Órbita sol-síncrona é aquela em que o satélite cruza o equador sempre no mesmo horário solar local — todo dia, ano após ano. O satélite Landsat 9, por exemplo, passa sobre a linha do equador por volta das 10h12 da manhã do lugar que está sobrevoando, com margem de cinco minutos. É essa teimosia de horário que permite comparar a foto de hoje com a de 1984 e ter certeza de que a diferença é mudança no chão, e não mudança na iluminação. Quase todo satélite que fotografa a Terra usa essa órbita, e o truque que a sustenta está num detalhe do formato do nosso planeta.
Primeiro, por que o horário importa tanto
Imagine fotografar o quintal da sua casa às 7 da manhã e, dez anos depois, fotografar de novo às 4 da tarde. As sombras vão estar do outro lado, com outro comprimento, e o contraste vai ser outro. Metade do que parece ter mudado é só o Sol tendo andado no céu.
Agora multiplique isso por um planeta e por cinco décadas de imagens. Se o horário da foto mudasse de passagem para passagem, seria impossível dizer se uma mancha escura no mapa é desmatamento novo ou sombra de fim de tarde. A NASA é direta sobre a consequência: sem órbita sol-síncrona, não dá para coletar o tipo de informação consistente que o estudo de mudança climática exige.
É por isso que esse arranjo não é um detalhe técnico, é a fundação do negócio. O programa Landsat tem o registro contínuo mais longo de observação da Terra do espaço, começado em 1972 — e foi ele que, já nos anos 1970, fez as primeiras imagens espaciais da floresta amazônica e seguiu refotografando a mesma área ano após ano.
O caminho: de polo a polo, com a Terra girando embaixo
Um satélite de observação da Terra não anda em volta do equador. Ele vai de polo a polo, passando perto do eixo do planeta, numa volta que leva cerca de 99 minutos.
Enquanto ele faz esse laço de norte a sul, a Terra gira embaixo dele. A cada volta, portanto, o satélite encontra uma faixa nova de planeta, um pouco a oeste da anterior. Em 24 horas, um satélite polar vê quase o mundo inteiro duas vezes: uma no lado iluminado e outra no lado escuro.
Se a órbita fosse rasa, perto do equador, o satélite veria sempre a mesma faixa de mundo e nunca conheceria os polos.
O problema: a Terra não fica parada em volta do Sol
Até aqui tudo bem. O problema aparece quando você lembra que a Terra, além de girar em torno do próprio eixo, dá uma volta por ano em torno do Sol.
Pense no plano da órbita do satélite como um aro rígido em volta do planeta, apontado numa certa direção do céu. Esse aro, sozinho, tende a continuar apontado para o mesmo ponto das estrelas. Só que, ao longo do ano, a Terra muda de lugar na órbita dela — e o Sol, visto da Terra, aparece em outra direção.
Resultado: um aro que começasse em janeiro cruzando o equador às 10h da manhã, se ficasse parado em relação às estrelas, estaria cruzando o equador em outro horário meses depois. Em seis meses o horário teria virado do avesso: a passagem das 10h da manhã viraria passagem das 10h da noite.
Para o horário não escorregar, o aro precisa girar junto com a Terra em torno do Sol: uma volta completa por ano. Uma volta por ano são 360 graus em 365 dias, ou seja, um pouquinho menos de um grau por dia.
A solução está na barriga do planeta
E aqui vem a parte bonita: ninguém precisa gastar combustível para girar esse aro. A Terra faz isso de graça, porque não é uma bola perfeita.
Nosso planeta é levemente achatado nos polos e mais gordo no equador — tem uma barriga de material extra em volta da linha do meio. Esse excesso de massa não fica distribuído de forma simétrica em relação a uma órbita inclinada, e fica puxando o satélite de lado, um pouquinho a cada volta. O efeito acumulado é que o plano inteiro da órbita vai girando devagar, feito um pião que não está perfeitamente em pé e desenha círculos com a ponta.
O sentido e a velocidade desse giro dependem de quão inclinada a órbita está. E é aí que a engenharia entra: escolhendo a inclinação certa para a altura certa, o giro provocado pela barriga da Terra fica com exatamente o valor que o calendário pede — pouco menos de um grau por dia, no sentido certo. O horário trava sozinho.
A conta que fecha, e a prova de que ela está certa
Essa relação é rígida: para cada altura existe praticamente uma única inclinação que funciona. Fizemos a conta com a fórmula clássica do achatamento da Terra e conferimos contra duas órbitas publicadas pela NASA, para ter certeza de que o método estava certo antes de usá-lo:
| Altura da órbita | Inclinação necessária |
|---|---|
| 400 km | 97,0° |
| 600 km | 97,8° |
| 705 km | 98,2° |
| 824 km | 98,7° |
| 900 km | 99,0° |
A conferência: o Landsat 9 voa a 705 km e a NASA publica a inclinação dele como 98,2° — exatamente a linha da tabela. O Suomi NPP e a família JPSS voam a 824 km com inclinação publicada de 98,7° — de novo, exatamente a linha da tabela. Com o método validado nos dois casos conhecidos, as outras linhas são cálculo nosso e podem ser usadas.
Repare num detalhe que surpreende: a inclinação passa de 90 graus. Uma órbita de 98 graus é ligeiramente "ao contrário": o movimento do satélite é quase todo de norte para sul, mas o pouco que sobra de leste-oeste aponta contra o sentido da rotação da Terra. Não é capricho: é exatamente isso que faz o giro do plano acontecer no sentido certo.
O preço: essa órbita é cara de alcançar
Nada disso é de graça. Um foguete que lança para órbita de baixa inclinação pode pegar carona na rotação da Terra: o planeta já está girando para leste a centenas de metros por segundo, e lançar nessa direção é ganho puro. É justamente essa a vantagem que torna Alcântara: por que a base brasileira é cobiçada no mundo todo um lugar tão disputado.
Satélite em órbita polar não recebe esse empurrão. Como ele precisa ir de polo a polo, a rotação da Terra não ajuda — e, numa órbita de 98 graus, chega a atrapalhar. Por isso um satélite polar exige mais energia de foguete para chegar à mesma altura que um satélite equatorial. É também por isso que bases em latitudes altas, longe do equador, continuam fazendo sentido para esse tipo de lançamento.
O que essa órbita não faz
Vale dizer o que você perde ao escolher esse arranjo, porque toda escolha de órbita é uma troca.
Primeiro: o satélite nunca vê um lugar em outro horário. Se o fenômeno que você estuda acontece às 4 da tarde, um satélite que passa às 10h12 jamais vai flagrá-lo. Para isso existem satélites em outras órbitas, inclusive os parados sobre o equador, que olham a mesma metade do planeta o tempo todo.
Segundo: cruzar o equador sempre às 10h12 não significa ter sempre a mesma luz. O ângulo do Sol no céu também depende da estação do ano e da latitude. O que a órbita garante é que a hora local é a mesma; o resto o calendário continua mandando.
Terceiro: a órbita escorrega. Arrasto do ar rarefeito, puxão do Sol e da Lua e a própria irregularidade da gravidade da Terra vão tirando o satélite da posição, e é preciso corrigir de tempos em tempos com motor. O combustível para isso é finito, e é uma das coisas que definem o fim da vida útil — assunto de Quanto tempo um satélite fica no espaço antes de cair?.
Quem usa isso hoje
Praticamente toda a frota de observação da Terra. O Landsat 9 voa a 705 km, com inclinação de 98,2°, dando cerca de 14,5 voltas por dia; junto com o Landsat 8, ele revisita o mesmo ponto do planeta a cada 8 dias, o que permite alerta de desmatamento quase semanal. A família JPSS, descrita em Quantos satélites observam a Terra o tempo todo?, voa mais alto, a 824 km. E o brasileiro Amazônia-1: o que o satélite brasileiro faz por você usa o mesmo tipo de órbita, pela mesma razão: para que a imagem de hoje seja comparável com a do ano passado.
