Localizado a 150 milhões de quilômetros da Terra, o Sol funciona como uma vasta usina de fusão nuclear, liberando aproximadamente 384 trilhões de trilhões de Watts de energia. Essa energia é emitida no espaço na forma de calor, luz e partículas carregadas, que seriam fatais para a vida terrestre sem a proteção de um imenso escudo planetário.
O campo magnético da Terra oferece defesa contra grande parte dessas partículas solares, mas simultaneamente gera uma área espacial conhecida como Cinturão de Van Allen, onde a radiação dessas partículas fica concentrada. A descoberta da existência desses cinturões levantou uma questão crucial: qual o nível de perigo ao transitar por essas zonas de radiação, o que auxiliaria a determinar os limites e as possibilidades das primeiras jornadas humanas fora da órbita terrestre.
Os primeiros indícios surgiram entre 1911 e 1912, quando o físico austro-americano Victor Franz Hess conduziu voos de balão para medir a radiação em diferentes altitudes. Ele concluiu que a radiação aumentava com a elevação e que sua origem era espacial. Hess descobriu os raios cósmicos — partículas energéticas provenientes do Sol, de explosões de supernovas na galáxia e de outras fontes extragalácticas extremas — e que estas interagem com a atmosfera, o que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física em 1936.
Este estudo foi aprimorado no início de 1958, quando os Estados Unidos lançaram o Explorer 1, seu primeiro satélite artificial. Um dos instrumentos embarcados, um contador Geiger, visava medir raios cósmicos em altitudes superiores às alcançadas pelos balões de Hess. Contudo, os dados apresentaram um comportamento incomum: em certas alturas, o aparelho registrava uma quantidade de radiação tão elevada que parecia saturar-se.
O astrofísico James Van Allen, da Universidade de Iowa, inicialmente cogitou que os instrumentos estivessem com falhas. No entanto, as medições feitas pelo Explorer 3, lançado no mesmo ano, confirmaram que não se tratava de um erro, mas sim de uma descoberta nova e surpreendente: a Terra estava envolta por um cinturão de partículas energéticas retidas pelo campo magnético do planeta.
Missões subsequentes, como Pioneer 3 e Explorer 4, evidenciaram a existência de uma segunda região mais externa. Essas estruturas passaram a ser denominadas Cinturões de Van Allen em homenagem ao cientista que liderou sua identificação. Conceitualmente, o campo magnético cria uma estrutura invisível ao redor de um ímã, orientando o pó de ferro; no caso da Terra, essa estrutura é muito maior e interage com partículas eletricamente carregadas, majoritariamente vindas do Sol, aprisionando-as em formas de grandes anéis.
Diferentemente do pó de ferro, as partículas energéticas dos cinturões de Van Allen não permanecem estáticas. O cinturão interno é relativamente estável e composto primariamente por prótons de alta energia, enquanto o cinturão externo é predominantemente formado por elétrons e constitui um ambiente altamente dinâmico, com partículas movendo-se em todas as direções, algumas próximas à velocidade da luz.
A intensidade e a extensão dessas regiões flutuam conforme a atividade solar, pois novas partículas podem ser capturadas ou escapar. Durante tempestades geomagnéticas, os cinturões podem mudar significativamente, como observado pelas sondas Van Allen em 2012. Esses dados indicaram a possibilidade de surgimento de uma terceira região de radiação entre as duas principais, embora esta não seja permanente e tenha desaparecido após algumas semanas de intensa atividade solar.
Embora a radiação não torne o Cinturão de Van Allen uma barreira intransponível para voos tripulados, a preocupação com os riscos à saúde humana e ao funcionamento dos equipamentos é pertinente. Partículas energéticas podem causar falhas em componentes eletrônicos, alterando valores lógicos em memórias de computador ou modificando a programação de naves espaciais.
Nos seres humanos, o impacto é similar: a radiação tem potencial para modificar os 'bits' do DNA, resultando em células danificadas que podem levar a disfunções orgânicas ou câncer. Contudo, o corpo humano possui uma capacidade de tolerar certa dose de radiação sem consequências graves. Essa tolerância permitiu que Hess retornasse ileso de seus experimentos com balão, e depende da intensidade e do tempo de exposição.
Essa compreensão é vital para entender como os astronautas das Missões Apollo, e atualmente da Artemis, conseguiram atravessar o Cinturão de Van Allen sem problemas. Embora os cinturões representem um ambiente de radiação hostil, se as espaçonaves fornecem proteção e a travessia é rápida, a dose absorvida pelos astronautas é baixa e considerada segura.
Durante as nove missões tripuladas do Programa Apollo, as rotas foram planejadas para minimizar a exposição à radiação. A NASA monitorou as doses recebidas, cujas médias oscilaram entre 0,16 e 1,14 rad, sendo grande parte dessa exposição oriunda da passagem pelos cinturões. Nenhuma dessas doses excedeu os limites anuais recomendados para trabalhadores expostos regularmente à radiação.
É importante notar que a radiação espacial não é inócua. Fora da proteção do campo magnético terrestre, os astronautas estão sujeitos a raios cósmicos e partículas solares. Uma grande tempestade solar durante uma missão lunar ou interplanetária poderia representar um risco muito mais grave, constituindo um desafio significativo para futuras viagens de longa duração.
Portanto, o estudo do ambiente espacial é fundamental para identificar riscos e traçar os melhores caminhos para a exploração cósmica. Os cinturões de Van Allen não configuram uma barreira absoluta, mas sim algo que deve ser atravessado rapidamente, como uma onda que se quebra na praia, para prosseguir nas aventuras pelo vasto oceano cósmico.