A Terra e o Sol - Parte 1

 

Se você pudesse se deslocar rapidamente pelas latitudes na Terra, poderia perceber que o aspecto do céu noturno vai mudando. Estrelas e constelações deixam de ser vistas e outras passam a ser avistadas. Em um movimento diurno o Sol também mudaria a trajetória diurna, fazendo com que a duração do dia civil aumentasse ou diminuísse. Para uma pessoa que está exatamente sobre o equador da Terra (latitude 0º e em uma longitude qualquer), ambos os hemisférios do céu podem ser observados quase que por completo. Nesse caso, o plano do equador celeste está disposto perpendicularmente ao plano do horizonte, e é representado pelo círculo que cruza o zênite e une os pontos cardeais leste e oeste (Figura abaixo). Este também é o caso de regiões equatoriais como a nossa.

No equador terrestre, as trajetórias diárias dos astros ocorrem em planos perpendiculares ao plano do horizonte, de modo que, diariamente, todos os astros ficam metade do tempo acima do horizonte e metade do tempo abaixo, como pode ser visualizado na Figura. Consequentemente, os “dias claros” e as noites tem a mesma duração de 12 horas, em média, ao longo de todo o ano. Os dias civis duram, em média, 12 h e 48 min (com as noites civis de 11 h e 12 min) e os dias astronômicos, 14 h e 24 min (com as noites astronômicas de 9 h e 36 min).

No caso de você estar em algum lugar a meio caminho entre o polo e o equador (figura a baixo), perceberá que as trajetórias aparentes diárias dos astros ocorrem em planos oblíquos ao plano do horizonte.

O plano do equador celeste se apresentará com a mesma obliquidade relativa ao horizonte. O polo celeste, correspondente ao hemisfério onde a pessoa se situa, fica elevado no céu, e o outro, abaixo do horizonte. Os astros ficam uma parte do dia visíveis acima do plano do horizonte e a outra parte abaixo do mesmo, em períodos desiguais. Certos astros próximos do polo celeste elevado ficam sempre acima do horizonte (aparentemente girando em torno desse polo) e uma parte do céu próxima ao outro polo celeste nunca é visível.

Se você pudesse estar em um dos polos de rotação da Terra (latitude +90º ou - 90º e longitude indeterminada), a visão do céu será completamente diferente da anterior. Neste lugar, o círculo do equador celeste coincide com o do horizonte e o polo celeste com o zênite (Z). As trajetórias dos astros no céu ocorrem de modo paralelo ao plano do horizonte, como é mostrado na figura abaixo.

Observe que somente um hemisfério celeste é observado. Se você estivesse no polo sul, avistaria somente a metade sul do céu como é o caso mostrado nesta mesma figura. Os astros situados nesse hemisfério celeste nunca se “escondem” abaixo do plano do horizonte. Há noites de 24 horas(quando o Sol estiver abaixo do horizonte) e vice-versa no caso dos “dias claros”, quando ocorre o chamado sol da meia-noite. Os dias civis são de 24 h durante toda a primavera local, todo o verão, início do outono e fim do inverno, de modo que as noites civis de 24 h ocorrerão no restante do ano. Os dias astronômicos abrangem períodos maiores do início do outono local e fim do inverno, além de toda a primavera e verão.

MOVIMENTO ANUAL DO SOL E ECLÍPTICA

Os primeiros observadores do céu perceberam que o Sol se movia lentamente contra um fundo definido pelas estrelas. Eles faziam isso observando as constelações que são vistas, na direção do poente, logo após o pôr do Sol (antes de se “porem”) e aquelas que são ofuscadas pelo brilho solar um pouco antes do nascer do Sol na direção do nascente. Notaram que, gradualmente, as constelações situadas a leste do Sol deixam de ser vistas devido ao ofuscamento pela claridade solar e que as constelações a oeste do Sol passam a ser visíveis. Como as estrelas eram consideradas fixas na esfera celeste (o que só é válido em uma primeira aproximação), eles concluíram que era o Sol que se movimentava.

Esse movimento é denominado movimento anual aparente do Sol, e faz com que este se desloque um pouco mais de 1 grau por dia (de oeste para leste). Acredita-se que seja dai a origem do círculo geométrico de 360º (provavelmente originado no Egito Antigo).

O movimento anual do Sol define no céu uma trajetória circular, a qual foi denominada eclíptica, porque é nesta trajetória onde a Lua se situa na ocasião de um eclipse. O plano dessa trajetória circular anual do Sol é inclinado em relação ao plano do equador celeste, em cerca de z3º,5. Esta inclinação acaba por determinar como o nosso planeta é iluminado ao longo do ano e consequentemente a variação climática, chamadas de estações climáticas.

O plano da eclíptica define o plano da órbita da Terra em torno do Sol. O círculo da eclíptica é, simplesmente, a projeção de seu respectivo plano na esfera celeste. Como já vimos, ao longo da direção da eclíptica foram concebidas primeiramente, pelos povos antigos da Mesopotâmia, as constelações do Zodíaco, e que depois foram associadas a lendas e mitos do povo grego.

Somente em regiões tropicais como a nossa, o Sol pode ficar a pino ao meio-dia (solar). Isto acontece duas vezes por ano (equinócios), e os dias correspondentes são determinados pela latitude do lugar. Para um local no equador terrestre, o Sol cruza a pino o meridiano local nos dias dos equinócios. Já para os locais situados exatamente sobre um dos trópicos, o Sol cruza a pino somente uma vez, no solstício de verão. Os Trópicos de Capricórnio e Câncer são nomeados desta maneira porque durante os solstícios, na Antiguidade, o Sol se encontrava na direção dessas constelações zodiacais.

SOLSTÍCIOS, EQUINÓCIOS E AS ESTAÇÕES

O movimento anual aparente do Sol na esfera celeste pode ser entendido através da translação da Terra em torno do Sol ou da observação do pôr do Sol (você pode experimentar observar que todo dia o Sol se põe em um lugar levemente diferente do dia anterior). A Figura abaixo mostra a Terra em quatro ocasiões especiais de sua órbita ao redor do Sol. São os dias em que ocorrem os solstícios e equinócios.

Tomemos como referência o hemisfério sul da Terra. Na posição do dia 21 de junho, fixando nossa visão a partir da Terra, o Sol está na distância angular máxima ao norte do plano do equador celeste, parecendo parar na esfera celeste para depois retroceder, para o sul, em seu movimento anual aparente.

Os raios solares, nessa época do ano, incidem mais obliquamente sobre a superfície do hemisfério sul da Terra, de forma que a incidência de calor é menor. Esse dia é denominado solstício do inverno austral.

A noite do solstício do inverno austral é a mais longa do ano. A partir do solstício de inverno, tanto os “dias claros” como os dias civis e astronômicos voltam a aumentar de duração, lentamente. De modo análogo, na posição do dia 21 de dezembro da Figura, é quando ocorre o “dia claro” mais longo do ano para o hemisfério sul, o Sol atinge a posição angular mais ao sul do equador celeste. É o dia do solstício do verão austral. No verão, a incidência dos raios solares acontece de forma menos oblíqua à superfície. Em lugares próximos ao Trópico de Capricórnio, a incidência é quase perpendicular. Portanto, a insolação é maior. Após o solstício de verão, os “dias claros” se tornam cada vez mais curtos novamente. Em duas ocasiões especiais intermediárias (posições dos dias 22 de setembro e 20 de março da Figura), o “dia claro” e a noite tem a mesma duração (isso ocorre para todo o globo terrestre). São os dias dos equinócios de primavera e outono.

A palavra equinócio, de origem latina, significa noites de iguais duração. Os equinócios ocorrem quando o Sol está sobre o círculo do equador celeste, deslocando-se do hemisfério celeste norte para o sul, no caso do equinócio da primavera austral, e fazendo o caminho inverso, no equinócio do outono austral.

Nesses dias, ambos os hemisférios terrestres recebem a mesma quantidade de radiação solar. Entre o início do outono austral e o fim do inverno, os “dias claros” são mais curtos do que as noites (a noite mais longa ocorre no início do inverno), e entre o início da primavera e o fim do verão, a situação se inverte (o dia mais longo ocorre no início do verão). Sequencialmente, para o hemisfério sul da Terra, tem-se: o equinócio de outono em 20 ou 31 de março, o solstício de inverno entre 21 e 23 de junho, o equinócio de primavera em 22 ou 23 de setembro e o solstício de verão entre 21 e 23 de dezembro.

A fim de complementar o entendimento, vamos pensar na observação do nascer e pôr do Sol nos dias dos equinócios e solstícios, (marque no seu calendário), para um local na região tropical do hemisfério sul (entre o equador e o Trópico de Capricórnio). Somente nos equinócios o Sol surge no horizonte exatamente a partir do ponto cardeal leste, deslocando-se ao longo do dia sobre o equador do céu e escondendo-se, exatamente também, no ponto cardeal oeste (isso ocorre para quase todo o planeta Terra; as exceções são os polos geográficos). Os solstícios são os dias quando o Sol mais se distancia dos pontos cardeais leste e oeste, no nascer e ocaso, respectivamente. No solstício do verão austral, o Sol surge mais ao sul do ponto leste e esconde-se, com o mesmo distanciamento, ao sul do ponto oeste. No solstício do inverno austral, o Sol nasce com o maior afastamento angular ao norte do ponto leste e põe-se, com o mesmo distanciamento, ao norte do ponto oeste.

O distanciamento angular máximo que a direção do Sol pode assumir em relação ao equador celeste é exatamente igual à inclinação entre o plano da eclíptica e o plano do equador (23º,5). O ângulo entre a direção do Sol e a do ponto cardeal leste, medido sobre o círculo do horizonte no momento do nascer do Sol em qualquer dia do ano depende da latitude do lugar e da declinação do Sol, exceto nos equinócios quando esse ângulo é nulo.