Movimentos da Terra
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Movimento aparente diurno e anual Sistemas geocêntrico e heliocêntrico Leis de Kepler Rotação e translação da Terra Definição de dia e ano Precessão e nutação Estações do ano Movimentos da Terra Gastão B. Lima Neto Vera Jatenco-Pereira IAG/USP Agradecimento ao Prof. Roberto Boczko pelo material cedido AGA 210 – 1° semestre/2017 Até ao século XVII pensava-se que o universo era finito e que as estrelas estavam todas fixas, imóveis, na superfície de uma esfera: a Esfera Celeste. Só depois se começou a supor que havia mais mundos e que as estrelas estavam a diferente distâncias de nós. Gravura do livro de Camille Flammarion (1888) mostrando um homem da Idade Média procurando entender como funciona o universo. Nascer do Sol e das estrelas Movimento diurno observado na direção do leste em fevereiro, em Ubatuba. Zênite PS Meio-dia Nascer L Movimento N diurno aparente do Sol nte Horizo Ocaso Os astros nascem no lado leste e se põem no lado oeste. O Movimento aparente do Sol • Movimento aparente dos astros – frequência quotidiana. • Interpretação? – (1) movimento dos astros em torno da Terra?? – (2) rotação da Terra?? • Na antiguidade, a opção (1) era praticamente unânime. Egito antigo Sistema geocêntrico • Aristóteles (~320 a.C.) Busto de Aristóteles no museu do Louvre em Paris. – Terra imóvel, no centro do universo. – O Sol e os astros se movem em círculos ao redor da Terra. – Quanto mais rápido o movimento aparente, mais próximo da Terra. Sistema geocêntrico • Eudoxo de Cnidus (~370 a.C.) Cnidus, hoje Tekir na Turquia – Terra imóvel, no centro do universo. – O Sol e os astros se movem em vários círculos ao redor da Terra: complexidade do movimento aparente do Sol, Lua e Planetas. Sistema geocêntrico • Eudoxo (~370 a.C.) – Movimento aparente do Sol depende da estação do ano. início do inverno primavera ou outono verão – Terra imóvel, no centro do universo. – O Sol e os astros se movem em vários círculos ao redor da Terra: complexidade do movimento aparente do Sol, Lua e Planetas. Sistema geocêntrico • Movimento aparente dos planetas leste oeste – Os planetas apresentam movimento direto em relação às estrelas(de oeste para leste) na maior parte do tempo, mas também apresentam movimento retrógrado (de leste para oeste). http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/Retrogrado/retrogrado.html Sistema geocêntrico • Movimento aparente dos planetas: – exemplo de Marte. Castor trajet Pollux +20° 31/01 2010 20/12 2009 +10° Alhena 11/10 2009 Cancer 13/06 2010 Betelgeuse Vi a Regulus 0° Procyon 10 h 7h 9h Orion Mintaka Alnilam Alnitak 6h 12 h 11 h rte tea Leo Lác Denebola Gemini 06/03 2010 ó Ma e d a ri 8h Note que o planeta está mais brilhante no meio da laçada. – Os planetas apresentam movimento direto em relação às estrelas(de oeste para leste) na maior parte do tempo, mas também apresentam movimento retrógrado (de leste para oeste). Sistema geocêntrico • Apolônio (~230 a.C.); Hiparco (~140 a.C.); Ptolomeu (~130 d.C.) – Terra imóvel, no centro do universo. – O Sol e os astros se movem em vários círculos ao redor da Terra: complexidade do movimento aparente dos astros: • Teoria dos epiciclos. A Terra se move? • Aristarco (~260 a.C.) – Universo heliocêntrico. – A Terra se move em torno do Sol. • Nicolau Copérnico (1473–1543) – Órbitas circulares em torno do Sol (1543). A Terra se move? • Giordano Bruno (1548–1600) – Universo infinito, heliocêntrico. – Queimado pela inquisição. • Galileu Galilei (1564–1642) – Primeira observação com luneta. – “Epur si muove”. – Quase queimado pela inquisição. Geocêntrico × Heliocêntrico • Com sua luneta Galileu observa as fases de Vênus. Geocêntrico × Heliocêntrico • Movimento retrógrado dos planetas: – explicação geocêntrica (sem epiciclos) http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/Retrogrado/retrogrado.html A Terra se move! • Tycho Brahe (~ 1590) – observações detalhadas do movimento dos planetas, em particular de Marte (mas acreditava no universo geocêntrico). • Johannes Kepler (1609) – Nesta mesma época, Galileu começou a observar com uma luneta. – Utiliza dados de Tycho Brahe. – Inicialmente acredita no universo geocêntrico, mas adota a visão heliocêntrica devido à sua própria análise. A Terra se move! • Johannes Kepler – 3 leis empíricas dos movimentos planetários (entre 1609–1619): • (1) Os planetas se movem em elipses, com o Sol em um dos focos; • (2) A linha que liga o Sol a um dado planeta varre áreas iguais em tempos iguais; • (3) O quadrado da razão dos períodos de translação de 2 planetas é igual ao cubo da razão entre as distâncias dos planetas ao Sol, . – Explicadas pela teoria da gravitação de Newton (1687). Créditos: Dr. Michael Gallis, Penn State Schuylkill Rotação da Terra Norte Oeste Leste Sol • Sul O dia claro e a noite são resultados do movimento de rotação da Terra em torno de seu eixo de rotação. • Corresponde ao movimento aparente diurno dos astros, de leste p/ oeste. – Período de rotação: tempo que leva para girar 360 graus (uma volta completa) em relação às estrelas é de 23h56m04s. Movimento noturno aparente olhando ao Sul 24 horas 20 horas 22 horas Polo Sul celeste Sul Leste Oeste Rotação da Terra Polo Sul celeste sentido da rotação Céline Péroux, ESO (hemisfério Sul) – 4 horas de exposição • Corresponde ao movimento aparente diário dos astros. Movimento noturno aparente olhando ao Norte desde o Hemisfério Sul 20 horas 24 horas 22 horas Leão Norte Oeste Leste Outras evidências da rotação da Terra • Se a Terra não girasse teríamos a invariabilidade do plano de oscilação de um pêndulo. Plano de oscilação Força perpendicular ao plano de oscilação Na ausência de forças perpendiculares ao plano de oscilação, esse plano se mantém com direção fixa no espaço. Outras evidências da rotação da Terra • Pêndulo de Léon Foucault (1819–1868), Paris 1851 – Plano de oscilação se desloca durante um dia. – Se a Terra não girasse, o plano de oscilação do pêndulo permaneceria imóvel. – Esta experiência não funciona no equador terrestre. – Nos polos, o plano de oscilação daria uma volta completa em um dia. www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/foucault_pendulum.html www.reddit.com/r/physicsgifs/ Outras evidências da rotação da Terra • Achatamento da Terra – A Terra (e o Sol, os Planetas) se comportam em grande escala como um fluido. – A rotação provoca um aumento do diâmetro equatorial em relação ao diâmetro polar. – Na Terra, a razão entre estes diâmetros é 0,997 (21km de diferença entre estes diâmetros). Translação da Terra em torno do Sol ca ti Eclíp Sol Plano da eclíptica 23,5º Eixo de rotação Plano da Eclíptica Afélio Periélio Translação da Terra Ofiúco 24/03/2022 Lua Escorpião Ofiúco 25/03/2022 Escorpião Ofiúco 26/03/2022 Lua Sagitário Escorpião Ofiúco 27/03/2022 Escorpião E c lí p t i c a E c lí p t i c a E c lí p t i c a E c lí p t i c a Sagitário Scorpius Sagitário Sagitário Lua Capricórnio Marte Vênus Aquário Pégasso Leste Peixes Júpiter Mercúrio Capricórnio Marte Vênus Saturno Aquila Aquila Aquila Aquila Saturno Aquário Pégasso Leste Peixes Marte Vênus Júpiter Mercúrio Capricórnio Leste Peixes Marte Vênus Saturno Aquário Pégasso Júpiter Mercúrio Lua Capricórnio Saturno Aquário Pégasso Leste Peixes Júpiter Mercúrio • Imagens feitas para o mesmo horário (5h) em 4 dias consecutivos. • As estrelas nascem ~4 min mais cedo cada dia (repare nas constelações próximas do horizonte e da borda superior da imagem). Translação da Terra www.astro.iag.usp.br/~gastao/anima/mov/Sol_ecliptica.mp4 Movimento aparente do Sol entre fevereiro e maio. • Movimento aparente do Sol ao longo da eclíptica. – (note que há outros astros em movimento em relação às estrelas). Translação da Terra Outono Primavera Inverno Perseus Hercules +30° Ophiuchus rço -10° Aquário feve -20° Virgo o reiro janeiro dezem bro Sagitário -40° 4h 2h 0h 22h no b vem ro Cão Maior Libra Capricórnio -30° ro se b utu ro 20h 18h julho a a Aquila cte ma b tem sto ago cte Lá ril Peixes 0° Leo Gemeos Lá Pegasus ab Cancer a Vi Áries +20° junho ma io Touro +10° Bootes Vi a +40° Verão Escorpião 16h 14h 12h • Movimento aparente do Sol ao longo da eclíptica: – 12 Constelações do zodíaco e Ophiuchus (ou Ofiúco). 10h 8h 6h Translação da Terra www.astro.iag.usp.br/~gastao/anima/mov/MovimentoTerra_Ecliptica.mp4 • Movimento da Terra visto do Sol – Composição de 2 movimentos: • Rotação em torno de si própria => DIA • Translação ao redor do Sol => ANO Ponto Vernal ( γ ): intersecção da Eclíptica com o Equador Celeste no início do outono no hemisfério sul PN Polo norte celeste Meridiano principal M _ b Equador celeste Eclíp tica ¡ Polo sul celeste Movimento anual aparente do Sol γ solstício or d Equa equinócio Translação da Terra: Ano • Ano trópico: 365d 5h 48m 45s – em relação às estações do ano (ponto vernal) • Ano sideral: 365d 6h 9m 10s – em relação às estrelas • Diferença vem do movimento do ponto vernal: Precessão Precessão do equinócio precessão rotação • • • Precessão é causada por uma força externa (torque) em um corpo em rotação. O eixo de rotação gira em torno do eixo de precessão Na Terra atuam forças externas, principalmente do Sol e da Lua Precessão do equinócio • • P Precessão recesssão é causada causada por por uma uma força força externa externa (torque) (torque e) em em um um corpo corpo em em rotação. rotação. www.astro.iag.usp.br/~gastao/anima/mov/PrecessaoTerra_Piao.mp4 eixo de •• O e ixo d e rotação rotação gira gira em em torno torno do do eixo eixo de de precessão precessão • Na Terra atuam forças externas, principalmente do Sol e da Lua Precessão do equinócio $ " $ $" ! ` hemisfério Sul _ $" $" " $ " a • O eixo de rotação da Terra percorre um círculo em ~ 26000 anos. • Efeito descoberto por Hiparco em ~ 140 a.C. Precessão do equinócio #$ ' # !" " % ' ' ' !" ""# ! ' ' " &" • Hoje, o eixo da Terra aponta quase diretamente para a Estrela Polar; • Daqui ~ 12 mil anos, apontará para a estrela Vega. hemisfério Norte $ # ( " ! Precessão do Equinócio ' # ' $ ( " Translação da Terra: Ano • Ano trópico: 365d 5h 48m 45s – em relação às estações do ano (ponto vernal) • Ano sideral: 365d 6h 9m 10s – em relação às estrelas • Diferença vem do movimento do ponto vernal: Precessão Nutação precessão • Causado pela ação do Sol e, principalmente, da Lua; • Pequena amplitude (segundos de arco) e período de ~ 18,6 anos; • Descoberto em 1747 por James Bradley. Principais movimentos da Terra • Rotação dia (24h) • Translação em torno do Sol ano (365,25 dias) • Precessão do eixo precessão do equinócio (26 mil anos) • Nutação oscilação do eixo de rotação (18,6 anos) Motivo das Estações Sol Verão Inverno Sol Inverno Inclinação do eixo de rotação. Verão Sol A distância Terra–Sol não é responsável pelas estações do ano. Primavera ou Outono Outono ou Primavera Equador e Trópicos ¡ ¡ Solstício de Verão no Hemisfério Sul Estações do ano • Em um ano o eixo da Terra é praticamente p imóvel (hemisfério Sul) O principal efeito da variação da distância Terra–Sol (órbita elíptica) é que as estações do ano não têm todas exatamente a mesma duração Estações do ano solstício de inverno equinócio de primavera ponto vernal equinócio de outono solstício de verão No hemisfério norte os nomes são trocados: verão <=> inverno; primavera <=> outono (hemisfério Sul)
