A gravidade artificial não é ficção: a física permite, e a receita é conhecida desde o começo do século XX. Basta girar a nave. O problema é o tamanho. Para produzir no chão uma sensação igual à da Terra sem deixar a tripulação enjoada, o anel giratório precisaria ter mais de cem metros de diâmetro — maior que a Estação Espacial Internacional inteira. Nunca foi construído, e é por isso que nenhuma nave na história voou com gravidade artificial.
A boa notícia é que a conta é simples o bastante para qualquer um fazer. E, feita, ela explica tudo.
A única receita conhecida é girar
Não existe nenhum jeito conhecido de "criar gravidade" num botão. Gravidade de verdade vem de massa, e seria preciso carregar um planeta junto. O que dá para fazer é imitar o efeito da gravidade com movimento circular.
Você já sentiu isso. No ciclo de centrifugação da máquina de lavar, a roupa é jogada contra a parede do tambor e fica grudada lá. Num carro fazendo uma curva fechada, o seu corpo vai contra a porta. Em nenhum dos dois casos existe uma força puxando para fora: o que acontece é que o corpo tenta seguir em linha reta e a parede o força a fazer a curva. A parede empurra você, e esse empurrão é indistinguível do peso.
Numa nave em forma de anel girando, o piso fica do lado de fora. Você fica "em pé" com a cabeça apontando para o centro e os pés para a borda, e o chão empurra seus pés exatamente como o chão da sua casa empurra agora. Para quem está dentro, é peso. Para quem olha de fora, é só uma parede curva obrigando uma pessoa a girar.
A aceleração que você sente depende de dois números apenas: o raio do anel e a velocidade de rotação, medida em rotações por minuto (rpm). E é aí que a ideia trava.
A conta que mata a ideia
A aceleração cresce com o quadrado da rotação e, em compensação, cai quando o raio diminui. Isso significa que um anel pequeno precisa girar muito rápido para produzir a mesma sensação.
| Rotação | Raio necessário para 1 g | Diâmetro do anel |
|---|---|---|
| 1 rpm | 894 m | 1.789 m |
| 2 rpm | 224 m | 447 m |
| 3 rpm | 99 m | 199 m |
| 4 rpm | 56 m | 112 m |
| 10 rpm | 8,9 m | 18 m |
| 20 rpm | 2,2 m | 4 m |
| 30 rpm | 1,0 m | 2 m |
Contas nossas, para uma aceleração de 9,81 metros por segundo ao quadrado, que é a da superfície da Terra.
Leia a tabela de baixo para cima e o dilema aparece inteiro. Um anel de 2 metros de diâmetro resolveria o problema de engenharia — mas teria de girar a 30 rpm, ou uma volta a cada dois segundos. Já um anel que gira devagar o suficiente para ninguém sentir nada precisaria ter quase dois quilômetros de ponta a ponta.
Os estudos da NASA sobre o assunto costumam adotar 4 rpm como teto do que um ser humano tolera sem passar mal. Nessa rotação, o anel teria 112 metros de diâmetro. A Estação Espacial Internacional, a maior estrutura que a humanidade já montou em órbita, tem 109 metros de comprimento — e levou mais de 40 voos de montagem para ficar pronta, como conta O que é a Estação Espacial Internacional?. Ou seja: o anel giratório mais modesto que serviria seria, sozinho, maior que tudo o que já foi construído lá em cima.
O enjoo que não deixa girar rápido
A saída óbvia seria aceitar um anel pequeno girando depressa. Ela esbarra num obstáculo que não é de engenharia, é de corpo humano: o efeito Coriolis.
Dentro de qualquer coisa que gira, um objeto que se move em linha reta parece desviar sozinho. Se você está num anel giratório e larga uma caneta, ela não cai nos seus pés: cai um pouco para o lado. Se você levanta o braço, ele resiste de um jeito estranho. Pior de tudo: cada vez que você vira a cabeça, o líquido dentro do seu ouvido interno — o órgão que informa ao cérebro onde é para cima — recebe um empurrão que não combina com o que os olhos estão vendo.
Essa discordância entre o que o ouvido sente e o que o olho vê é exatamente a receita do enjoo de movimento, o mesmo que ataca quem lê no banco de trás do carro numa estrada de serra. E quanto mais rápida a rotação, mais forte o efeito. É por isso que girar depressa não é uma solução: é só trocar um problema por outro.
O experimento da NASA que terminou mais cedo
Não é teoria. A NASA testou pessoas numa centrífuga de raio curto — um braço giratório de 3 metros em que o voluntário fica deitado, com os pés apoiados numa plataforma perto da borda.
Em um desses estudos, onze voluntários (seis homens e cinco mulheres, de 24 a 52 anos) foram girados para sentir 2,5 g nos pés e cerca de 1 g na altura do coração, por 60 a 75 minutos. Para conseguir isso com a plataforma entre 2,0 e 2,4 metros do centro, a centrífuga rodou entre 30,6 e 33,4 rpm.
Refizemos essa conta para conferir: com a plataforma a 2,0 metros, 2,5 g exigem 33,4 rpm; a 2,4 metros, exigem 30,5 rpm. Os dois extremos batem com o que a NASA publicou, o que confirma que a física descrita aqui é a mesma que girou aquelas pessoas.
E o resultado? Cinco das onze sessões foram interrompidas antes do fim — quatro por pré-síncope (a sensação de desmaio iminente, com queda de pressão) e uma por enjoo. A frequência cardíaca média subiu de 70 para 85 batimentos por minuto só com o início da rotação. Metade dos voluntários não aguentou uma hora de gravidade artificial de raio curto.
O gradiente: a cabeça pesa menos que os pés
O número mais revelador do experimento é a diferença entre 2,5 g nos pés e 1 g no coração. Num anel pequeno, a sua cabeça está muito mais perto do centro de rotação do que os seus pés — e, como a aceleração cai junto com o raio, ela sente bem menos.
Na prática, o corpo todo vive uma coisa impossível na Terra: os pés pesando duas vezes e meia o normal e o peito pesando o normal. O sangue é empurrado para as pernas com força e falta em cima, e é daí que vem a pré-síncope. Esse descompasso se chama gradiente, e ele só desaparece quando o anel é grande o suficiente para que a diferença entre a altura da cabeça e a dos pés seja irrelevante perto do raio. O que nos devolve, de novo, aos cem metros.
E se a estação simplesmente girasse?
Vale lembrar que a ausência de peso na Estação Espacial não é um defeito a ser corrigido: é o produto. Boa parte da ciência feita lá em cima só existe porque as coisas flutuam — cristais que crescem sem deformar, chamas que queimam em bola, fluidos que se comportam de um jeito que a gravidade esconde aqui embaixo.
Os astronautas flutuam porque estão em queda livre permanente ao redor da Terra, e não por falta de gravidade, como explica O que é gravidade? E por que os astronautas flutuam. Girar a estação acabaria com os experimentos, complicaria o acoplamento das naves, exigiria estrutura muito mais reforçada e consumiria combustível. Para uma estação da qual a tripulação volta para casa em poucas horas, não compensa.
A conversa muda quando se fala de uma viagem a Marte, que leva meses de ida e meses de volta. Aí os efeitos do corpo sem peso deixam de ser um detalhe, como mostra Os recordes de permanência no espaço (e o que o corpo sofre).
O que se faz no lugar
Como gravidade artificial não existe, a medicina espacial usa a alternativa mais chata e mais barata do mundo: exercício.
São duas horas e meia por dia, seis dias por semana, descritas em Como é a rotina de um astronauta na ISS (comida, sono, exercício). Uma esteira em que o astronauta corre preso por um colete de elásticos que o puxa para baixo, uma máquina de musculação a vácuo e uma bicicleta. Isso reduz a perda óssea pela metade, mas não a elimina: sem exercício, ossos perdem de 1% a 1,5% de massa por mês.
É um remédio incompleto para um problema que só a gravidade resolveria. E a gravidade, por enquanto, continua sendo algo que se visita, não algo que se leva junto.
