Uma órbita é uma queda que nunca chega ao chão. O satélite está caindo em direção à Terra o tempo todo — só que ele também anda para o lado tão rápido que o planeta curva embaixo dele na mesma proporção. O resultado é que ele erra o chão, de novo e de novo, para sempre. E a coisa mais útil de entender sobre órbita é esta: a altura decide a velocidade. Quanto mais baixo, mais rápido; quanto mais alto, mais devagar. É essa única regra que explica por que a Estação Espacial dá uma volta a cada 90 minutos e a antena de TV no seu telhado aponta a vida inteira para o mesmo ponto do céu.
A queda que erra o planeta
Imagine jogar uma pedra na horizontal, da janela. Ela cai alguns metros adiante. Jogue com mais força: cai mais longe. Agora imagine jogar com tanta força que, enquanto a pedra cai, a superfície da Terra já curvou para baixo a mesma distância. A pedra continua caindo — mas o chão fugiu. É isso, literalmente, que um satélite faz.
Por isso não existe "gravidade zero" lá em cima. A 400 km de altura a gravidade da Terra ainda é quase 90% da que você sente agora. O astronauta flutua porque está caindo junto com a nave, não porque a gravidade acabou. Essa parte está detalhada em O que é gravidade? E por que os astronautas flutuam.
A velocidade necessária para essa queda eterna não é pequena. Na altura da Estação Espacial, é de cerca de 8 quilômetros por segundo, ou aproximadamente 28 mil km/h. Para comparar: um avião de carreira faz 900 km/h. O satélite é umas 30 vezes mais rápido que o avião em que você viaja nas férias.
E cuidado para não confundir com outra conta parecida. Para ficar girando em volta da Terra você precisa de 8 km/s; para ir embora de vez, sem voltar, precisa de mais, e isso é outro assunto: O que é velocidade de escape? O limite para sair da Terra.
A regra que explica tudo: mais alto, mais devagar
Aqui está o ponto que quase nenhuma explicação deixa claro. Você não escolhe a altura e a velocidade separadamente. Escolhida a altura, a velocidade está decidida — e com ela o tempo de uma volta.
A NASA resume assim: quanto mais perto da Terra, mais forte é o puxão da gravidade, e mais rápido o satélite precisa andar para não cair. Quanto mais longe, mais fraco o puxão, e mais devagar ele pode ir.
| Onde fica | Altura sobre o chão | Uma volta leva | Exemplo |
|---|---|---|---|
| Órbita baixa | 400 km | cerca de 90 minutos | Estação Espacial |
| Órbita baixa | 705 km | cerca de 99 minutos | Satélite Aqua, da NASA |
| Órbita média | 20.200 km | 12 horas | Satélites do GPS |
| Órbita alta | cerca de 36.000 km | 23 h 56 min 4 s | Satélites de meteorologia |
| Bem longe | 384.403 km | cerca de 28 dias | A Lua |
Repare no salto: subir de 400 km para 36 mil km multiplica o tempo de volta por mais de quinze vezes. A Lua, noventa vezes mais alta que isso, leva quase um mês.
O paradoxo que confunde todo mundo
Tem uma consequência dessa regra que parece erro de digitação, mas é verdade, e a própria NASA faz questão de explicar: para acelerar um satélite, o operador precisa frear.
Pense assim. Se ele liga os motores para a frente, ganha energia e sobe — e, lá em cima, a regra manda que ele ande mais devagar. Se liga os motores para trás, como quem freia um carro, ele desce — e, lá embaixo, passa a andar mais rápido. No espaço, pisar no freio aumenta a sua velocidade. Quem já tentou alcançar outra nave em órbita sabe que esse é o detalhe que mais derruba a intuição.
A altura mágica dos 36 mil km
Existe uma altura em que a conta dá um resultado especial. A 42.164 km do centro da Terra — o que dá por volta de 36.000 km acima da superfície — uma volta leva exatamente 23 horas, 56 minutos e 4 segundos. Isso é o tempo que a Terra leva para girar uma vez sobre si mesma.
Ou seja: o satélite roda na mesma cadência que o planeta. Se ele estiver em cima da linha do Equador e com a órbita bem redonda, ele não se move em relação ao chão. Fica pendurado sobre o mesmo ponto para sempre. Isso se chama órbita geoestacionária.
É por isso que a antena parabólica de TV é parafusada na laje e nunca mais mexe: o satélite para onde ela aponta está, de fato, parado em relação a você. E é por isso que as imagens de satélite do noticiário mostram o Brasil inteiro de uma vez, sempre do mesmo ângulo — são feitas lá de cima, por satélites de meteorologia que nunca saem do lugar.
O preço dessa comodidade é a distância. O sinal precisa subir 36 mil km e descer outros 36 mil, o que dá aquele meio segundo de atraso clássico das entrevistas por satélite.
Por que a órbita do GPS é diferente
Os satélites de navegação fizeram outra escolha: 20.200 km de altura, com volta de 12 horas. É a chamada órbita semissíncrona, e a vantagem é que cada satélite repete o mesmo caminho sobre a Terra todo dia, de forma muito previsível.
Eles não precisam ficar parados sobre um ponto. Precisam é de que, de qualquer lugar do planeta, você sempre enxergue vários deles ao mesmo tempo — porque o cálculo da sua posição depende de comparar os sinais de pelo menos quatro. Como isso funciona está em Como o GPS sabe onde você está (satélites explicados).
A órbita que passa pelos polos
Até agora falamos de altura. Mas uma órbita também tem inclinação: o ângulo entre o caminho do satélite e a linha do Equador. Inclinação de 0 grau quer dizer que ele anda em cima do Equador. Inclinação de 90 graus quer dizer que ele passa por cima do polo norte e do polo sul — é a órbita polar.
A vantagem da órbita polar é elegante: enquanto o satélite vai de um polo ao outro, a Terra gira embaixo dele. A cada volta ele vê uma faixa nova do planeta. Em 24 horas, enxerga quase o mundo inteiro. É por isso que praticamente todo satélite que observa queimada, desmatamento, gelo e temperatura do mar voa assim.
Há um refinamento ainda melhor, em que o satélite cruza o Equador sempre no mesmo horário local. O satélite Terra, da NASA, passa sobre o Equador em território brasileiro por volta das 10h30 da manhã, todo dia, e por isso as fotos de um mesmo lugar podem ser comparadas ano a ano sem a sombra atrapalhar. Esse truque tem artigo próprio: Órbita sol-síncrona: a que fotografa sempre na mesma luz.
A Estação Espacial, por sua vez, voa inclinada a 51,6 graus. Esse número não foi escolhido por ciência: é o ângulo que permite que foguetes russos e americanos cheguem lá com o menor gasto possível.
Subir custa caro, e a conta depende de onde você mora
Lançar perto do Equador é mais barato, e o motivo é simples: a Terra já está girando, e no Equador ela gira mais rápido. O foguete decola com esse empurrão de graça. Quanto mais perto dos polos fica a base, menos empurrão sobra.
É exatamente esse o argumento do Brasil quando se fala em Alcântara: por que a base brasileira é cobiçada no mundo todo — a base maranhense está a pouco mais de 2 graus do Equador.
Uma observação honesta: esse empurrão de graça só serve para órbitas pouco inclinadas. Quem vai para órbita polar não aproveita quase nada dele, porque está indo numa direção que não é a do giro da Terra.
Nenhuma órbita baixa dura para sempre
A 400 km de altura ainda sobra um fiapo de atmosfera. É pouquíssimo ar, mas o satélite atravessa esse pouco a 28 mil km/h, e isso freia. Freando, ele desce; descendo, encontra ar mais denso; e o processo se acelera até acabar em reentrada.
O ritmo disso muda com o Sol. Quando o Sol está calmo, um satélite em órbita baixa precisa de um empurrão de correção umas quatro vezes por ano. Quando o Sol está no auge da atividade, a atmosfera se aquece e incha, o satélite passa a atravessar um ar mais grosso, e a correção pode virar coisa de duas em duas semanas.
Quanto tempo cada coisa aguenta lá em cima está em Quanto tempo um satélite fica no espaço antes de cair?. Já nos 36 mil km da órbita geoestacionária não há atmosfera nenhuma para atrapalhar — o que é ótimo para o satélite e ruim para o resto, porque o que sobe para lá fica lá por milhares de anos.
