisam estar constantemente sobre algum ponto específico. Já a órbita baixa terrestre (LEO), caracterizada pela altitude de aproximadamente 160 km a 1000 km, é bastante útil para satélites que produzem imagens da superfície. Esta é também a órbita da Estação Espacial Internacional, que completa uma volta pela Terra cerca de 16 vezes por dia.

Há diversos outros tipos de órbitas, como a órbita média, órbitas polares e órbitas heliossíncronas, entre outras. Dentre elas, vale destacar os Pontos de Lagrange, regiões onde a gravidade da Terra e do Sol se "anulam", criando áreas de estabilidade gravitacional. Assim, naves e telescópios lançados para lá podem ficar razoavelmente próximos da Terra, com a vantagem de estarem livres da luz visível e infravermelha emitida por nosso planeta, que pode atrapalhar as observações do espaço profundo.

Fonte: Caltech, NASA, ESA, Universe Today (1, 2), National Geographic