Por que os astros conseguem se manter no espaço?

Enviada dia 18/10/2014

Pergunta

Se a gravidade do Sol é muito maior que a dos outros planetas juntos, por que os corpos simplesmente não colidem com o Sol enquanto completam uma translação em torno da estrela? E se a gravidade é uma deformação no espaço-tempo, por que quando enviamos uma sonda, dizemos que, por exemplo: "A sonda Voyager pegou impulso gravitacional de Júpiter"?

Os corpos não "caem" no Sol devido às suas velocidades orbitais. A Terra por exemplo gira em torno do Sol com velocidade média de aproximadamente 30 quilômetros por segundo. Se estivesse mais lenta, sua órbita não seria estável. O mesmo vale para todos os planetas, para os satélites em torno dos planetas, e mesmo para os satélites artificiais que estão em torno da Terra, de Marte e de outros corpos. Quanto ao "impulso gravitacional" que uma sonda pode utilizar para ganhar velocidade ao passar próxima de um planeta, este efeito é usado regularmente para sondas de espaço profundo, ou seja, que deixam a órbita da Terra e vão até os outros planetas. Ele também é chamado de "efeito estilingue" e consiste em fazer a sonda acelerar por ação da gravidade de um dado corpo, passar bem perto dele e seguir viagem com velocidade maior que a de entrada. Existe um ganho líquido de velocidade neste processo porque, rigorosamente, é a soma das energias cinéticas do planeta e da sonda que deve se conservar. A sonda "rouba" uma fração da energia cinética do planeta no processo, mas como a massa deste é infinitamente maior, o resultado líquido é um ganho de velocidade da sonda.

Criado em 06/05/16 12h05 e atualizado em 06/05/16 12h07
Por Turminha do MPF

A Terra gira em torno do Sol porque continua mantendo o movimento da nuvem de partículas que a formou e porque tem uma órbita estável, graças ao equilíbrio existente entre sua velocidade e a força gravitacional exercida sobre ela pelo sol.

A nuvem de partículas que formou a Terra tinha um momento angular, que é a quantidade de movimento de um objeto que executa uma rotação em torno de um ponto fixo. De acordo com a lei da Inércia, explicada pelo físico e filósofo Isaac Newton, o momentum (quantidade de movimento) de um corpo é constante, a menos que uma força externa aja sobre ele. Isso significa que se um corpo estiver parado, ele continuará parado até que alguma força o desloque. Por outro lado, se o corpo estiver em movimento, ele permanecerá em movimento indefinidamente, em linha reta. O momento angular da nuvem de partículas que formou nosso sistema solar resultou no movimento dos planetas, e por isso eles continuam se movendo até hoje.

Esse processo permitiu que a terra se mantivesse em sua órbita. Depois de muitos choques, os planetas que giravam muito devagar caíram no Sol, e os que giravam muito depressa escaparam para o espaço. Somente os que tinham a velocidade tangencial adequada ficaram em seus lugares até hoje. Poderíamos nos perguntar: Como a Terra não se chocou com o Sol ou a Lua com a Terra se, de acordo com a lei da gravidade, os corpos maiores atraem os menores?

Lei da gravidade - A lei da atração gravitacional, equacionada por Isaac Newton, diz que os corpos se atraem "na razão direta (multiplicação) das massas e na razão inversa (divisão) do quadrado da distância". Isto significa que a atração é maior quanto maior for a massa, e diminui quando a distância aumenta.

Assim, se dois planetas com a mesma massa estivessem em órbita do Sol, o mais próximo dele seria atraído com uma força gravitacional maior, e o mais distante com uma força menor. Mas, para que um corpo consiga se manter em órbita em torno de outro, deve haver uma relação de equilíbrio entre a velocidade do seu movimento orbital e a força gravitacional que o atrai para o corpo maior. (lembrando que a força gravitacional se calcula multiplicando o valor da massa dos dois corpos e dividindo esse resultado pelo quadrado da distância entre eles).

Para saber se ele conseguirá se manter em órbita, soma-se a velocidade tangencial com a força gravitacional. Se a velocidade for muito pequena, o corpo sai da órbita e pode se chocar com o astro central. Se a velocidade for muito grande, o corpo também vai escapar da órbita e será lançado para o espaço.

Órbita estável ao redor do sol - Para que a órbita seja estável, a soma da velocidade tangencial e da força da gravidade deve coincidir com o traçado da órbita. Quando isso acontece, o corpo vai girar indefinidamente em torno do astro central. Para cada distância (com sua força gravitacional correspondente) existe uma única velocidade tangencial capaz de manter o corpo em órbita. E é por ter essa única relação possível entre sua velocidade e a distância que mantém do sol que nosso planeta continua girando até hoje em torno dele, em uma órbita perfeitamente estável.

Para dar um exemplo de como essa combinação é difícil, quando os cientistas colocam um satélite orbitando em volta da terra, eles fazem esse mesmo cálculo para encontrar o ponto de equilíbrio entre a velocidade do movimento do satélite e a distância da Terra onde ele deverá orbitar. Se não for obedecida essa única relação possível, entre sua altura e velocidade, ele cairá sobre a terra ou se desviará para o espaço.

Assim também a Lua é atraída pela Terra mas não cai sobre nós porque tem uma velocidade que a mantém sempre na mesma distância. E a Terra não cai no Sol porque sua velocidade orbital equilibra a atração gravitacional exercida pelo Sol sobre ela.

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