A nova maneira de identificar lixo espacial: estrondos sônicos 

Satélites antigos e outros detritos espaciais caem em direção à Terra todos os dias, e as ondas de choque que criam podem ser usadas para rastrear suas trajetórias, de acordo com uma nova pesquisa  Ciência, atmosfera, Exploração espacial, Explosão, Lixo espacial, Satélites, Sistema Solar CNN Brasil

O lixo espacial que sai de órbita e cai em direção à Terra representa uma ameaça crescente. De fato, satélites antigos e partes de espaçonaves reentram na atmosfera do nosso planeta mais de três vezes por dia.

Ao atravessarem a atmosfera, esses objetos podem liberar substâncias nocivas e, se atingirem a superfície da Terra, podem contaminar o meio ambiente, além de colidir com edifícios, outras infraestruturas e possivelmente até mesmo com pessoas.

No entanto, rastrear detritos espaciais em queda, com o objetivo de mitigar seu impacto, é complicado porque o lixo espacial pode sair de órbita repentinamente enquanto viaja a velocidades de até 29.000 quilômetros por hora. Os métodos atuais para monitorar o lixo espacial em queda utilizam radar e rastreamento óptico, mas têm dificuldades para prever com precisão onde a maioria dos objetos pode cair, especialmente se os detritos se fragmentarem durante a reentrada na atmosfera terrestre. Essa falta de dados precisos de localização pode atrasar ou impedir a recuperação de resíduos espaciais tóxicos e perigosos.

Agora, pesquisadores da Universidade Johns Hopkins e do Imperial College London afirmam ter descoberto uma nova maneira de ajudar a detectar lixo espacial durante a reentrada na atmosfera. Sua abordagem utiliza sismógrafos, os instrumentos que normalmente detectam terremotos no solo.

O segredo é procurar dados que indiquem uma explosão sônica — a onda de choque produzida quando um objeto excede a velocidade do som — gerada pelos detritos em queda ao atravessarem a atmosfera.

“Já sabemos há muito tempo que os detritos espaciais que reentram na atmosfera produzem estrondos sônicos, exatamente da mesma forma que meteoroides naturais ou aeronaves supersônicas produzem estrondos sônicos”, disse Benjamin Fernando, pesquisador de pós-doutorado na Johns Hopkins, que estuda terremotos em Marte, na Terra e em outros planetas do nosso sistema solar.

“Trabalhei bastante em uma missão da Nasa chamada InSight, onde tentamos usar meteoroides como fontes sísmicas em Marte, com um único sismômetro”, acrescentou Fernando, coautor de um artigo com Constantinos Charalambous, pesquisador do Imperial College London, sobre o novo método, publicado na revista Science.

A sonda InSight, que pousou em Marte em 2018, detectou mais de 1.300 tremores marcianos, alguns dos quais foram produzidos por meteoroides que atingiram a superfície, e não pelo movimento de rochas no interior do planeta. A InSight conseguiu “ouvir” as ondas de choque produzidas pelos meteoroides ao entrarem na tênue atmosfera de Marte e, em seguida, localizar o ponto de impacto. Posteriormente, a sonda Mars Reconnaissance Orbiter da Nasa sobrevoou essas crateras para estudá-las e fotografá-las, revelando informações importantes sobre a superfície do planeta vermelho.

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“O grande passo deste artigo foi pegar algumas das técnicas que desenvolvemos para estudar meteoroides naturais na Terra e em Marte e aplicá-las ao estudo de detritos espaciais na Terra”, disse Fernando.

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“Mas, em muitos aspectos, os detritos espaciais são bastante diferentes dos objetos espaciais naturais — tendem a entrar na atmosfera mais lentamente e em um ângulo muito mais raso. Também tendem a se fragmentar de uma maneira muito mais complexa e, de fato, representam um risco muito maior para as pessoas na Terra”, acrescentou Fernando.

Uma previsão diferente

Para testar seu método, os pesquisadores utilizaram a reentrada descontrolada da espaçonave chinesa Shenzhou-15, uma missão de 2022 para a estação espacial Tiangong. O módulo orbital da espaçonave, com cerca de 1 metro de largura e pesando mais de 1,5 tonelada, reentrou na atmosfera em abril de 2024 sobre a Califórnia.

À medida que a espaçonave se desintegrava na atmosfera, os estrondos sônicos que produzia atingiam o solo, criando vibrações que os sismógrafos captavam, mas que não se assemelhavam a terremotos. O estudo analisou dados de 125 desses instrumentos, usando a intensidade das leituras para reconstruir a trajetória do objeto no céu.

Comparado com uma projeção da Força Espacial dos EUA usando dados de radar, o método de estrondos sônicos retornou uma trajetória 40 quilômetros (25 milhas) mais ao sul. “Não foram recuperados fragmentos de detritos”, disse Fernando, “então tudo o que podemos dizer é que vemos algo diferente da previsão da Força Espacial.”

Os pesquisadores agora precisam de mais testes para verificar a viabilidade do método. “Nosso objetivo final é produzir uma ferramenta que possamos integrar a um sistema de monitoramento civil”, disse Fernando. “Imagine que você esteja preocupado com a possibilidade de algo ter caído do céu na Califórnia ou em Londres — você teria uma ferramenta, baseada em dados de código aberto, que pode ajudar a localizar onde isso aconteceu e, potencialmente, orientar os esforços de recuperação”, acrescentou, referindo-se aos dados de sismógrafos, que geralmente são de acesso público.

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Segundo Fernando, os estrondos sônicos seriam detectados automaticamente, permitindo que as pessoas rastreassem os detritos em queda segundos ou minutos após o início da reentrada e coletassem dados importantes sobre a localização de uma possível contaminação atmosférica. Estimar o local do impacto levaria um pouco mais de tempo, pois outras variáveis, como o vento, precisariam ser consideradas, mas a ferramenta ainda seria capaz de sugerir uma localização com rapidez suficiente para permitir uma resposta imediata.

Fernando citou dois exemplos de preocupações ambientais decorrentes da queda de detritos. Um deles é a reentrada na atmosfera do satélite soviético Kosmos 954 em 1978, que dispersou detritos radioativos sobre o norte do Canadá. “A maior parte nunca foi recuperada”, disse ele. “Ainda é radioativa.”

Outro exemplo é a explosão de um foguete Starship da SpaceX no início de 2025 sobre o Caribe, que afetou a aviação civil e espalhou destroços e metais pesados ​​em ambientes marinhos e áreas residenciais.

“Outra coisa da qual estamos nos tornando mais conscientes é que todas essas reentradas estão começando a mudar a composição da atmosfera”, acrescentou. “Muitos dos produtos químicos contidos nas espaçonaves são bastante tóxicos. Alguns deles têm um claro potencial de destruição da camada de ozônio. Portanto, é algo muito sério, e não temos certeza exatamente do impacto, porque este ainda é um problema relativamente novo.”

Um novo e empolgante desenvolvimento

Hugh Lewis, professor de astronáutica na Universidade de Birmingham, na Inglaterra, observou que o uso de uma rede existente de sensores sísmicos torna o novo método um “desenvolvimento novo, escalável, de baixo custo e empolgante”. Lewis não esteve envolvido na pesquisa.

“Descreve uma abordagem que nos ajuda a entender o que acontece quando uma espaçonave ou um estágio de foguete reentra na atmosfera — um processo que historicamente tem sido muito difícil de observar e medir, devido às limitações dos sistemas de radar existentes usados ​​para rastrear esses objetos em órbita e, muitas vezes, devido ao local remoto da reentrada”, disse Lewis em um e-mail.

Moriba Jah, professor de engenharia aeroespacial e mecânica da engenharia na Universidade do Texas em Austin, afirmou que o uso de redes sísmicas para extrair informações de reentradas atmosféricas é um bom exemplo de como dados “acidentalmente obtidos” podem ser reaproveitados. Jah, que também não participou do estudo, observou que os dados podem ser usados ​​para aprender mais sobre objetos que os cientistas perdem de vista durante a fase mais caótica de seu retorno à Terra.

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No entanto, ele alertou sobre possíveis limitações. “Este método depende de fortes ondas de choque, essencialmente estrondos sônicos, que se propagam até o solo”, escreveu Jah em um e-mail. “Muitos objetos que reentram na atmosfera são pequenos demais ou se desintegram em altitudes muito elevadas para produzir sinais desse tipo. Portanto, ele não detectará a maioria dos detritos e não é uma solução completa para o problema do lixo espacial.”

Haverá também o desafio de distinguir os sinais de reentrada causados ​​por detritos espaciais daqueles provenientes de outras fontes, como aeronaves, explosões ou fenômenos naturais, afirmou. Com validação cuidadosa e integração com radares, sistemas ópticos e rastreamento por satélite, o método poderá se tornar “uma ferramenta complementar útil, em vez de uma solução universal”.

Segundo Davide Guzzetti, professor associado de engenharia aeroespacial da Universidade de Auburn, que não participou do estudo, aprimorar a coleta de informações sobre objetos que reentram na atmosfera é crucial não apenas para operações de recuperação oportunas, mas também para construir uma compreensão mais profunda de como as atividades espaciais afetam a sociedade na Terra.

“O que acho particularmente fascinante é que essas medições também podem fornecer informações sobre a dinâmica de fragmentação que ocorre durante a reentrada, e não apenas sobre a trajetória de reentrada”, disse Guzzetti em um e-mail. “Com as ferramentas certas e acesso a dados sísmicos, é fácil imaginar o surgimento de projetos de ciência cidadã, nos quais as pessoas ajudam a rastrear e identificar detritos por meio da detecção de estrondos sônicos.”