2. Alguns conceitos e convenções na relação da Terra com o Céu

2. Alguns conceitos e convenções na relação da Terra com o Céu
Luís Cunha
Depº de Física
Universidade do Minho
Luís Cunha – University of Minho
Pólo Norte Celeste
Esfera Celeste
Pólo Norte
Equador
Pólo Sul
Equador
Celeste
Pólo Sul Celeste
• A Esfera Celeste é uma
construção imaginária que
não tem uma base física
real. É contudo um modelo
útil para a astronomia
posicional.
• Os pontos de referência na
esfera celeste são projecções
das da Terra.
• O Eixo de rotação terrestre é
uma linha imaginária que
une os 2 pólos terrestres.
Prolongando o eixo tem-se
os Pólos Norte e
Sul
Celestes.
• O Equador Celeste é uma
extensão
do
Equador
Terrestre e divide o Céu em
2 hemisférios.
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Zénite
Meridiano
Pólo Norte Celeste
Equador
Celeste
Horizonte
Para um observador a Terra
aparenta ser plana e o Céu
aparenta ser uma cúpula.
•O Horizonte é onde o Céu se
“encontra” com a Terra.
•O Zénite é o ponto no Céu
directamente sobre o
observador.
•O Nadir é o ponto no Céu
oposto ao Zénite.
A linha imaginária que cruza os
céus desde o horizonte Norte ao
horizonte Sul, que passa pelo
Zénite e pelos pólos é o
Meridiano Local.
Pólo Sul Celeste
Nadir
O meio-dia local corresponde ao
momento em que o Sol cruza o
meridiano local.
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•
•
Só conseguimos ver a parte do Céu acima do horizonte.
As estrelas, o Sol, a Lua, e os planetas aparentam nascer a este e
pôr-se a oeste (se tivermos tempo para apreciar…)
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• Tudo no céu parece rodar em
torno dos pólos celestes.
• A Estrela Polar (Polaris) está
muito perto do Pólo Norte
Celeste. Nunca nasce ou se
põe. É sempre visível do
Hemisfério Norte e nunca é
visível do Hemisfério Sul.
O que vemos no céu depende da
latitude a que nos encontramos
Estrela Polar
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O movimento aparente
das estrelas no céu
depende da latitude em
que o observador se
encontra.
A
uma
latitude
intermédia
no
hemisfério norte.
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No Pólo Norte a Estrela Polar está no Zénite.
Movimento aparente das estrelas no Pólo Norte
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No Equador, a Estrela Polar está no horizonte
Movimento aparente das estrelas no Equador
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Polo Norte Celeste
Eclíptica
Devido ao movimento
de translação da Terra
em torno do Sol, este
parece
deslocar-se
gradualmente
em
sentido
contrário,
relativamente
às
estrelas, seguindo uma
linha
imaginária
designada
por
Eclíptica.
Equador
Celeste
Movimento do Sol ao longo da eclíptica ao longo de um dia (não está à
escala)
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Pólo Norte Celeste
Equinócio de Outono
Eclíptica
•A trajectória circular que
Solstício
de
Solstício de o Sol parece traçar na
esfera celeste (Eclíptica)
Verão
Verão
está
inclinada
23.5º
relativamente ao equador
•A eclíptica e o equador
celeste só se intersectam
em 2 pontos.
•Cada um destes pontos
designa-se por equinócio
(Vernal e de Outuno).
Solstício de
Inverno
Equador Celeste
Pólo Sul Celeste
Equinócio
Vernal
No início do Inverno no hemisfério Norte, a
eclíptica está no ponto mais afastado a Sul
relativamente ao equador: solstício de Inverno.
•O ponto da eclíptica mais
afastado para Norte do
equador
celeste
(corresponde ao início do
Verão
no
hemisfério
Norte) chama-se solstício
de Verão.
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Localizações na Terra
Sistema de coordenadas na Terra:
Latitude (Equador como paralelo
de referência Latitude = 0º)
Longitude. (Meridiano de
Greenwich como referência Longitude = 0°)
Localização de Braga (41º35’ N,
8°25’ W)
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Localizações no Céu
A Estrela Polar está afastada menos de 1° relativamente ao polo norte
celeste.
BOIEIRO =
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Navegação/Orientação
• Medindo a altitude da
Estrela Polar, obtém-se a
latitude no hemisfério
Norte.
• A Sul do equador a
Estrela Polar nunca é
visível.
• Quanto mais a Norte for
a nossa localização na
Terra, maior a altitude
da Estrela Polar.
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Existe mais de um sistemas de coordenadas para localizar objectos
no Céu. Uma das soluções é o uso de Coordenadas Horizontais
(dependentes da posição do observador e do movimento da Terra):
•Altitude (a): arco vertical compreendido entre o horizonte e o astro
(Horizonte a 0º e Zénite a 90º).
•Distância Zenital (ξ
ξ): arco vertical compreendido entre o Zénite e
o astro. Relaciona-se com a altura através de: ξ = 90º - a
•Azimute: Arco compreendido entre o ponto cardeal Norte e a
vertical do astro medido em sentido horário (0º a 360º).
Zénite
Estrela Polar
Ursa maior
Altitude
40º
Este sistema tem um
grande inconveniente.
Qual é?
Este
(90º)
Norte
Azimute=0º
Azimute = 330º
Oeste
(270º)
Azimute = 250º
Sul
(180º)
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As Coordenadas Equatoriais são independentes da posição do observador e
do movimento da Terra. Têm origem no Equador Celeste e no Ponto Vernal:
Declinação (δ
δ): Arco
vertical compreendido
entre o Equador
Celeste e o astro.
A Ascensão Recta (α)
arco medido a partir
do Ponto Vernal até ao
meridiano do astro, no
sentido directo (ou
anti-horário). Também
se usa o Ângulo
Sideral (AS) que
corresponde ao arco
medido a partir do
Ponto Vernal até ao
meridiano do Astro
medido no sentido
horário.
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Determinação do meridiano local
A determinação do meridiano local permite identificar com rigor os pontos cardeais e é útil na
montagem equatorial dos telescópios.
Crava-se uma vara (cca 60 cm) verticalmente no solo. Antes do meio-dia solar observa-se a
sombra S1 e com um cordel e lápis atados à base da vara, traça-se um arco AC, de raio OA. Com
o decorrer do tempo a sombra vai-se deslocando no sentido dos ponteiros do relógio, diminuindo
de tamanho até determinado momento (meio-dia solar) e depois voltando a aumentar. Quando a
sombra voltar a tocar o arco previamente desenhado. A direcção Norte-Sul corresponde à
bissectriz do ângulo AÔB. A sombra ao passar nessa bissectriz aponta o Norte.
Se a vara estiver bem alinhada verticalmente também se pode medir a altura do Sol a qualquer
hora do dia.
y
y
tg h =
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x
⇒ h = arctg
Construção de um quadrante
x
(in “O Observatório”)
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Medir a latitude (in “O Observatório”)
Quando se encontravam no hemisfério norte,
desfrutando da visibilidade da Estrela Polar, os
navegadores portugueses utilizavam o quadrante para
calcular a latitude a partir desta estrela, uma vez que,
em primeira aproximação, a sua altura é igual à
latitude do lugar de observação. Para simular este
processo, basta localizar a Estrela Polar e efectuar a
medição da sua altura com o quadrante. Compare-se
os valores obtidos por vários observadores; depois façase a comparação com um valor da latitude tabelado
para o local de observação, e, se possível, com o valor
fornecido por um receptor de GPS. Estes procedimentos
darão matéria para uma discussão sobre a precisão das
medições e a importância da tecnologia no aumento
dessa
precisão.
Uma
actividade
igualmente
interessante consiste em comparar o comportamento
da Polar em relação às outras estrelas, no que se refere
à sua posição aparente. Para tal, escolha algumas
estrelas de comparação na constelação da Ursa Maior,
e, em intervalos de uma hora, ao longo de uma mesma
noite, meça e registe a altura dessas estrelas e da
Polar.
IMPORTANTE: Nunca
olhar
directamente
para o Sol.
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Medição de distâncias angulares entre objectos astronómicos (in “O
Observatório”)
O quadrante pode ser utilizado para medir a separação angular entre objectos
astronómicos. Faz-se pontaria a um dos objectos, e depois coloca-se o fio de
prumo na posição correspondente à posição do segundo objecto. Este
procedimento poderá ser aplicado em várias actividades. Por exemplo poder-seá efectuar a medição da distância angular entre um planeta e uma ou mais
estrelas de referência, de preferência pertencentes a constelações do zodíaco e
nas proximidades do planeta; Bastará fazer uma observação por semana ou de
15 em 15 dias. As observações devem ser acompanhadas do registo, numa
carta celeste, das posições relativas dos objectos observados. O mesmo tipo de
actividade pode (e deve, até preferencialmente) ser feito relativamente à Lua,
mas nesse caso as observações devem ser efectuadas com muito maior
frequência, de preferência a um ritmo diário, sendo importante registar a hora a
que as observações são feitas. Deve-se igualmente registar: a direcção em que a
Lua é observada; a sua altura, medida com o quadrante; em que fase se
encontra. Subsequentemente, deve-se procurar relacionar as observações
efectuadas e interpretá-las esquematicamente.
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Determinação da altura do Sol
Constrói-se um disco de um material
relativamente rígido e gradua-se.
Se o diâmetro do disco for 34.4 cm ⇒ 1º→
→ 3 mm
Se o diâmetro for 57.3 cm ⇒ 1º → 5 mm
Perpendicularmente ao disco e no seu centro
fixa-se uma haste (4 a 6 cm). Um fio de prumo
permite orientar a marcações dos 90º.
Orienta-se o disco de tal modo que o seu plano
esteja paralelo aos raios solares (rasantes à
superfície do disco) e lê-se na escala a altura do
Sol.
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