Um dia, em um futuro próximo ou distante, um asteroide com o diâmetro de um estádio de futebol estará em rota de colisão com a Terra. Se tivermos sorte, ele cairá no meio do vasto oceano, criando um tsunami de proporções consideráveis, mas inofensivas, ou em uma área desabitada do deserto. Mas, se tiver como alvo uma cidade, um dos piores desastres naturais dos tempos modernos se desenrolará. À medida que o asteroide atravessar a atmosfera, começará a se fragmentar — mas a maior parte provavelmente chegará ao solo em apenas alguns segundos, transformando instantaneamente qualquer coisa sólida em fluido e escavando uma enorme cratera de impacto num piscar de olhos. Uma colossal onda de choque, semelhante à de uma grande arma nuclear, explodirá do ponto de impacto em todas as direções. Casas a dezenas de quilômetros de distância serão destruídas como papelão. Milhões de pessoas poderão morrer.
Felizmente para os 8 bilhões de nós, a defesa planetária — a ciência de prevenir impactos de asteroides — é um campo de pesquisa altamente ativo. Astrônomos observam o céu, constantemente em busca de novos objetos próximos à Terra que possam representar uma ameaça. E outros trabalham ativamente no desenvolvimento de maneiras de evitar uma colisão, caso descubramos um asteroide com alto risco de impacto.
Já sabemos que ao menos um método funciona: colidir com a rocha usando uma espaçonave não tripulada para desviá-la da Terra. Em setembro de 2022, o Teste de Redirecionamento de Asteroide Duplo da NASA, ou DART, provou que isso é possível ao lançar uma espaçonave semiautônoma do tamanho de um carro pequeno, equipada com painéis solares em formato de asas, contra um asteroide (inofensivo) chamado Dimorphos a 22 mil quilômetros por hora, alterando com sucesso sua órbita ao redor de um asteroide maior chamado Didymos.
Mas existem circunstâncias em que um empurrão físico pode não ser suficiente para proteger o planeta. Se for o caso, poderíamos precisar de outro método, notoriamente difícil de testar na prática: uma explosão nuclear.
Cientistas já exploraram essa possibilidade por meio de simulações computacionais. Mas, no mundo ideal, os pesquisadores gostariam de embasar seus modelos com dados práticos, frios e concretos. Aí está o desafio. Enviar uma arma nuclear ao espaço violaria leis internacionais e poderia inflamar tensões políticas. Além disso, poderia causar danos à Terra: uma falha no foguete poderia espalhar destroços radioativos na atmosfera.
Nos últimos anos, no entanto, cientistas começaram a elaborar formas criativas de contornar essa limitação experimental. O esforço começou em 2023, com uma equipe liderada por Nathan Moore, físico e engenheiro químico dos Laboratórios Nacionais Sandia, em Albuquerque, Novo México. Sandia é uma instalação semissecreta que atua como braço de engenharia do programa de armas nucleares dos EUA. E dentro desse complexo está a Instalação de Potência Pulsada Z, ou máquina Z, um labirinto metálico cilíndrico repleto de sinais de advertência e fios. É capaz de invocar energia suficiente para derreter diamantes.
Acredita-se que existam cerca de 25 mil asteroides com mais de 140 metros de diâmetro — uma faixa de tamanho que começa nos chamados “matadores de cidades” e aumenta a partir daí — próximos da Terra. Pouco menos da metade já foi descoberta.
Os pesquisadores imaginaram que poderiam usar a máquina Z para recriar a explosão de raios X de uma arma nuclear — a radiação que seria usada para desviar um asteroide — em uma escala muito pequena e segura.
Levaram um tempo para acertar os detalhes. Mas em julho de 2023, Moore e sua equipe estavam prontos. Aguardaram ansiosamente em uma sala de controle, monitorando à distância a máquina vibrante. No coração da máquina estavam dois pequenos pedaços de rocha, representando asteroides e, ao pressionar um botão, um turbilhão de raios X seria lançado contra eles. Se fossem deslocados pelos raios X, isso provaria algo que, até então, era apenas teórico: é possível desviar um asteroide da Terra usando uma arma nuclear.
Esse experimento “nunca havia sido feito antes”, diz Moore. Mas, se tivesse sucesso, seus dados contribuiriam para a segurança de todos no planeta. Funcionaria?
Monólitos e pilhas de escombros
Impactos de asteroides são desastres naturais como qualquer outro. Não se deve perder o sono com a possibilidade, mas, se tivermos azar, uma rocha espacial errante pode bater à porta da Terra. “A probabilidade de um asteroide atingir a Terra durante a minha vida é muito pequena. Mas e se acontecer? O que faríamos?”, diz Moore. “Acho que isso merece nossa curiosidade.”
Esqueça os gigantescos asteroides dos filmes de Hollywood. Rochas espaciais com mais de um quilômetro de diâmetro — aquelas capazes de ameaçar a civilização — certamente existem, e algumas cruzam perigosamente a órbita da Terra. Mas, como esses asteroides são tão colossais, os astrônomos já localizaram quase todos, e nenhum representa ameaça de impacto.
Na verdade, são os asteroides um nível abaixo em tamanho — aqueles com mais de 140 metros (460 pés) de diâmetro — que representam a maior preocupação. Estima-se que cerca de 25 mil desses objetos existam nas proximidades do nosso planeta, e pouco menos da metade já foi descoberta. As chances diárias de um impacto são extremamente baixas, mas mesmo um dos menores dentro dessa faixa poderia causar danos significativos se atingisse a Terra em uma área habitada — uma capacidade que levou os astrônomos a apelidarem esses asteroides de médio porte de “matadores de cidades”.
Se encontrarmos um “matador de cidades” com alta probabilidade de colidir com a Terra, precisaremos de uma forma de detê-lo. Isso pode envolver uma tecnologia para quebrar ou “desintegrar” o asteroide em fragmentos que ou perderão completamente o planeta ou se incinerarão de forma inofensiva na atmosfera. Ou pode ser uma tecnologia de deflexão, que altere sua trajetória, afastando-o da rota de colisão com nosso planeta azul.
Como a desintegração pode acidentalmente transformar um grande asteroide em vários fragmentos menores — ainda letais — em rota de impacto, ela é frequentemente considerada uma estratégia de último recurso. A deflexão é vista como mais segura e elegante. Uma forma de realizá-la é com o uso de uma espaçonave conhecida como impactador cinético — uma espécie de aríete que colide com o asteroide e transfere seu momento à rocha espacial, empurrando-a para fora da rota da Terra. A missão DART da NASA demonstrou que isso é possível, mas há ressalvas importantes: é necessário desviar o asteroide com anos de antecedência para garantir que ele perca completamente a Terra, e asteroides detectados tarde demais — ou que sejam grandes demais — não podem ser desviados com apenas uma missão como a DART. Seria necessário usar vários impactadores cinéticos — talvez muitos — para atingir um lado do asteroide com precisão a cada vez, a fim de empurrá-lo o suficiente para salvar o planeta. Essa é uma exigência complexa em termos de mecânica orbital e pode não ser uma aposta que as agências espaciais estejam dispostas a fazer.
Nesse caso, a melhor opção poderia ser detonar uma arma nuclear próxima ao asteroide. Isso irradiaria um dos hemisférios do asteroide com raios X que, em poucos milionésimos de segundo, fragmentariam violentamente e vaporizariam sua superfície rochosa. O jato de detritos expelido dessa superfície para o espaço funcionaria como um foguete, empurrando o asteroide na direção oposta. “Há cenários em que o impacto cinético é insuficiente, e teríamos que usar um dispositivo explosivo nuclear”, diz Moore.
Essa ideia não é nova. Há várias décadas, Peter Schultz, geólogo planetário e especialista em impactos da Universidade Brown, estava dando uma palestra sobre defesa planetária no Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia — outro laboratório americano voltado à dissuasão nuclear e à pesquisa em física nuclear. Após a apresentação, ele lembra que ninguém menos que Edward Teller, o pai da bomba de hidrogênio e membro-chave do Projeto Manhattan, o convidou para uma conversa em seu escritório. “Ele queria fazer um desses sobrevoos de asteroides próximos à Terra e queria testar as armas nucleares”, diz Schultz. O que, ele se perguntava, aconteceria se você bombardeasse um asteroide com os raios X de uma arma nuclear? Seria possível evitar um desastre espacial usando armas de destruição em massa?
Mas o sonho de Teller não se concretizou — e dificilmente se tornará realidade tão cedo. O Tratado do Espaço Exterior das Nações Unidas, de 1967, afirma que nenhuma nação pode implantar ou usar armas nucleares fora da Terra (ainda que não esteja claro por quanto tempo algumas nações espaciais continuarão a respeitar essa regra).
Mesmo levantar a possibilidade de usar armas nucleares para defender o planeta pode ser delicado. “Ainda há muitas pessoas que não querem falar sobre isso de forma alguma… mesmo que essa fosse a única opção para evitar um impacto”, diz Megan Bruck Syal, física e pesquisadora de defesa planetária no Lawrence Livermore. Armas nucleares há muito tempo são um tema sensível e, com as relações entre diversas nações nucleares atualmente em um novo ponto crítico, a apreensão em torno do assunto é compreensível.
Mas, nos EUA, há grupos de cientistas que “reconhecem que temos uma responsabilidade especial como nação espacial e como nação com capacidade nuclear de olhar para isso”, afirma Syal. “Não é nossa preferência usar um explosivo nuclear, é claro. Mas ainda estamos estudando isso, caso seja necessário.”
Mas como?
Na maioria das vezes, os pesquisadores têm recorrido ao mundo virtual, usando supercomputadores em diversos laboratórios dos EUA para simular a física envolvida em uma explosão nuclear que perturbaria um asteroide. Para dizer o mínimo, “isso é muito difícil”, afirma Mary Burkey, física e pesquisadora de defesa planetária do Lawrence Livermore. Não se pode simplesmente apertar um botão no computador e obter respostas imediatas. “Quando uma bomba nuclear explode no espaço, só há emissão de luz em raios X. Ela incide sobre a superfície do asteroide, e você está rastreando esses pequenos fótons penetrando talvez só um pouco na superfície, e então, de alguma forma, é preciso pegar essa resolução na casa dos micrômetros e propagá-la por algo que pode ter centenas de metros de largura, observando a onda de choque se propagar e depois os fragmentos sendo lançados ao espaço. São quatro problemas diferentes.”
Reproduzir a física da aniquilação de rochas por raios X com o máximo de verossimilhança possível é um trabalho complexo. Mas pesquisas recentes, usando essas simulações de alta fidelidade, indicam que armas nucleares podem ser ferramentas eficazes de defesa planetária, tanto para destruição quanto para deflexão. A questão, no entanto, é que não existem dois asteroides iguais; cada um é mecanicamente e geologicamente único, o que implica enormes incertezas. Um asteroide mais monolítico pode reagir de forma previsível a uma campanha de desvio com armas nucleares, enquanto um asteroide do tipo “pilha de entulho” — uma frota fracamente unida de rochas mantidas apenas por sua própria gravidade — pode responder de maneira caótica e incontrolável. Dá para ter certeza de que a explosão não fragmentaria o asteroide acidentalmente, transformando uma bala de canhão em uma chuva de projéteis ainda em rota de colisão com a Terra?
As simulações ajudam a responder essas perguntas, mas continuam sendo recriações virtuais da realidade, com pressupostos embutidos. “Nossos modelos são tão bons quanto a física que compreendemos e inserimos neles”, afirma Angela Stickle, física de impactos hipervelozes no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, em Maryland. Para garantir que as simulações estão reproduzindo a física corretamente e gerando dados realistas, são necessários experimentos físicos para fundamentá-las.
Cada disparo da máquina Z carrega a energia de mais de mil relâmpagos, e cada tiro dura apenas alguns milionésimos de segundo.
Tesouras de raios X
A missão principal de Sandia, assim como a do Lawrence Livermore, é ajudar a manter o arsenal nuclear dos EUA. “É um laboratório de segurança nacional”, explica Moore. “A defesa planetária afeta o planeta inteiro”, ele acrescenta — o que a torna, por padrão, também uma questão de segurança nacional. Essa lógica, em parte, convenceu os tomadores de decisão, em julho de 2022, a tentar um novo tipo de experimento. Moore assumiu o comando do projeto em janeiro de 2023 — e, com o disparo agendado para o verão, ele tinha apenas alguns meses para elaborar o plano específico do experimento. Houve “muito rabisco no meu quadro branco, simulações de computador rodando e coleta de dados para nossos engenheiros projetarem o suporte do experimento, durante os vários meses que levariam para usinar e montar todas as peças”, diz ele.
Embora já houvesse experimentos anteriores e em andamento que bombardeavam alvos semelhantes a asteroides com raios X, Moore e sua equipe estavam frustrados com um aspecto deles. Diferentemente dos asteroides reais, que flutuam livremente no espaço, os microasteroides na Terra estavam fixos no lugar. Para testar de fato se os raios X poderiam desviar asteroides, os alvos precisariam estar suspensos no vácuo — e não era imediatamente claro como isso poderia ser feito.
Gerar os raios X semelhantes aos de uma bomba nuclear era a parte fácil, porque Sandia dispunha da máquina Z, uma massa imponente de diodos, tubos e fios entrelaçados com uma série de passarelas que circundam uma câmara de vácuo em seu núcleo. Quando ativada, correntes elétricas são canalizadas para capacitores e, ao comando, liberam essa energia sobre um alvo ou substância para criar radiação e pressões magnéticas intensas.
Cercada por alarmes sonoros e luzes piscantes, é uma visão intimidadora. “Ela tem o tamanho de um prédio — cerca de três andares de altura”, diz Moore. Cada disparo da máquina Z carrega a energia de mais de mil relâmpagos, e cada tiro dura apenas alguns milionésimos de segundo: “Você nem conseguiria piscar nesse tempo.” A máquina Z recebe esse nome em referência ao eixo ao longo do qual suas partículas energéticas se propagam, mas o “Z” poderia muito bem significar “Zeus”.
A finalidade original da máquina Z, cuja primeira versão foi construída há meio século, era a pesquisa em fusão nuclear. Mas, ao longo do tempo, ela foi sendo ajustada, aprimorada e utilizada para todo tipo de ciência. “A máquina Z já foi usada para comprimir matéria até as mesmas densidades [que você encontraria] no centro dos planetas. E podemos fazer experimentos assim para entender melhor como os planetas se formam”, explica Moore, como exemplo. E as energias sobrenaturais da máquina podem ser facilmente usadas para gerar raios X — neste caso, eletrificando e colapsando uma nuvem de gás argônio.
“A ideia de estudar desvio de asteroides é completamente diferente para nós”, diz Moore. E a máquina “dispara apenas uma vez por dia”, acrescenta, “então todos os experimentos são planejados com mais de um ano de antecedência.” Em outras palavras, os pesquisadores precisavam estar quase certos de que seu único experimento funcionaria, ou teriam uma longa espera até tentarem novamente — se recebessem autorização para isso.
Durante algum tempo, não conseguiam descobrir como suspender seus microasteroides. Mas eventualmente encontraram uma solução: dois pedaços incrivelmente finos de papel-alumínio manteriam os alvos no lugar dentro da câmara de vácuo da máquina Z. Quando o raio X os atingisse, junto com os alvos, o alumínio seria instantaneamente vaporizado, deixando os alvos brevemente suspensos na câmara e permitindo que fossem empurrados para trás como se estivessem no espaço. “É como se você balançasse uma varinha mágica e desaparecesse”, diz Moore sobre o alumínio. Ele apelidou essa técnica de “tesoura de raios X”.
Em julho de 2023, após um planejamento considerável, a equipe estava pronta. Dentro da câmara de vácuo da máquina Z estavam dois alvos do tamanho de uma unha — um pouco de quartzo e um pouco de vidro de sílica fundida, ambos frequentemente encontrados em asteroides reais. Próximo dali, uma bolsa de gás argônio girava lentamente. Satisfeitos com a prontidão do gigantesco aparato, todos saíram e foram para a sala de controle. Por um momento, reinou o silêncio absoluto.
Preparar.
Fogo.
Tudo terminou antes mesmo de seus ouvidos registrarem o estrondo metálico. Uma tempestade elétrica atingiu a nuvem de gás argônio, fazendo-a implodir; ao fazê-lo, ela se transformou em plasma e liberou raios X que correram em direção aos dois alvos na câmara. O alumínio desapareceu, as superfícies de ambos os alvos explodiram para fora em jatos supersônicos de detritos, e os alvos voaram para trás, afastando-se dos raios X, a 257 quilômetros por hora.
Moore não estava presente. “Eu estava na Espanha quando o experimento foi realizado, porque estava comemorando meu aniversário de casamento com minha esposa, e não havia chance de eu perder isso”, diz ele. Mas logo após o disparo da máquina Z, um colega lhe enviou uma mensagem de texto bem direta: DEU CERTO.
“Sabíamos imediatamente que tinha sido um grande sucesso”, diz Moore. As implicações ficaram imediatamente claras. A configuração experimental era complexa, mas o que tentavam alcançar era algo extremamente fundamental: uma demonstração no mundo real de que uma explosão nuclear poderia fazer um objeto se mover no espaço.
“Estamos genuinamente analisando isso sob a perspectiva de que ‘esta é uma tecnologia que pode salvar vidas.’”
Patrick King, físico do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, ficou impressionado. Anteriormente, empurrar objetos usando vaporização por raios X era algo extremamente difícil de demonstrar em laboratório. “Eles conseguiram obter uma medição direta dessa transferência de momento”, diz ele, chamando a técnica da tesoura de raios X de “elegante”.
O trabalho da Sandia surpreendeu muitos na comunidade. “O experimento com a máquina Z foi uma espécie de novidade para o campo da defesa planetária”, diz Burkey. Mas ela observa que não devemos superestimar os resultados. Não está claro, a partir da deflexão dos alvos muito pequenos e rudimentares semelhantes a asteroides, o quanto uma explosão nuclear genuína desviaria de fato um asteroide real. Como sempre, mais trabalho é necessário.
King lidera uma equipe que também está investigando essa questão. Seu projeto, financiado pela NASA, envolve a Instalação de Laser Omega, um complexo localizado na Universidade de Rochester, no norte do estado de Nova York. A Omega pode gerar raios X ao disparar lasers potentes contra um alvo dentro de uma câmara especializada. Ao ser irradiado, o alvo gera um pulso de raios X, semelhante ao produzido durante uma explosão nuclear no espaço, que pode então ser usado para bombardear diversos objetos — neste caso, algumas rochas terrestres atuando como imitadores de asteroides e (crucialmente) também um pouco de material meteorítico verdadeiro.
Os experimentos de King com a Omega buscaram responder a uma pergunta básica: “Quanta matéria realmente é removida da superfície?” diz King. A quantidade de material que se desprende dos pseudo-asteroides, e a intensidade com que é ejetada, varia de alvo para alvo. A esperança é que esses resultados — que a equipe ainda está analisando — forneçam pistas sobre como diferentes tipos de asteroides reagiriam ao serem atingidos por uma explosão nuclear. Embora os experimentos com a Omega não consigam reproduzir o recuo visto na máquina Z, a equipe de King utilizou uma série mais realista e diversificada de alvos e os bombardeou com raios X centenas de vezes. Isso, por sua vez, deve nos ajudar a entender quão eficaz — ou não — seria a deflexão de asteroides reais por meio de uma explosão nuclear.
“Eu não diria que um [experimento] tem vantagens definitivas sobre o outro”, diz King. “Como em muitas áreas da ciência, cada abordagem pode fornecer insights ao longo de diferentes ‘eixos’, por assim dizer, e nenhum experimento oferece o quadro completo.”
Experimentos como os de Moore e King podem soar tecnologicamente barrocos — um pouco como máquinas de Rube Goldberg ultrarrápidas supervisionadas por feiticeiros. Mas provavelmente são os primeiros de uma longa série de testes cada vez mais sofisticados. “Apenas arranhamos a superfície do que podemos fazer”, diz Moore. Assim como nos experimentos de King, Moore espera colocar uma variedade de materiais na máquina Z, incluindo alvos que possam simular os asteroides ricos em carbono — mais úmidos e frágeis — que os astrônomos frequentemente observam no espaço próximo à Terra. “Se pudéssemos pôr as mãos em material real de asteroide, faríamos isso”, afirma. E espera-se que todos esses dados experimentais alimentem novamente as simulações computacionais de ‘bomba nuclear versus asteroide’, ajudando a validar os resultados virtuais.
Embora esses experimentos sejam perfeitamente seguros, os defensores planetários permanecem plenamente cientes do tabu em torno da simples discussão sobre o uso de armas nucleares — mesmo que o motivo seja, potencialmente, salvar o mundo. “Estamos genuinamente encarando isso sob a perspectiva de que ‘esta é uma tecnologia que pode salvar vidas’”, afirma King.
Inevitavelmente, a Terra será ameaçada por um asteroide perigoso. E a esperança é que, quando esse dia chegar, o problema possa ser resolvido com algo diferente de uma bomba nuclear. Mas é reconfortante saber que os cientistas estão pesquisando esse cenário — caso seja nossa única proteção contra o firmamento. “Somos os seus impostos em ação”, diz Burkey.
Ainda há um caminho considerável até que possam ter quase certeza de que essa técnica de desviar asteroides será bem-sucedida. No entanto, os avanços conquistados pertencem a todos. “No fim das contas”, diz Moore, “todos ganhamos se resolvermos esse problema.”
Robin George Andrews
