A disputa entre Estados Unidos e União Soviética (URSS) pela conquista do espaço foi o grande impulso para a exploração espacial e resultou em grandes avanços científicos e tecnológicos, além de descobertas importantes. Em 1957, a URSS saiu na frente, lançando o Sputnik 1, o primeiro satélite artificial a entrar em órbita. Uma semana depois, foi lançado o Sputnik 2, com a cadela Laika, o primeiro ser vivo a ir para o espaço.
Em 1958, os EUA reagiram com a criação da Nasa (National Aeronautics & Space Administration), reponsável pelo programa espacial do país. Nesse mesmo ano foi lançado o primeiro satélite artificial americano, o Explorer 1.
A partir de 1960, o principal objetivo das viagens espaciais passou a ser o envio do homem ao espaço. Novamente a União Soviética sai na frente, em 1961, com a viagem tripulada por Iuri Gagarin na cápsula espacial Vostok 1. A viagem durou uma hora e 48 minutos e percorreu cerca de 40 mil quilômetros em volta da Terra numa única órbita. Em 62, os americanos enviaram John Glenn para o espaço.
O projeto soviético para enviar o homem à Lua começou com a nave Soyuz 1, mas foram os americanos os primeiros a chegarem na superfície lunar em 20 de julho de 1969, quando o módulo lunar Eagle, da nave Apollo 11, pousou no solo e o primeiro homem a pisar na Lua, Neil Armstrong deu fim à corrida espacial. A famosa fala do astronauta tornou-se célebre na História do século XX: "Um pequeno passo para o homem, mas um grande passo para a Humanidade".
As viagens à Lua começaram bem antes das viagens à Marte e foram símbolo do domínio mundial americano, já que o contexto era o da Guerra Fria, na qual EUA e União Soviética disputavam o poder político e econômico.
A principal missão do Projeto Apollo era levar homens à Lua e trazê-los de volta à salvo, mas a possibilidade de não dar certo era tão grande que o presidente dos EUA, Richard Nixon, já tinha um discurso pronto para cada uma das situações: o sucesso ou o fracasso da operação. Os astronautas também já estavam preparados para o pior e levavam consigo cápsulas de cianureto para serem ingeridas caso ficassem presos no espaço.
Ao total, foram 17 naves do Projeto Apollo. As naves números 11, 12, 14, 15, 16 e 17 tiveram sucesso e cumpriram a missão de pousar em solo lunar. A Apollo 13 teve problemas no abastecimento de oxigênio do módulo de comando ao entrar na órbita lunar e não conseguiu fazer a aterrissagem. As missões das outras naves também chegaram à órbita da Lua, mas não realizaram o pouso, já que faziam parte de testes. Mais de 400 kg de materiais foram coletados nas seis viagens em que as naves pousaram na superfície do satélite.
A partir da década de 70, o objetivo passou a ser a pesquisa científica e tecnológica para criação e aperfeiçoamento de estações espaciais, sondas e ônibus espaciais. Mais uma vez, a União Soviética saiu na frente com a estação espacial Salyut, lançada em 19 de abril de 1971, para a realização de vários estudos sobre a ausência da gravidade. Em resposta, os americanos lançaram, em maio de 1973, a Skylab. Em 86, a URSS lançou a Mir, que continua funcionando, mas que deve ser desativada.
Durante a Guerra Fria, importantes projetos espaciais foram realizados. A sonda americana Voyager 1, lançada em 1977, foi a Júpiter e a Saturno e a Voyager 2, lançada no mesmo ano, visitou Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. As duas sondas encontram-se agora fora do sistema solar. Outros projetos espaciais relevantes foram realizados após a Guerra Fria, mesmo com uma grande crise econômica que assolava os países investidores. O Telescópio Espacial Hubble, a nave Galileu, a Estação Espacial Internacional Alpha, a exploração de Marte e o Neat (Programas de Rastreamento de Asteróides Próximos da Terra) fazem parte dessa geração.
Em 1989 foi lançada a nave Galileu, que passou pelas órbitas da Terra, da Lua e de Vênus até chegar a Júpiter em dezembro de 1995. A sonda Galileu enviou informações importantes para a Nasa durante 75 minutos. Os dados eram sobre a estrutura e composição do planeta. A sonda foi destruída pela enorme pressão atmosférica à qual estava submetida.
O Neat tem como objetivo estudar as órbitas dos planetas, de cometas e asteróides que apresentam risco de colisão com a Terra. Vários observatórios estão envolvidos, como o de Stewart, no sul do Arizona, instalado em 1989, e o da ilha de Maui, instalado no Havaí, em 1995.
Os ônibus espaciais também entraram em órbita na década de 80. Em resposta ao norte-americano Space Shuttle, da Nasa, a Rússia lançou o Buran, que fez apenas um vôo com piloto automático. A sua construção foi autorizada em 76. Dois outros ônibus estavam em construção em 92, mas três anos depois foram desmontados.
O interesse pelo quarto planeta do sistema solar, Marte (cujo nome foi dado pelos romanos em homenagem ao deus da guerra), data do século XVII, quando o astrônomo e físico holandês Christiaan Huygens (1629-1965) o observava de 1659 a 1683. Huygens detectou uma grande mancha na superfície do planeta, à qual denominou "Grande Pântano", por acreditar que ali houvesse um acúmulo de água. A partir do deslocamento desta mancha, o cientista holandês calculou a duração do dia marciano em, aproximadamente, 24,5 horas, muito próximo ao valor aceito atualmente (24h37min).
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