A pergunta parece simples e tem três respostas diferentes, todas certas. O brilho de fundo que banha o espaço vazio entre as galáxias corresponde a −270,4 °C, quase o zero absoluto. Mas um objeto parado no Sol, fora da atmosfera, esquenta a mais de 100 °C, e o mesmo objeto, na sombra, despenca para muito abaixo de zero. E, na prática, uma nave espacial passa mais aperto para se livrar do calor do que para se aquecer. O motivo dessa confusão toda é que o espaço não tem quase nada dentro — e temperatura é uma propriedade das coisas, não do vazio.
Temperatura é a agitação das coisas, e lá não tem coisas
Temperatura mede o quanto as partículas de um material estão se agitando. Ar quente é ar cujas moléculas estão se mexendo rápido; ar frio é o contrário. Quando você põe a mão numa panela quente, o que acontece é que as moléculas agitadas da panela sacodem as moléculas da sua pele.
No espaço quase não existem partículas para se agitar. Entre as estrelas, sobra cerca de um átomo por centímetro cúbico, contra os 25 quintilhões de moléculas que existem em cada centímetro cúbico do ar que você está respirando — a conta está em Existe som no espaço. Dizer que esses pouquíssimos átomos estão a tal temperatura é tecnicamente correto e praticamente inútil, porque eles são tão raros que quase nunca encostam em você.
A consequência é a que mais surpreende: o vácuo não gela ninguém por contato, porque não há com o que encostar. É exatamente o princípio da garrafa térmica, que mantém o café quente por horas justamente por ter vácuo entre as duas paredes de vidro. O espaço é uma garrafa térmica do tamanho do universo.
O piso: 270 graus abaixo de zero, e ele vem do Big Bang
Mesmo sem matéria, existe um piso de temperatura, e ele é uma das medidas mais bonitas da física. O universo inteiro está banhado por um brilho fraquíssimo de micro-ondas, sobra da época em que ele era quente e denso. Esse brilho corresponde a uma temperatura de −270,4 °C, pouco acima do zero absoluto, e é a mesma em qualquer direção para onde se aponte a antena. É a radiação cósmica de fundo, contada em O que é o Big Bang.
Um objeto largado no espaço profundo, longe de qualquer estrela, acabaria esfriando até perto desse valor. Mas isso demora muito, e pelo motivo do item anterior: sem contato, a única maneira de um corpo perder calor é irradiando — emitindo ondas infravermelhas, como um aquecedor. E irradiar é lento.
O mesmo lugar, escaldante no Sol e congelante na sombra
Aqui está a parte contraintuitiva. Perto do Sol, o que manda não é a temperatura do espaço, é se você está na luz ou na sombra. E, sem atmosfera para espalhar o calor, a diferença entre os dois é brutal.
O melhor exemplo é a Lua, que não tem ar nenhum. Segundo o arquivo de dados espaciais da NASA, a superfície lunar iluminada chega a cerca de 120 °C. No fundo das crateras dos polos, onde o Sol nunca bate, a temperatura nunca passa de cerca de −173 °C. Mesma Lua, mesmo momento, quase 300 graus de diferença — e é exatamente essa diferença que preserva o gelo por lá, como contamos em Tem água na Lua.
O telescópio James Webb mostra o mesmo fenômeno num único aparelho. A NASA publica, para a camada externa do para-sol dele, uma temperatura máxima prevista de 383 kelvins, ou cerca de 110 °C; e, para a camada mais fria do outro lado, 36 kelvins, ou aproximadamente −237 °C. São quase 350 graus de diferença entre um lado e o outro da mesma estrutura. Outra página da NASA, que descreve o funcionamento do telescópio em vez do para-sol, dá números um pouco menos extremos para as peças da nave: 358 kelvins (85 °C) do lado do Sol e cerca de 40 kelvins (−233 °C) do lado protegido. Os dois pares estão certos: o primeiro é o extremo previsto para o próprio tecido do para-sol, o segundo é a temperatura em que os equipamentos de fato trabalham.
Reunindo os números deste artigo num lugar só:
| Onde | Temperatura | Fonte |
|---|---|---|
| Vácuo entre as galáxias | −270,4 °C | Radiação cósmica de fundo |
| Camada fria do para-sol do Webb | 36 K, cerca de −237 °C | NASA, extremo previsto |
| Fundo das crateras polares da Lua | nunca acima de −173 °C | Arquivo de dados espaciais da NASA |
| Camada quente do para-sol do Webb | 383 K, cerca de 110 °C | NASA, extremo previsto |
| Superfície da Lua ao sol | cerca de 120 °C | Arquivo de dados espaciais da NASA |
Na Terra nada disso acontece porque o ar circula, o vento mistura, e a atmosfera trabalha como um cobertor que empata as temperaturas. Tire o ar e cada face de cada objeto passa a viver o seu próprio clima.
Por isso o problema de uma nave é calor, e não frio
Parece errado, mas é assim: o maior desafio térmico de uma estação espacial é jogar calor fora.
Pense no que existe dentro da Estação Espacial Internacional. Sete pessoas, cada uma dissipando calor como uma lâmpada acesa. Computadores, câmeras, bombas, freezers de experimento, luzes. Tudo isso produz calor sem parar. Na Terra, um aparelho se resfria empurrando esse calor para o ar em volta, e é para isso que existe o ventilador dentro do seu computador. No vácuo não há ar para onde empurrar. O calor fica preso, se acumula e cozinha os equipamentos.
A solução da NASA tem duas etapas e está descrita no documento do sistema de controle térmico da Estação. Dentro dos módulos, circuitos fechados de água recolhem o calor dos equipamentos: um circuito mais frio, a 4 °C, com 63 litros, para o que precisa de resfriamento forte, e um circuito de 17 °C, com 200 litros, para o resto. Água é usada lá dentro porque é segura perto de gente.
Esse calor é então passado, por trocadores, para circuitos externos de amônia, que é melhor para o frio do espaço mas seria perigosa dentro de um módulo habitado. E a amônia aquecida vai para o último elo da corrente: os radiadores.
Os radiadores são os painéis brancos e lisos que muita gente confunde com painéis solares. Eles fazem o oposto: não captam nada, só despejam. Cada um mede 3,12 por 13,6 metros e pesa 740 kg, e um conjunto desses consegue jogar fora até 14 mil watts de calor. Como não há ar, eles não podem soprar esse calor para lugar nenhum — precisam irradiá-lo em infravermelho, que é o único caminho de saída no vácuo. É por isso que eles são tão grandes: irradiar é ineficiente, e a única forma de compensar é ter muita área. O dia a dia de quem mora ali dentro está em A rotina de um astronauta na Estação Espacial.
O guarda-sol do tamanho de uma quadra de tênis
O caso mais extremo de controle de temperatura já construído é o para-sol do telescópio James Webb. Ele precisa enxergar infravermelho, que é literalmente calor — então, se o próprio telescópio estiver morno, ele enxerga a si mesmo e cega. Os detectores dele precisam trabalhar por volta de 40 kelvins, ou −233 °C, e um dos instrumentos, o MIRI, desce a 7 kelvins — sete graus acima do zero absoluto.
A solução foi uma barreira de 21,2 por 14,2 metros, mais ou menos o comprimento de uma quadra de tênis, feita de cinco camadas de um plástico chamado Kapton, cobertas de alumínio. As camadas não se encostam: há vácuo entre elas. Cada camada absorve um pouco do calor que a anterior deixou passar e irradia esse calor para os lados, e o vácuo entre elas impede que o calor atravesse por contato. Cinco filmes finíssimos, somados, dão conta de quase 350 graus de diferença.
É a mesma ideia de estender uma lona sobre o carro num estacionamento de sol a pino, só que levada ao limite da engenharia. Por que o Webb precisa ficar num lugar onde o Sol, a Terra e a Lua fiquem sempre do mesmo lado é assunto de O que é o ponto L2.
E uma pessoa sem traje, congela na hora?
Não. Essa é a cena mais repetida do cinema e está errada pelo mesmo motivo de tudo o que está acima: sem ar, o corpo só perde calor por radiação, que é um processo lento. Uma pessoa exposta ao vácuo levaria horas para congelar, e morreria muito antes disso por falta de oxigênio. O que acontece minuto a minuto está contado em O que acontece com o corpo humano no espaço sem traje.
O traje espacial, aliás, é menos um casaco e mais um ar-condicionado vestível: a maior preocupação de quem projeta um é impedir que o astronauta superaqueça enquanto trabalha ao sol, e não que ele passe frio.
