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Alta temperatura na termosfera impossibilita as viagens espaciais?

Professor, quais são as dificuldades que a termosfera “impõe” às viagens espaciais? Numa publicação de uma página do Facebook que prestava uma homenagem a Margaret Hamilton por esta ter escrito o programa de computador da Apollo 11, um cidadão disse que seria impossível vencer os 2000°C da termosfera, logo nenhum homem foi à Lua. E ainda teve a decência de dizer que nenhum físico era capaz de contornar esse problema. Pelo que pude pesquisar, concluí que problema maior é o atrito com a atmosfera na reentrada, que no caso da Apollo 11, foi resolvido usando-se um escudo térmico ablativo produzido com AVCOAT, uma mistura de resinas sílica e epóxi. Agradeço a atenção dispensada.

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Eu já havia observado pseudo-argumentos contra a possibilidade de qualquer nave cruzar a termosfera. Tal absurdo é encontrado por exemplo nos canais do Youtube dos analfabetos científicos, defensores da estapafúrdia Terra Plana por exemplo. Aliás, os terrachatos também deliram com um domo, talvez constituído pela quinta essência, cobrindo o seu mundo. O domo impediria a passagem de qualquer nave segundo outro pseudo-argumento delirante.

Vou refutar o pseudo-argumento de que sendo a temperatura na termosfera cerca de 2000°C, as naves derreteriam em contato com ela.

A termosfera é uma região próxima do nosso planeta, que começa a cerca de 85 km de altitude e se estende até cerca de 600 km. É portanto dentro da termosfera que orbita a Estação Espacial Internacional pois sua órbita se encontra a cerca de 340 km de altitude. A densidade da termosfera é no máximo (nas partes inferiores da mesma) cerca de 100 mil vezes menor do que a densidade da atmosfera na superfície do planeta.  Portanto a termosfera é uma região onde existe um gás em baixíssima pressão, é (quase) vácuo.

Vamos então imaginar que um pedaço de alumínio de 1 cm3 esteja imerso neste gás rarefeito, embora na temperatura de 2000°C.  Imaginemos que inicialmente este pequeno pedaço de metal se encontre a cerca de 20°C. Suponhamos também que este pequeno pedaço de metal pudesse absorver toda a energia disponível em um volume de gás de 1 L, esfriando então o gás, portanto em um volume de gás mil vezes maior do que o volume de alumínio (Esta suposição já é por si só quase impossível de ser concretizada pois as trocas de energia (calor) entre o pedaço de alumínio  e o seu entorno é um efeito de superfície do metal e qualquer gás é péssimo condutor térmico).  Então é fácil demonstrar que a temperatura do pedaço de metal subiria por cerca de 3°C caso ele não perdesse energia por radiação térmica. Nas partes mais altas da termosfera, onde a densidade é ainda menor (um milhão de vezes menor do que a densidade que usamos no cálculo anterior), a temperatura do pedaço de metal aumentaria por 3 milionésimos de grau célsius!

Ou seja, dado que a termosfera é praticamente vácuo, apesar da alta temperatura, não há energia térmica disponível para aquecer qualquer pedaço de matéria sólida que por ali esteja. Assim sendo não dá para fazer churrasco colocando o espeto com carne para fora da Estação Espacial Internacional e talvez isto explique porque gaúchos ainda não foram até lá. 🙂

Os escudos térmicos das naves são necessários por outra razão que tu bem apontaste. Quando a nave em altíssima velocidade entra em contato com atmosfera das camadas mais baixas e densas, ela perde energia mecânica para o gás atmosférico aquecendo-o por compressão adiabática e aquecendo a própria nave. A propósito vide a postagem do CREF sobre o meteoro que caiu na Rússia em 15/02/2013: Dúvida sobre meteoro: causa do aquecimento e razão da interferência com as telecomunicações.

 

Comentários em 11/09/2019:

Olá professor, tudo bem? Professor uma vez que o coeficiente de convecção do ar é baixo e o gás é rarefeito, a transferência de energia térmica para qualquer matéria sólida nessa altitude seria prioritariamente por radiação térmica? Gostaria que o senhor comentasse sobre a dinâmica deste fenômeno, quantidade de energia térmica recebida e trocada com o meio.

RESPOSTA: Superfícies metálicas polidas são péssimas emissoras e absorventes de radiação térmica conforme pode-se observar em tabelas de emissividade. Portanto é fácil de quase impedir as trocas por radiação térmica, bastando para tal que a superfície do objeto seja metálica e polida. Não é por acaso que as partes que não devem absorver radiação na ISS são de metal reluzente. Há diversas postagens tratando do tema da radiação térmica no CREF e que podem ser encontradas usando as palavras adequadas em nosso PESQUISAR.

Outras postagens sobre o tema:

Controle térmico na ISS e a termosfera.

O hidrogênio da Geocorona e o negacionismo sobre a ISS!

“Docendo discimus.” (Sêneca)

Visualizações entre 27 de maio de 2013 e novembro de 2017: 2080.


17 comentários em “Alta temperatura na termosfera impossibilita as viagens espaciais?

  1. leonardo disse:

    Apesar de a termosfera ser extremamente quente, possui uma baixa densidade, fazendo com que não consiga Transferir essa energia para objetos se movendo nessa camada. A temperatura é intensa mas há baixa quantidade de energia disponível.

  2. Raul disse:

    Ou seja, dado que a termosfera é praticamente vácuo, apesar da alta temperatura, não há energia térmica disponível para aquecer qualquer pedaço de matéria sólida que por ali esteja

    pelos filmes de hollyood, quando a a nave está voltando pra terra não vira uma torradeira incandescente, entã acho que não era para esquentar no vácuo, alguma coisa não está batendo

  3. JOAO MARCOS SILVEIRA DO PRADO disse:

    Olá professor, tudo bem?

    Professor uma vez que o coeficiente de convecção do ar é baixo e o gás é rarefeito, a transferência de energia térmica para qualquer matéria sólida nessa altitude seria prioritariamente por radiação térmica? Gostaria que o senhor comentasse sobre a dinâmica deste fenômeno, quantidade de energia térmica recebida e trocada com o meio.

    • Fernando Lang disse:

      Superfícies metálicas polidas são péssimas emissoras e absorventes de radiação térmica conforme pode-se observar em tabelas de emissividade. Portanto é fácil de quase impedir as trocas por radiação térmica, bastando para tal que a superfície do objeto seja metálica e polida. Há diversas postagens tratando do tema da radiação térmica no CREF e que podem ser encontradas usando as palavras adequadas em nosso PESQUISAR.

  4. Nelson Nagamine disse:

    Uma dúvida que sempre me acometeu e não consigo achar uma resposta.
    Quando um objeto queima na reentrada, o que acontece com o produto da queima? Alias, o que é o produto da queima de um pedaço de alumínio ou aço? Que mal pode causar esses produtos no ar?

  5. edinha disse:

    Professor gostaria que me respondesse , qual foi material usado na roupa dos astronautas da apollo 11 , quantos graus celsius ela suportava e qual era a temperatura da lua.

  6. Temotio disse:

    Eu só fiz o 12º ano escolar…nao tenho superior…mas eu sempre acreditei que: como a terra gira a mais de 1.600 km por hora…e o ambiente dela gira junto…aquele fogo que causa nos corpos que entram no ambiente se deve ao fato de eles transpassarem esse limite entre o que está girando e o ue está parado…no caso o espaço sem ar…..será que estou viajando?

  7. Temotio disse:

    a estação espacial está parada em um ponto? acompanha a rotação da terra? viaja mais rápido que a orbita? viaja em sentido contrário? como se locomove?

  8. Igor disse:

    Os engenheiros da NASA dizem que os Cinturões de Van Allen, camadas externas da terra de radiação extrema, são ainda intransponiveis pela tecnologia atual. Porque é tão dificil agora, essas camadas radioativas nao existiam na época das missões Apollo?

  9. Carlos disse:

    Boa tarde, professor. Mostrei a sua resposta, para um terraplanista, de um comentário sobre o pq da radiação térmica não causar danos catastróficos, e a resposta que ele me deu foi a seguinte:
    “Carlos Kbssa não tem lógica meu caro. Inclusive bem lembrado por um colega seu, à pressões próximas a 0 atm ou vácuo, os pontos de ebulição e fusão dos materiais abaixam, o que significa que os apresentados acima seriam ainda mais baixos e menos tolerantes a alta temperatura.”
    Poderia comentar?
    Aliás, estou querendo fazer um debate entre profissionais e terraplanistas, ao vivo e presencial, após a quarentena. O senhor teria interesse?

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