Cedo numa manhã de domingo em setembro, uma equipe de 12 pesquisadores, privados de sono e com jet lag, se reuniu no aeroporto mais remoto do mundo. Lá, na Ilha de Páscoa, a cerca de 3.750 km da costa do Chile, eles se preparavam para uma perseguição única: uma corrida para capturar os últimos momentos de um satélite enquanto ele caía do espaço e se incendiava até se transformar em cinzas no céu.
Essa espaçonave era a Salsa, um dos quatro satélites que faziam parte da constelação Cluster da Agência Espacial Europeia (ESA). Salsa e seus companheiros estavam estudando o campo magnético da Terra desde o início dos anos 2000, mas sua missão havia chegado ao fim. Meses antes, a espaçonave foi colocada em uma espiral de morte que terminaria com uma desintegração flamejante, a cerca de 1.600 km da costa da Ilha de Páscoa, bem no alto da atmosfera da Terra.
Agora, os cientistas estavam prontos para registrar a reentrada enquanto ela acontecia. Equipados com cálculos de trajetória precisos vindos do controle terrestre da ESA, os pesquisadores decolaram em um jato executivo alugado, com 25 câmeras e espectrômetros montados nas janelas. A esperança era conseguir reunir informações valiosas sobre os processos físicos e químicos que ocorrem quando os satélites se queimam enquanto caem para a Terra no final de suas missões.
Esse tipo de estudo está se tornando cada vez mais urgente. Há cerca de 15 anos, menos de mil satélites orbitavam nosso planeta. Hoje, esse número subiu para cerca de 10.000, e com o aumento das constelações de satélites como a Starlink, espera-se que esse número aumente dez vezes até o final dessa década. Deixar esses satélites queimarem na atmosfera no final de suas vidas ajuda a manter a quantidade de lixo espacial no mínimo. Porém, ao fazer isso, deposita-se cinzas de satélites nas camadas médias da atmosfera da Terra. Essas cinzas metálicas podem prejudicar a atmosfera e potencialmente alterar o clima. Os cientistas ainda não sabem o quão sério o problema pode ser nas próximas décadas.
As cinzas das reentradas contêm substâncias que prejudicam a camada de ozônio. Estudos de modelagem mostraram que alguns de seus componentes também podem resfriar a estratosfera da Terra, enquanto outros podem aquecê-la. Alguns temem que as partículas metálicas possam até perturbar o campo magnético da Terra, obscurecer a visão dos satélites de observação da Terra e aumentar a frequência de tempestades.
“Precisamos ver que tipo de física ocorre lá em cima”, diz Stijn Lemmens, analista sênior da ESA, que supervisionou a campanha. “Se houver mais objetos [reentrando], haverá mais consequências.”
Uma comunidade de cientistas atmosféricos espalhados pelo mundo está aguardando os resultados dessas medições, esperando preencher grandes lacunas em seu entendimento. A reentrada do Salsa foi apenas a quinta campanha desse tipo na história da exploração espacial. As campanhas anteriores, no entanto, acompanharam objetos muito maiores, como o estágio superior de 19 toneladas de um foguete Ariane 5.
O Cluster Salsa, com 550 quilos, era bem pequeno em comparação. E isso o torna de interesse especial para os cientistas, pois são espaçonaves desse tamanho que estarão cada vez mais lotando a órbita da Terra nos próximos anos.
O lado negativo das mega-constelações
A maior parte do crescimento projetado no número de satélites deve vir de satélites do mesmo porte do Salsa: membros individuais de mega-constelações, projetadas para fornecer serviço de internet com boa velocidade e baixa latência para qualquer pessoa, em qualquer lugar.
O Starlink, da SpaceX, é o maior desses projetos. Com cerca de 6.500 satélites atualmente, a frota deve crescer para mais de 40.000 até a década de 2030. Outras mega-constelações, incluindo o Kuiper, da Amazon, E-Space, da França, e os projetos chineses G60 e Guowang, estão em andamento. Cada uma pode conter vários mil satélites, ou até dezenas de milhares.
Os desenvolvedores de mega-constelações não querem que suas espaçonaves permaneçam em órbita por duas ou três décadas, como as contrapartes antigas, financiadas pelo governo. Eles querem substituir esses roteadores de internet em órbita por novas tecnologias a cada cinco anos, enviando as antigas de volta para a atmosfera para se desintegrarem. Os foguetes necessários para lançar todos esses satélites emitem sua própria mistura de contaminantes (e seus estágios superiores também terminam suas vidas queimando na atmosfera).
A quantidade de lixo espacial vaporizando na atmosfera da Terra mais que dobrou nos últimos anos, afirma Jonathan McDowell, astrônomo do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, que construiu uma segunda carreira como um dos principais rastreadores de lixo espacial.
“Antes, víamos cerca de 50 a 100 estágios de foguetes reentrando a cada ano”, diz ele. “Agora, estamos vendo 300 por ano.”
Em 2019, cerca de 115 satélites se desintegraram na atmosfera. Em novembro de 2024, o número já havia batido um novo recorde com 950 reentradas de satélites, diz McDowell.
A massa de lixo espacial vaporizando continuará a crescer na medida do tamanho das frotas de satélites. Em 2033, ela pode alcançar 4.000 toneladas por ano, de acordo com estimativas apresentadas em um workshop chamado Protecting Earth and Outer Space from the Disposal of Spacecraft and Debris, realizado em setembro na Universidade de Southampton, no Reino Unido.
Crucialmente, a maior parte das cinzas que essas reentradas produzem permanecerá suspensa na fina camada média da atmosfera por décadas, talvez séculos. No entanto, obter dados precisos sobre a queima de satélites é quase impossível, porque ela ocorre em uma área muito alta para balões meteorológicos medirem e muito baixa para instrumentos de sondagem a bordo de satélites em órbita. O mais próximo que os cientistas podem chegar é o sensoriamento remoto dos momentos finais de um satélite.
Mudança química
Nenhum dos pesquisadores a bordo do jato executivo, que se transformou em laboratório científico e decolou da Ilha de Páscoa em setembro, conseguiu ver o momento em que o Cluster Salsa se transformou em uma bola de fogo sobre as águas profundas e escuras do Oceano Pacífico. Contra a luz intensa do dia, a explosão momentânea apareceu tão vívida quanto uma lua cheia ao meio-dia. No entanto, as janelas do avião estavam cobertas com um tecido escuro (para evitar que a luz refletida de dentro distorcesse as medições), permitindo que apenas as lentes das câmeras se projetassem para fora, conta Jiří Šilha, CEO da Astros Solutions, empresa de monitoramento de situação espacial baseada na Eslováquia, que coordenou a campanha de observação.
“Estávamos a cerca de 300 quilômetros [186 milhas] de distância quando isso aconteceu, o suficiente para evitar sermos atingidos por quaisquer destroços restantes”, diz Šilha. “Tudo é muito rápido. O objeto reentra a uma velocidade muito alta, cerca de 11 quilômetros [sete milhas] por segundo, e se desintegra a 80 a 60 quilômetros acima da Terra.”
Os instrumentos coletaram medições da desintegração na parte visível e no infravermelho próximo do espectro de luz, incluindo observações com filtros especiais para detectar elementos químicos, como alumínio, titânio e sódio. Os dados ajudarão os cientistas a reconstruir o processo de quebra do satélite, determinando as altitudes nas quais a incineração ocorre, as temperaturas em que acontece e a natureza e quantidade dos compostos químicos liberados.
As cinzas do Cluster Salsa já começaram sua deriva tranquila pela mesosfera e estratosfera – as camadas atmosféricas que se estendem de altitudes de 50 a 85 quilômetros e 20 a 50 quilômetros, respectivamente. Ao longo da sua descida de décadas, essas partículas de cinzas irão interagir com os gases atmosféricos, causando danos, diz Connor Barker, pesquisador em modelagem química atmosférica no University College London e autor de um inventário de poluição do ar proveniente de satélites, publicado no início de outubro na revista Scientific Data.
Os corpos dos satélites e estágios de foguetes são feitos principalmente de alumínio, que queima e se transforma em óxido de alumínio ou alumina – uma substância branca e pulverulenta conhecida por contribuir para o esgotamento da camada de ozônio. A alumina também reflete a luz solar, o que significa que pode alterar a temperatura dessas camadas atmosféricas mais altas.
“Em nossas simulações, começamos a ver um aquecimento ao longo do tempo nas camadas superiores da atmosfera, o que tem vários efeitos subsequentes na composição atmosférica”, diz Barker.
Por exemplo, alguns modelos sugerem que o aquecimento poderia adicionar umidade à estratosfera. Isso poderia esgotar a camada de ozônio e causar mais aquecimento, o que, por sua vez, levaria a um maior esgotamento do ozônio.
A velocidade extrema dos satélites em reentrada também produz “uma onda de choque que comprime o nitrogênio na atmosfera e faz com que reaja com o oxigênio, produzindo óxidos de nitrogênio”, afirma McDowell. Os óxidos de nitrogênio também danificam o ozônio atmosférico. Atualmente, 50% do esgotamento do ozônio causado pelas queimas de satélites e lançamentos de foguetes vem dos efeitos dos óxidos de nitrogênio. A fuligem produzida pelos foguetes também altera o equilíbrio térmico da atmosfera.
De certa forma, a poluição atmosférica em alta altitude não é novidade. A cada ano, cerca de 18.000 toneladas de meteoritos se vaporizam na mesosfera. Mesmo daqui a 10 anos, se todas as mega-constelações planejadas forem desenvolvidas, a quantidade de rochas espaciais naturais queimando durante sua queda para a Terra superará a quantidade de lixo espacial incinerado em um fator de cinco.
Isso, no entanto, não é um consolo para pesquisadores como McDowell e Barker. Meteoritos contêm apenas pequenas quantidades de alumínio, e sua desintegração atmosférica é mais rápida, o que significa que eles produzem menos óxidos de nitrogênio, explica Barker.
“A quantidade de óxidos de nitrogênio que estamos recebendo [das reentradas de satélites e lançamentos de foguetes] já está no limite inferior de nossas estimativas anuais do que as emissões naturais de óxidos de nitrogênio [dos meteoritos] representam”, diz Barker. “Certamente é uma preocupação, porque em breve podemos estar fazendo mais à atmosfera do que ocorre naturalmente.”
A quantidade anual de alumina proveniente das reentradas de satélites também já está se aproximando da gerada pelos meteoritos incinerados. Nos piores cenários atuais, a contribuição humana para esse poluente será dez vezes maior do que a das fontes naturais até 2040.
Impacto na Terra?
O que exatamente tudo isso significa para a vida na Terra? Neste momento, ninguém tem certeza. Estudos focando nos diversos componentes do coquetel de poluição do ar causado pelas atividades de satélites e foguetes estão sendo publicados a um ritmo constante.
Barker afirma que a modelagem computacional coloca a contribuição atual da indústria espacial para o esgotamento do ozônio em uma mísera 0,1%. Mas quanto essa parcela vai crescer em 10, 20 ou 50 anos, ninguém sabe. Há muitas incertezas nessa equação, incluindo o tamanho das partículas – que afetará o tempo que elas levarão para afundar – e a proporção de partículas para subprodutos gasosos.
“Precisamos tomar uma decisão, como sociedade, sobre se priorizamos a redução do tráfego espacial ou a redução das emissões”, diz Barker. “Muitas dessas taxas de reentrada aumentadas são porque a comunidade global está fazendo um trabalho realmente bom de limpeza dos detritos espaciais na órbita baixa da Terra. Mas realmente precisamos entender o impacto ambiental dessas emissões para que possamos decidir qual é a melhor maneira de a humanidade lidar com todos esses objetos no espaço.”
O desastre da mudança climática no século XXI foi iniciado quando a humanidade começou a queimar combustíveis fósseis em meados do século XIX. De maneira similar, levou 40 anos para os clorofluorocarbonetos causarem um buraco na camada protetora de ozônio da Terra. A contaminação da Terra por substâncias chamadas de “químicos eternos” – substâncias per- e polifluoroalquiladas usadas na fabricação de revestimentos antiaderentes e espumas para combate a incêndios – começou na década de 1950. Pesquisadores como McDowell estão preocupados de que a história possa se repetir mais uma vez.
“As atividades da humanidade no espaço agora se tornaram grandes o suficiente para que estejam afetando o ambiente espacial de uma maneira semelhante ao que fizemos com os oceanos”, afirma McDowell. “O problema é que estamos fazendo essas mudanças sem realmente entender em que estágio essas mudanças começarão a ser preocupantes.”
Campanhas anteriores de observação se concentraram principalmente na desintegração física dos satélites em reentrada. Com a constelação Cluster, os cientistas esperam começar a desvendar o lado químico desse processo elusivo. Para pesquisadores como Barker, isso significa finalmente obter dados que podem validar e melhorar ainda mais seus modelos. A constelação Cluster oferecerá mais três oportunidades para preencher as lacunas nesse quebra-cabeça ambiental quando os satélites irmãos do Salsa reentrarem em 2025 e 2026.
“O ótimo com o Cluster é que temos quatro satélites idênticos e que conhecemos todos os detalhes sobre eles”, diz Šilha. “É o sonho de um cientista, porque podemos repetir o experimento e aprender com cada campanha anterior.”
Tereza Pultarova
