Um satélite artificial é uma maravilha da tecnologia e da engenharia. A única coisa comparável ao feito em termos tecnológicos é o know-how científico que vai para colocar, e manter, um em órbita à volta da Terra. Basta considerar o que os cientistas precisam entender para que isso aconteça: primeiro, há a gravidade, depois um conhecimento abrangente da física e, é claro, a natureza das próprias órbitas. Assim, na verdade, a questão de Como os Satélites Permanecem em Órbita, é uma questão multidisciplinar que envolve um grande conhecimento técnico e acadêmico.
Primeiro, para entender como um satélite orbita a Terra, é importante entender o que a órbita implica. Johann Kepler foi o primeiro a descrever com precisão a forma matemática das órbitas dos planetas. Enquanto as órbitas dos planetas sobre o Sol e a Lua sobre a Terra eram consideradas perfeitamente circulares, Kepler tropeçou no conceito de órbitas elípticas. Para que um objeto se mantenha em órbita em torno da Terra, ele deve ter velocidade suficiente para retraçar seu caminho. Isto é tão verdade para um satélite natural como para um satélite artificial. Da descoberta de Kepler, os cientistas também foram capazes de inferir que quanto mais próximo um satélite está de um objeto, mais forte é a força de atração, portanto ele deve viajar mais rápido a fim de manter a órbita.
Nextra vem uma compreensão da própria gravidade. Todos os objetos possuem um campo gravitacional, mas é apenas no caso de objetos particularmente grandes (isto é, planetas) que essa força é sentida. No caso da Terra, a força gravitacional é calculada para 9,8 m/s2. No entanto, este é um caso específico na superfície do planeta. Ao calcular objetos em órbita sobre a Terra, aplica-se a fórmula v=(GM/R)1/2, onde v é a velocidade do satélite, G é a constante gravitacional, M é a massa do planeta, e R é a distância do centro da Terra. Confiando nesta fórmula, podemos ver que a velocidade necessária para a órbita é igual à raiz quadrada da distância do objeto ao centro da Terra vezes a aceleração devido à gravidade a essa distância. Assim, se quiséssemos colocar um satélite numa órbita circular a 500 km acima da superfície (o que os cientistas chamariam de Low Earth Orbit LEO), seria necessária uma velocidade de ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024)/(6900000))1/2 ou 7615,77 m/s. Quanto maior a altitude, menos velocidade é necessária para manter a órbita.
Então, realmente, a capacidade dos satélites de manter sua órbita se reduz a um equilíbrio entre dois fatores: sua velocidade (ou a velocidade em que viajaria em linha reta), e a atração gravitacional entre o satélite e o planeta que orbita. Quanto maior for a órbita, menor é a velocidade necessária. Quanto mais próxima da órbita, mais rápido ele deve se mover para garantir que não caia de volta à Terra.
Escrevemos muitos artigos sobre satélites para o Universo Hoje. Aqui está um artigo sobre satélites artificiais, e aqui está um artigo sobre a órbita geossíncrona.
Se quiser mais informações sobre satélites, veja estes artigos:
Orbital Objects
List of satellites in geostationary orbit
Também gravamos um episódio de Astronomy Cast sobre o vaivém espacial. Ouça aqui, Episódio 127: The US Space Shuttle.
