Sistema Sol-Terra-Lua

Sistema Sol-Terra-Lua
Luís Cunha – University of Minho
Parte 1 – As estações do ano
Parte 2 – As fases da Lua
Parte 3 – Eclipses
Parte 4 - Marés
Luís Cunha – University of Minho
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Parte 1 – As estações do ano
A latitudes medianas (como a nossa) há variações
significativas de clima. Isso faz com que dividamos o
ano em estações.
Porque é que existem estações do ano (Primavera,
Verão, Outono, Inverno)?
Porque é mais quente no Verão do que no Inverno?
Porque é que as estações no hemisfério Norte são
opostas relativamente às do hemisfério Sul?
⇑
Movimento orbital da Terra
Luís Cunha – University of Minho
As estações são uma consequência da inclinação do eixo de
rotação da Terra relativamente ao plano da sua órbita.
Primavera no hemisfério Norte;
Outono no hemisfério Sul
Pólo Norte
Inverno no hemisfério Norte;
Verão no hemisfério Sul
Pólo Norte
Pólo Norte
Pólo Sul
Pólo Norte
Pólo Sul
Pólo Sul
Verão no hemisfério Norte;
Inverno no hemisfério Sul
Plano da
Eclíptica
Pólo Sul
Outono no hemisfério Norte;
Primavera no hemisfério Sul
• O eixo de rotação terrestre não é perpendicular ao plano da
órbita terrestre (plano da eclíptica);
• O eixo está inclinado cerca de 23.5° relativamente à
perpendicular do plano da órbita;
• A Terra mantém a inclinação enquanto orbita em torno do
Sol (o pólo Norte terrestre aponta para o pólo norte celeste).
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Primeiro dia de Verão no hemisfério
Norte (Solstício de Verão)
Primeiro dia de Inverno no hemisfério
Norte (Solstício de Invermo)
Equinócio Vernal ou
Equinócio da Primavera
Equinócio do Outono
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Porque é que o Verão é mais quente que o Inverno?
“Mas eu pensava que no Verão as temperaturas eram mais
elevadas devido ao Sol estar mais próximo da Terra!”
Movimento
da Terra
durante
Janeiro
Movimento
da Terra
durante
Julho
Se isto fosse verdade:
• A Terra seria mais quente em Dezembro-Janeiro e mais fria em JunhoJulho? De qualquer modo a diferença de distância S-T só varia cerca de
3%.
• Porque é que o hemisfério Sul tem as estações opostas às do hemisfério
Norte?
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Círculo Ártico
Tróp. de Cancer
Círculo
Ártico
Equador
Trópico
de
Capric.
Tróp.
de
Cancer
Círculo
Antártico
Equador
Trópico de
Capricórnio
Círculo
Antártico
Solstício de Inverno
Solstício de Verão
No solstício de Verão, no hemisfério Norte os raios solares são menos inclinados
e há mais horas de exposição à luz solar.
Simultaneamente no hemisfério Sul é o início do Inverno (raios solares mais
inclinados e menor tempo de exposição à luz solar).
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A intensidade dos raios solares que atingem o "topo" da atmosfera é de
1380 W/m2.
1 m2
73º
1 m2
26º
1.04 m2
Verão
2.24 m2
Inverno
No Inverno o Sol está mais baixo e permanece menos tempo acima do
horizonte. A mesma quantidade de luz espalha-se por uma área maior
⇒ menor energia por unidade de área e por unidade de tempo.
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Solstício de Verão
No primeiro dia de Verão no
Hemisfério Norte (Solstício de Verão):
– O Sol está à maior distância
angular,
para
Norte,
relativamente ao equador celeste
(declinação 23.5° N).
–O
hemisfério
Norte
está
inclinado
para
o
Sol
e
corresponde ao “maior dia” do
ano (por volta de 21 de Junho),
para
os
habitantes
deste
hemisfério.
– O hemisfério Sul tem inclinação
contrária. Aqui é o começo do
Inverno e o “dia mais pequeno”
do ano.
– O Sol nasce e põe-se na posições
mais a Norte de todo o ano.
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Solstício de Inverno
No primeiro dia de Inverno para o
Hemisfério
Norte
(Solstício
de
Inverno):
– O Sol está à maior distância,
para Sul, do equador celeste
(declinação 23.5° S).
–O
hemisfério
Norte
está
inclinado em oposição ao Sol e
corresponde ao “menor dia” do
ano (por volta de 21 de
Dezembro), para os habitantes
deste hemisfério.
– O hemisfério Sul está inclinado
para o Sol. Aqui é o começo do
Verão e o “maior dia” do ano.
– O Sol nasce e põe-se na posições
mais a Sul de todo o ano.
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Equinócios de Primavera e Outono
• O Sol cruza o equador celeste,
na sua trajectória aparente
para Norte no primeiro dia de
Primavera
(Equinócio
da
Primavera ou Vernal, por
volta de 21 de Março).
• E cruza de novo o equador
celeste na sua trajectória
aparente
para
Sul,
no
primeiro dia de Ountono
(Equinócio de Outono, por
volta de 21 de Setembro).
• Os dias e as noites são
“iguais”
em
ambos
os
hemisférios.
Serão iguais?
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As estações a latitudes diferentes
Os efeitos sazonais são diferentes a latitudes diferentes.
• No equador todas as estações são muito semelhantes. “Há 12 horas com
luz solar e durante 12 h é noite”. Os autóctones definem as estações mais
em função da quantidade de chuva.
•A deslocação para Norte (ou para Sul) as estações vão-se tornando mais
diferenciadas.
•No Pólo Norte todos os objectos celestes acima do equador celeste
encontram-se acima do horizonte. À medida que a Terra roda, os objectos
celestes parecem rodar paralelos ao horizonte. O Sol está a Norte do equador
celeste a partir do equinócio Vernal (por volta de 21 de Março) até ao
equinócio de Outono (por volta de 23 de Setembro). “6 meses de Sol e 6
meses de escuridão”.
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Será assim?
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Clarificações no mundo real
A atmosfera tem um papel determinante nos efeitos do Sol sobre a Terra.
A atmosfera é transparente a grande parte da radiação solar. Havendo uma
mudança de meio óptico (do vazio sideral para a atmosfera), há fenómenos de
refracção, fazendo flectir os raios luminosos provenientes do Sol. Devido a
este factor, o Sol parece nascer mais cedo e pôr-se mais tarde do que se não
houvesse atmosfera.
ni
nt
θt
n isenθ i = n t senθ t
θi
ente
Posição apar
Raio
prove
nient
e
Direcç
ão do
Sol
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do So
l
A atmosfera difunde cerca de 10% da
radiação solar que recebe.
Esta é uma das razões porque antes do Sol
nascer (a partir de cerca de 18º abaixo do
horizonte) há Aurora e após o Sol se pôr
(até cerca de 18º abaixo do horizonte) há
Crepúsculo.
Estes
efeitos
alterações:
conjugados
provocam
1 - Nos equinócios o Sol parece estar
acima do horizonte alguns minutos mais
do que 12h e alguns minutos menos que
as 12h abaixo do horizonte.
2 - Este efeito é ainda mais dramático nos
pólos onde o Sol nasce mais de uma
semana antes de realmente chegar ao
equador celeste!!! Realmente a noite
completa nos pólos, devido a este efeito,
dura cerca de 3 meses.
Não são aqui discutidos os
efeitos do ozono (absorção de
fotões de alta energia), do
vapor de água, do CO2
(absorção
de
radiação
Infravermelha), das núvens,
…
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Todos sabemos também que o dia mais quente não corresponde ao Solstício
de Verão (22 de Junho) apesar de ser o dia mais longo. Os meses mais
quentes são Julho e Agosto. Este facto deve-se ao efeito da atmosfera e da
água sobre a superfície terrestre. Estes grandes reservatórios de energia não
aquecem imediatamente. A absorção de energia não é imediata. Tal como a
água de uma piscina fica mais quente ao fim da tarde.
Do mesmo modo o dia mais frio não é no Solstício de Inverno (cerca de 22
de Dezembro), mas um mês (ou mais) mais tarde.
Esta é uma das razões porque o clima junto ao mar é mais ameno, com
menores amplitudes térmicas, do que numa zona do interior.
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Em escalas de tempo maiores há outro facto que tem consequência
nas estações: a precessão. A Terra não é uma esfera perfeita
(ligeiramente achatada nos polos) e essa característica associada
ao efeito gravitacional da Lua e do Sol contribuiem para a
precessão, um movimento cónico lento do eixo de rotação da Terra
(50.3’’/ano ⇔ 1º/71.6 anos).
O eixo de rotação
muda de direcção
(precessão)
Actracção
gravitacional do
Sol
Rotação da Terra
Actracção
gravitacional da Lua
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A precessão provoca uma mudança gradual da estrela que marca o
Pólo Norte Celeste (o ciclo de precessão completo da Terra tem um
período de ~25 700 anos – ano platónico)
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A figura ilustra o efeito da precessão axial nas estações do hemisfério
norte, relativamente ao periélio e afélio. A precessão contribui para
alterações climáticas periódicas – Ciclo de Milankovitch.
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As diferentes estações têm a mesma duração?
Não e a explicação pode encontrar-se na
segunda lei de Kepler. A mecânica orbital
exige que “áreas iguais sejam varridas em
tempos iguais”.
No hemisfério norte, o Outono e Inverno
acontecem quando a distância Terra-Sol é
menor e portanto a Terra tem a sua maior
velocidade orbital. No hemisfério Norte, o Verão
é 4.66 dias maior que o Inverno e a Primavera é
2.9 dias maior que o Outono. Durante os
próximos 10 000 anos, o Verão do hemisfério
norte vai sendo cada vez menor. Poderão ser
criadas condições para uma nova era glaciar.
Luís Cunha – University of Minho
Ano
Data (TMG)
Duração
2005
Sols. Inv.
21/12-18:35
88.99d
2006
Eq. Prim.
20/3-18:26
92.75d
2006
Sols. Ver.
21/6-12:26
93.65d
2006
Eq. Out.
23/9-4:03
89.85d
2006
Sols. Inv.
22/12-0:22
88.99d
2007
Eq. Prim.
21/3-0:07
Parte 2 – As Fases da Lua
•
•
Porque é que há fases da Lua?
Há um “dark side of the Moon”?
⇑
Movimento orbital da Lua - Fases
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As fases da Lua são devidas ao seu movimento orbital
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Primeira
falcada
Primeiro quarto
ou quarto
crescente
Lua
Nova
Órbita da Lua
Segunda
falcada
Primeira
giba
Lua
Cheia
Segunda
giba
Terceiro quarto
ou quarto
minguante
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Quando esta fotografia foi tirada, a Lua estava em fase
crescente ou minguante, ao ser observada da Terra?
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Há um “dark side of the Moon”?
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A Lua mantem sempre a mesma face virada para a
Terra devido à sincronia do seu movimento
Se a Lua não rodasse veríamos todos
os lados da lua.
A Lua de facto roda e só vemos uma
das faces da Lua.
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O que é um mês lunar? Qual a duração de um mês lunar?
Para constelações
distantes
Órbita
da Terra
Sol
Mês sideral
(27.32 dias)
Mês sinódico
(29.53 dias)
Lua Nova
Lua Nova
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Mês lunar
Há 2 modos de classificar um mês lunar:
•Relativamente às estrelas, a Lua completa
uma orbita nem torno da Terra num mês
sideral (em média 27.32 dias).
•A Lua completa um ciclo de fases (uma
órbita em torno da Terra em relação com o
Sol) num mês sinódico (em média 29.53 dias).
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