O plano equatorial da Terra é inclinado 23,5o graus em relação à Eclíptica.
Figura 1
Plano Equatorial - Plano imaginário que corta a circunferência do Equador.
Eclíptica - Plano imaginário que corta a circunferência da órbita da Terra.
Linha Vernal - Linha imaginária que representa a intersecção entre o Plano Equatorial e a Eclíptica.
Essa inclinação faz com que o eixo de rotação da Terra aponte sempre para uma mesma constelação. Durante esse milênio, o eixo de rotação da Terra está alinhado com a Estrela Polar. Ela é a estrela mais brilhante da constelação da Ursa Menor.
Conforme a Terra gira em torno do Sol durante o ano solar, a inclinação descrita anteriormente faz com que os hemisférios norte e sul recebam quantidades diferentes de luz do Sol. Isso produz mudanças meteorológicas cíclicas na atmosfera (aumento/diminuição das temperaturas, das chuvas, dos ventos, da umidade do ar, ocorrências (ou não) de tempestades, precipitação (ou não) de neve) que chamamos de clima.
Conforme a Terra gira em torno do Sol durante o ano solar, a inclinação descrita anteriormente faz com que os hemisférios norte e sul recebam quantidades diferentes de luz do Sol. Isso produz mudanças meteorológicas cíclicas na atmosfera (aumento/diminuição das temperaturas, das chuvas, dos ventos, da umidade do ar, ocorrências (ou não) de tempestades, precipitação (ou não) de neve) que chamamos de clima.
Clima vem do grego "klimatos” que significa "inclinação", referindo-se à inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à eclíptica (seu plano orbital); por conseguinte, também da direção também de onde os raios do Sol vêm). O clima de uma região depende da sua latitude.
Essas mudanças, que fazem parte do clima de uma região, dependem das estações do ano (primavera, verão, outono e inverno). Quanto maior a latitude de uma região, maiores são as mudanças meteorológicas observadas durante o ano.
A inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à eclíptica determina também a inclinação dos raios do Sol ao chegarem na Terra, o que implica até mesmo na duração do dia e da noite conforme as estações avançam.
Existe uma palavra que representa o período que abrange um dia² e uma noite, o nictêmero.
A diferença entre uma data e o nictêmero (ambos com 24h), é que a data começa à meia-noite, e vai até à meia-noite seguinte, o nictêmero começa ao amanhecer, e vai até ao amanhecer seguinte.
As Estações do Ano
- Primavera
No início da primavera (equinócio de primavera), o dia tem a mesma duração da noite. As temperaturas médias vão subindo aos poucos, ficando agradáveis. Conforme a estação avança, os dias vão ficando ligeiramente mais longos que as noites e, essa diferença vai aumentando com o passar dos dias. As plantas e árvores ganham nova folhagem e florescem:
Figura 2
- Verão
No início do verão (solstício de verão), temos o dia mais longo do ano (e a noite mais curta). Enquanto a estação avança, os dias continuam maiores que as noites, mas essa diferença vai diminuindo com o passar dos dias. As temperaturas médias são máximas no início da estação, mas vão diminuindo aos poucos conforme a estação avança. O ápice do verão não é o meio da estação, mas seu início (solstício).
Figura 3
- Outono
No início do outono (equinócio de outono), o dia volta a ter a mesma duração da noite. Conforme a estação avança, as noites vão ficando maiores que os dias e, essa diferença vai aumentando com o passar dos dias. As temperaturas médias vão diminuindo aos poucos conforme a estação avança. As árvores perdem as folhas para se preparar para a próxima estação.
Figura 4
- Inverno
No início da estação (solstício de inverno), temos a noite mais longa do ano (e o dia mais curto). Durante a estação, as noites continuam mais longas que os dias, mas essa diferença vai diminuindo com o passar dos dias. As temperaturas médias são as menores do ano, mas começam a subir aos poucos conforme a estação avança. Em latitudes maiores, pode até nevar.
Figura 5
Cada estação tem duração de três meses.
As atividades humanas sempre dependeu muito das estações do ano. Os primeiros grupos humanos precisavam saber quando cada estação começaria para poderem sair à caça, plantar, guardar suprimentos para o período de seca ou de frio. Para isso, desde quando os primeiros grupos humanos surgiram, eles buscavam prever quando as estações começariam.
São encontradas "observatórios" capazes de apontarem o início das estações em quase todas as civilizações, embora a própria natureza venha nos dar os primeiros sinais. Os animais também são muitos ligados a estes ciclos.
Observatório Maia (México):
Figura 6: Chichen Itza - Capital Maia, habitada entre os anos 600 e 1200.
Observatório Celta (Reino Unido):
Figura 7: estrutura megalítica de Stonehenge, construído e remodelado entre 3100 e 1100 AEC.
Estrutura megalítica no Brasil:
Figura 8: estruturas megalíticas no sítio do Rego Grande no Amapá. Ocupado por humanos entre 700 a 1000 anos atrás
Enquanto o Hemisfério Norte está no verão, o Hemisfério Sul está Inverno, e vice-versa. Da mesma forma, enquanto o Hemisfério Norte está na primavera, o Hemisfério Sul está no outono.
As figuras 2 e 3, a seguir mostram as estações do ano para cada hemisfério:
Figura 9: Início das estações no Hemisfério Sul.
Figura 10: Início das estações no Hemisfério Norte.
Equinócio- representa o momento em que o Plano Equatorial da Terra (plano que contém o Círculo Equatorial, ou Linha do Equador) se alinha com a Eclíptica (plano orbital da Terra). O equinócio acontece quando a Terra passa pela linha vernal, linha de interseção entre a Eclíptica e o Plano Equatorial (ver a figura 1) no seu movimento de revolução (translação).
No equinócio, o ponto sobre a Linha do Equador, ao meio-dia local, recebe os raios do Sol verticalmente em relação à superfície da Terra (nenhuma inclinação).
Figura 11: Incidência dos raios de Sol no equinócio.
Solstício - representa o momento em que o plano que contém o Círculo de Capricórnio, ou o Círculo de Câncer se alinha com a Eclíptica.
Quando o plano que contém o Círculo de Capricórnio se alinha com a Eclíptica, temos o Solstício de Verão no Hemisfério Sul, e Solstício de Inverno para o Hemisfério Norte.
No Solstício de verão para o Hemisfério Sul, o ponto sobre o Trópico de Capricórnio, ao meio-dia local, recebe os raios do Sol verticalmente em relação à superfície da Terra (nenhuma inclinação). Seis meses depois, acontece o mesmo em relação ao Trópico de Câncer (Solstício de verão para o Hemisfério Norte).
Nos solstícios, os raios do Sol chegam mais inclinados à Terra em relação ao plano equatorial (23,5o).
A figura abaixo mostra os solstícios de inverno e verão para os dois hemisfério.
Figura 12: Incidência dos raios de Sol no solstício.
Enquanto um hemisfério recebe a maior quantidade de luz (Solstício de Verão), no mesmo momento o outro recebe a menor quantidade de luz (Solstício de Inverno). O solstício marca também o início dessas estações.
Ano Solar
Intervalo de tempo entre a mesma estação. Por exemplo, equinócio de primavera ao equinócio de primavera do ano seguinte.
O ano solar tem duração de 365 dias, 5 horas, 48 minutos e 47 segundos. Diferente do ano civil, que dura 365 dias.
As estações começam sempre no mesmo mês e, quase sempre, na mesma data. O nosso calendário procurar manter a sincronia entre os meses e as estações do ano, ou seja, cada estação começa sempre na mesma data.
A tabela abaixo mostra o início de cada estação entre os anos de 2005 a 2020 (dia, hora, minuto):
Tabela 1: Equinócios e solstícios entre 2005 e 2020
A sincronia das estações do ano com seus respectivos meses é mantida por correções no calendário civil, que estudaremos em outra aula.
A inclinação dos raios do Sol
Para um observador sobre a superfície da Terra, a inclinação j dos raios de Sol é medida em relação à vertical local (zênite).
A inclinação dos raios do Sol
Para um observador sobre a superfície da Terra, a inclinação j dos raios de Sol é medida em relação à vertical local (zênite).
Figura 13
Quanto maior a latitude (mais próximo aos polos), maior será a inclinação dos raios de Sol.
Latitude e longitude
a) Latitude - É determinada por circunferências imaginárias formadas pelos pontos da superfície da Terra que cortam uma reta imaginária que parte do centro do planeta e forma um ângulo f com o Plano Equatorial. Este ângulo pode ser para o norte ou sul. Vai de f=0 (Equador) até f=90o para o norte (Pólo Norte), e de f=0 (Equador) até f=90o para o sul (Pólo Sul).
Figura 14: Latitude determinada pelos paralelos
b) Longitude - É determinada por semicircunferências imaginárias formadas pelos pontos sobre a superfície da Terra que ligam os Polos, e forma um ângulo m com um meridiano de referência ao cruzar o plano equatorial. Este ângulo pode ser para o leste ou oeste.
Figura 15: Longitude determinada pelos meridianos
Por questões históricas, o meridiano de referência é aquele que passa pelo observatório astronômico real de Greenwich, em Londres. Ele é o meridiano principal .
A longitude vai de m=0 (Meridiano de Greenwich) até f=180o para o leste (do outro lado do planeta), e de m=0 (Greenwich) até f=180o para o oeste (também do outro lado do planeta).
O meridiano 180oL se sobrepõe ao meriano 180oO, do lado oposto do planeta (sobre o Oceano Pacífico). A linha desses meridianos é usada como base para a mudança de data, a chamada de linha de mudança de data. Quem está à leste da linha se encontra na data anterior, quem está a oeste, na data posterior. Essa linha não segue exatamente sobre o meridiano para não separar em datas diferentes uma mesma região (ou ilhas próximas).
Figura 16: Linha de mudança de data
Qualquer ponto sobre a superfície do planeta pode ser localizada através da a latitude e a longitude que passem sobre ele, as chamadas coordenadas geográficas. Por exemplo, o Museu do Amanhã na Praça Mauá, no Rio de Janeiro, tem a seguinte localização geográfica:
Latitude: 22° 53' 38"S
Longitude: 43° 10' 45"O
Obs.:
° = Grau
' = minuto (1/60 do grau)
" = segundo de ângulo (1/60 do minuto)
O meio-dia local
É o instante em que o Sol atinge a maior altura no céu durante o dia.
O meio-dia local pode ser ser bem diferente do meio-dia oficial (do fuso horário). O fuso horário coloca toda uma faixa entre 2 meridianos (e/ou duas fronteiras) como tendo a mesma hora oficial. Cada faixa do fuso horário tem 1h de diferença para a outra.
Perceba que na figura acima, a Argentina tem o mesmo fuso horário de Brasília (em verde). A cidade de João Pessoa (J), na Paraíba, tem a mesma hora oficial da Cidade Punta Bandera, na Patagônia, Argentina. A diferença entre as horas locais é de quase 2h e 20min (veja a figura); no entanto, quando for meio dia oficial em João Pessoa (quase meio dia local também), será também meio dia oficial em Punta Bandera, onde localmente seria por volta 9h e 40min da manhã.
É o instante em que o Sol atinge a maior altura no céu durante o dia.
Figura 17: Meio-dia local
O meio-dia local pode ser ser bem diferente do meio-dia oficial (do fuso horário). O fuso horário coloca toda uma faixa entre 2 meridianos (e/ou duas fronteiras) como tendo a mesma hora oficial. Cada faixa do fuso horário tem 1h de diferença para a outra.
Figura 18: Fusos horários
Perceba que na figura acima, a Argentina tem o mesmo fuso horário de Brasília (em verde). A cidade de João Pessoa (J), na Paraíba, tem a mesma hora oficial da Cidade Punta Bandera, na Patagônia, Argentina. A diferença entre as horas locais é de quase 2h e 20min (veja a figura); no entanto, quando for meio dia oficial em João Pessoa (quase meio dia local também), será também meio dia oficial em Punta Bandera, onde localmente seria por volta 9h e 40min da manhã.
Os círculos polares
Os círculos polares são os paralelos (circunferências) formados pelos pontos da superfície do planeta varridos pelo eixo eclíptica (plano da órbita) que passa pelo centro da Terra, enquanto ela gira.
Agora imagine o solstício de verão no Hemisfério Norte (solstício de inverno no Sul). Imagine ainda duas localidades, A e B, a primeira dentro do Círculo Polar Ártico, a segunda dentro do Círculo polar Antártico. Enquanto o planeta gira em torno de seu eixo, a localidade A (dentro do Círculo Ártico) não consegue sair da parte iluminada pelo Sol. Mesmo com o relógio indicando meia-noite, ainda é pleno dia, o chamado "Sol da meia-noite".
Os círculos polares são os paralelos (circunferências) formados pelos pontos da superfície do planeta varridos pelo eixo eclíptica (plano da órbita) que passa pelo centro da Terra, enquanto ela gira.
Figura 19: Círculo polares
Agora imagine o solstício de verão no Hemisfério Norte (solstício de inverno no Sul). Imagine ainda duas localidades, A e B, a primeira dentro do Círculo Polar Ártico, a segunda dentro do Círculo polar Antártico. Enquanto o planeta gira em torno de seu eixo, a localidade A (dentro do Círculo Ártico) não consegue sair da parte iluminada pelo Sol. Mesmo com o relógio indicando meia-noite, ainda é pleno dia, o chamado "Sol da meia-noite".
Animação 1: Os longos dias e longas noites nos pólos
Já a localidade B (dentro do Círculo Antártico), não consegue sair da sombra da Terra, ficando sempre noite.
Círculo Polar Ártico - Paralelo 66º 33'N.
Círculo Polar Antártico - Paralelo 66º 33'S.
Insolação
A quantidade de energia solar que chega, por unidade de tempo e por unidade de área à superfície da Terra é chamada de insolação. Quanto maior a inclinação dos raios de luz, menor será a insolação. Por quê?!
Imagine dois feixes luminosos de mesmo diâmetro x, um incide verticalmente (j = 0), e outro inclinado (j ¹ 0).
A energia que chega por unidade de tempo é a mesma nos dois feixes, mas é distribuída sobre áreas diferentes (A' > A). Por isso, quanto maior a latitude (mais próximo aos pólos), mais fria é a região, pois os raios de luz chegam com maior inclinação, e cada unidade de área recebe menos energia solar (menor insolação).
A insolação é máxima quando os raios do Sol chegam, em certa latitude, com a menor inclinação em certos dias do ano no meio-dia local.
Insolação
A quantidade de energia solar que chega, por unidade de tempo e por unidade de área à superfície da Terra é chamada de insolação. Quanto maior a inclinação dos raios de luz, menor será a insolação. Por quê?!
Imagine dois feixes luminosos de mesmo diâmetro x, um incide verticalmente (j = 0), e outro inclinado (j ¹ 0).
Figura 20: Insolação
A energia que chega por unidade de tempo é a mesma nos dois feixes, mas é distribuída sobre áreas diferentes (A' > A). Por isso, quanto maior a latitude (mais próximo aos pólos), mais fria é a região, pois os raios de luz chegam com maior inclinação, e cada unidade de área recebe menos energia solar (menor insolação).
A insolação é máxima quando os raios do Sol chegam, em certa latitude, com a menor inclinação em certos dias do ano no meio-dia local.
Obs.: Cuidado! Existe um outro significado para a palavra insolação, que quer dizer excesso de exposição ao sol.
Os círculos trópicos
São dois círculos imaginários (paralelos) formados pelos pontos da superfície da Terra que atravessam o plano da Eclíptica enquanto a Terra gira.
Os círculos trópicos
São dois círculos imaginários (paralelos) formados pelos pontos da superfície da Terra que atravessam o plano da Eclíptica enquanto a Terra gira.
Figura 21: Trópico de Câncer no solstício de verão
Figura 22: Trópico de Capricórnio no solstício de verão
Essa é a região do planeta em que os raios do Sol conseguem chegar verticalmente (nenhuma inclinação) em determinados dias do ano, ao meio-dia local, em relação à superfície do planeta.
A animação abaixo mostra como os raios do Sol incidem em relação aos círculos trópicos (Câncer, no Hemisfério Norte, e Capricórnio, no Hemisfério Sul) durante o ano solar:
A inclinação dos raios do Sol varia em função da hora do dia (rotação) e das estações do ano (revolução).
Quanto às hora do dia, os primeiros raios do Sol surgem rasantes a leste no horizonte (aurora). As sombras são projetadas para o oeste. Os últimos raios do Sol chegam do oeste (crepúsculo), as sombras são projetadas para o leste.
Em relação à longitude, uma localidade mais a leste amanhece (e anoitece) primeiro que outra mais a oeste. Isso porque a Terra gira para o leste.
A inclinação dos raios de Sol em relação às estações do ano é mais difícil de ser percebida. Deve ser medida todos os dias no mesmo horário local, preferencialmente ao meio-dia local usando o gnômon (haste vertical).
A inclinação dos raios de Sol em relação às estações do ano é mais difícil de ser percebida. Deve ser medida todos os dias no mesmo horário local, preferencialmente ao meio-dia local usando o gnômon (haste vertical).
Para latitudes maiores que o Trópico de Capricórnio (Sul), as sombras se projetam sempre para o norte ao meio dia local.
Para latitudes maiores que o Trópico de Câncer (Norte), as sombras se projetam sempre para o sul ao meio dia local.
Para a região entre os círculos trópicos, a projeção da sombra (para o norte ou para o sul) dependerá da estação do ano e da latitude que você se encontra.
Questão:
A figura abaixo mostra um relógio solar no equinócio, ao meio dia.
Em que Hemisfério ele se encontra? Norte ou Sul?
Respostas:
Hemisfério Norte. Já que as sombras em todo o hemisfério norte nos equinócios se projetam para o norte.
A duração do dia em função da latitude
Agora imagine o solstício de Verão no Hemisfério Norte. Imagine você vendo a Terra do espaço na direção do Plano Equatorial. No Hemisfério Sul, a luz do Sol só consegue iluminar parte desse hemisfério, chegando até o Círculo Polar Antártico.
A figura abaixo mostra um relógio solar no equinócio, ao meio dia.
Em que Hemisfério ele se encontra? Norte ou Sul?
Respostas:
Hemisfério Norte. Já que as sombras em todo o hemisfério norte nos equinócios se projetam para o norte.
A duração do dia em função da latitude
Agora imagine o solstício de Verão no Hemisfério Norte. Imagine você vendo a Terra do espaço na direção do Plano Equatorial. No Hemisfério Sul, a luz do Sol só consegue iluminar parte desse hemisfério, chegando até o Círculo Polar Antártico.
Imagine ainda duas cidades na América do Sul, Punta Arenas (P) no extremo sul do Chile, e Iauaretê (I), na Amazônia, próxima à linha do Equador. Estas cidades estão quase na mesma longitude, mas em latitudes bem diferentes. Vamos acompanhar a animação que representa a rotação da Terra em 12h.
Perceba que o Sol nasce por volta das 6h da manhã em Iauaretê, e se põe às 18h, ou seja, o dia dura 12h; mas o Sol nasce apenas às 9h em Punta Arenas e se põe à 16h e 30min, o dia dura apenas 7h e 30min.
Animação 2: Duração do dia em função da latitude
Conforme as estações avançam, a duração do dia e da noite mudam.
Gráfico 1: A variação da duração dos dias e das noites em virtude das estações do ano
Quanto mais próximo à Linha do Equador (menor latitude), menor será a diferença da duração entre o dia e a noite em relação às estações, quanto mais próximo aos pólos (maior latitude), maior será a diferença da duração entre o dia e a noite.
Em latitudes superiores a dos círculos polares, os dias e as noites no verão e inverno podem durar alguns dias, semanas, ou meses; isso dependerá da proximidade com os pólos. Exatamente na região dos pólos, o dia e a noite duram 3 meses, ou seja, todo verão ou todo o inverno, respectivamente.
Vamos conhecer um pouco sobre os calendários?!
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