Sistema Solar: Terra, Lua e Sol

Sistema Solar: Terra, Lua e Sol
Emerson Penedo
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A Terra é o terceiro planeta mais próximo do Sol, o mais denso e o
quinto maior dos oito planetas do Sistema Solar.
Forma e dimensões da Terra
Diâmetro equatorial: 12 756 Km
Diâmetro polar: 12 713 Km
Volume: 1.083.000.000.000 Km³
Massa: 6.000.000.000.000.000.000.000.000 Kg
Os movimentos da Terra
A Terra, assim como os demais planetas do Sistema Solar está em
contínuo movimento: gira em torno de seu próprio eixo e orbita o
Sol.
Seus movimentos provocam a alternância dos dias e das noites e
determinam as estações do ano.
Rotação da Terra
Uma importante consequência da rotação da Terra é a sucessão dos dias
e das noites. A Terra leva um dia solar, ou 24 horas, para realizar um
giro completo. A hora é, portanto, a 24ª parte desse período.
Translação da Terra
Ao mesmo tempo em que gira sobre seu próprio eixo, a Terra viaja
continuamente em torno do Sol, descrevendo uma órbita elíptica. Uma
órbita completa é feita em 365 dias, 5 horas e 48 minutos (1 ano, com 6
horas “a mais”), por isso a cada 4 anos tem-se 1 dia a mais, o que
caracteriza o ano bissexto.
A consequência mais importante da translação da Terra em torno do Sol
aliada a inclinação do eixo da Terra (por 23,5°) em relação ao eixo da
eclíptica é que, ao longo do ano, os raios solares incidem com
intensidades diferentes sobre um determinado local, o que origina as
grandes zonas climáticas (quentes, temperadas e frias) e a sucessão das
estações (primavera, verão, outono e inverno). As estações ocorrem de
maneira invertida nos dois hemisférios: por exemplo, quando em um
é verão, no outro é inverno (e vice-versa). As mudanças de temperatura
ficam cada vez mais nítidas quanto mais nos aproximamos dos pólos.
A eclíptica é inclinada (por 23,5°) em relação ao equador celeste. Por
causa disso, o Sol fica no hemisfério sul de ~23/9 a ~20/3, e no norte na
outra metade do ano.
Por isto, de março a setembro ele passa mais alto no céu no hemisfério
sul, causando estações mais quentes (primavera e verão) e dias mais
longos, e o oposto no hemisfério norte (Sol baixo, estações frias, dias
curtos). De setembro a março, é o oposto (Sol baixo no sul, etc.).
O momento de posição mais austral do Sol, em torno de 21/12, é
chamado solstício de verão no hemisfério sul, e solstício de
inverno no norte. O oposto vale para ~21/06, dia da posição mais
pro norte. O Sol cruza o equator celeste nos equinócios, ~20/03 e
~23/09, quando dia e noite têm a mesma duração na Terra inteira
(tirando os polos).
Estações do ano e duração dos
dias em diferentes latitudes
O que causa as estações é o fato de a Terra
orbitar o Sol com o eixo de rotação inclinado, e não perpendicular ao plano orbital.
A região do Equador recebe ao longo de
todo o ano uma quantidade de radiação
solar quase constante, por isso todas as
estações são muito parecidas e em todos
os dias do ano o Sol fica 12 horas acima do
horizonte e 12 horas abaixo do horizonte; a
única diferença é a máxima altura que ele
atinge.
À medida que nos afastamos do Equador,
as estações ficam mais acentuadas. A
dife-renciação entre elas torna-se máxima
nos polos.
A duração dos dias e noites varia
com a época do ano e com a
latitude: Do lado voltado pro Sol,
os dias são mais compridos;
quanto mais perto dos polos,
tanto mais. Nos polos ocorre o
dia polar, respectivamente a
noite polar (o Sol não se pôe,
respectivamente não nasce).
Anoitecer e amanhecer duram
mais tempo perto dos polos.
A Lua é o único satélite natural da Terra e o quinto maior
do Sistema Solar
Características:
Diâmetro equatorial: 3474,8 Km
Volume: 22.000.000.000 Km³
Massa: 74.000.000.000.000.000.000.000 Kg
Assim como os outros planetas e satélites, a Lua apresenta uma órbita
elíptica.
Afélio: 405.700 Km
Periélio: 363.100 km
Curiosidade
O nosso satélite é o único corpo celeste visitado por humanos até hoje.
Primeira visita em 20/07/1969: Neil Armstrong, Edwin Aldrin e Michael
Collins na espaçonave Apollo 11
6 visitas até dezembro 1972.
Desde então nunca mais voltamos.
1969
1972
As fases da Lua
À medida que a Lua viaja ao redor da Terra ao longo do mês, ela passa
por um ciclo de fases, durante o qual sua forma parece variar
gradualmente. O ciclo completo dura aproximadamente 29,5 dias. Esse
fenômeno é bem compreendido desde a Antiguidade. Acredita-se que o
grego Anaxágoras (˜ 430 a.C.), já conhecia sua causa, e Aristóteles (384
- 322 a.C.) registrou a explicação correta do fenômeno: as fases da Lua
resultam do fato de que ela não é um corpo luminoso, e sim um corpo
iluminado pela luz do Sol.
A face iluminada da Lua é aquela
que está voltada para o Sol. A fase da Lua representa o quanto
dessa face iluminada pelo Sol está
voltada também para a Terra.
Tradicionalmente apenas as quatro
fases mais características do ciclo Lua Nova, Quarto-Crescente, Lua
Cheia e Quarto-Minguante recebem nomes.
A fase da Lua é definida em termos
do número de dias decorridos desde
a Lua Nova (de 0 a 29,5) e em
termos da fração iluminada da face
visível (0 a 100%).
Lua Nova
A Lua Nova acontece quando a face visível
da Lua não recebe luz do Sol, pois os dois
astros estão na mesma direção. Nessa fase,
a Lua está no céu durante o dia, nascendo
aproximadamente às 06h00 e se pondo
aproximadamente junto com o Sol às 18h00.
Somente nessa fase ocorrem eclipses solares.
Durante os dias subsequentes, a Lua vai ficando cada vez mais a leste
do Sol e, portanto, a face visível vai ficando crescentemente mais
iluminada a partir da borda que aponta para o oeste, até que
aproximadamente 1 semana depois temos o Quarto-Crescente, com
50% da face iluminada.
Lua Quarto-Crescente
A Lua tem a forma de um semi-círculo
com a parte arredondada voltada para o
oeste. Lua e Sol, vistos da Terra, estão
separados de aproximadamente 90°.
A Lua nasce aproximadamente ao
meio-dia e se põe aproximadamente à
meia-noite. Após esse dia, a fração iluminada da face visível
continua a crescer pelo lado voltado para o oeste, até que atinge a
fase Cheia.
Lua Cheia
Na fase cheia 100% da face visível está
iluminada. A Lua está no céu durante
toda a noite, nasce aproximadamente às
18h00 quando o Sol se põe e se põe no
nascer do Sol aproximadamente às
06h00. Lua e Sol, vistos da Terra, estão
em direções opostas, separados de aproximadamente 180°, ou 12h.
Somente nessa fase ocorrem eclipses lunares.
Nos dias subsequentes a porção da face iluminada passa a ficar cada
vez menor à medida que a Lua fica cada vez mais a oeste do Sol; o
disco lunar vai dia a dia perdendo um pedaço maior da sua borda
voltada para o oeste. Aproximadamente 7 dias depois, a fração
iluminada já se reduziu a 50%, e temos o Quarto-Minguante.
Lua Quarto-Minguante
A Lua está aproximadamente 90° a oeste
do Sol, e tem a forma de um semi-círculo
com a parte arredondad apontando para o
leste.
A Lua nasce aproximadamente à meia-noite e se põe aproximadamente ao meio-dia. Nos dias subsequentes a Lua continua a
minguar, até atingir o dia 0 do novo ciclo.
O Lado oculto da Lua
A duração do período de rotação da
Lua é igual ao do período de translação
(27,3 dias) e, consequentemente, a Lua
tem uma face sempre voltada para a
Terra e outra que não é visível do
nosso planeta: a face oculta da Lua.
A imagem ao lado foi tirada pela sonda de
reconhecimento lunar da NASA em 2011, mas
a primeira observação por satélite ocorreu em 1959.
Rotação e translação demoram o mesmo tempo para serem
completadas, porque, ao longo de bilhões de anos, a interação
gravitacional entre a Terra e a Lua forçou essa sincronização. É o
chamado acoplamento de maré.
Efeito das Marés
Marés são as alterações do nível das águas do mar causadas pela
interferência gravitacional da Lua e do Sol (esta última com menor
intensidade, devido à distância) sobre o campo gravitacional da
Terra.
Efeito das Marés
Por causa da rotação da Terra e da revolução da Lua, estas
elevações se propagam pela superfície da Terra, causanda marés
altas a cada 12 horas e 25 minutos, e marés baixas entre as marés
altas.
As marés também acontecem com a crosta da Terra, elevando o
chão por 10 cm durante maré alta.
Efeito das Marés
O efeito das marés é recíproco entre a Terra e a Lua. Como a Terra
possui uma massa maior que a massa da Lua, ela causa uma força de
maré muito maior na mesma. É muito provável que a sincronização
dos períodos de rotação e translação da Lua tenham ocorrido devido
esse efeito.
Por outro lado, isso implica que a interação entre esses dois corpos
faz com que a velocidade de rotação da Terra diminua, aumentado
a duração de um dia por 0,0016s a cada século, e consequentemente a
distância entre a Terra e a Lua aumentam a uma taxa de 4 cm/ano por
causa da conservação do momento angular.
Efeito das Marés
Teoricamente, isto continua até que a rotação da Terra e a revolução
da Lua estejam sincronizadas. A chamada ressonância dos períodos.
Naquele momento, a Terra ficará sempre com o mesmo lado voltado
pra Lua. Visto da Terra, a Lua ficará sempre na mesma posição no
céu.
O dia e o mês durarão o mesmo tempo de
47 dias atuais.
Precessão do Eixo da Terra
Outro efeito causado pelo Sol e pela Lua além das forças de maré, é o
movimento de precessão do eixo da Terra, que se assemelha ao
movimento de precessão de um pião.
A Terra não é perfeitamente esférica, mas sim achatada nos pólos, além
disso, o plano do equador terrestre está inclinado 23,5° com o plano da
eclíptica, por causa disso, as forças gravitacionais da Lua e do Sol
produzem um torque que tende a alinhar o eixo de rotação da Terra
com o eixo da eclíptica, mas
como esse torque é perpendicular
ao momento angular de rotação da
Terra, seu efeito é mudar a
direção do eixo de rotação, sem
alterar sua inclinação.
Por causa disso, os pólos celestes¹ não ocupam uma posição fixa no
céu: cada pólo celeste se move
lentamente em torno do respectivo
pólo da eclíptica, descrevendo
uma circunferência em torno dele
com raio de 23,5º. O tempo
necessário para descrever uma
volta completa é 25 770 anos.
Atualmente o Pólo Celeste Norte
está nas proximidades da estrela
Polar, na constelação da Ursa
Menor, mas isso não será sempre
assim. Daqui a cerca de 13000
anos ele estará nas proximidades
da estrela Vega, na constelação de
Lira.
Caminho aparente do Polo Norte
celeste no céu
¹ Pólos celestes são pontos imaginários onde o
eixo de rotação da Terra intercepta a esfera
celeste (veja o Slide 23).
Tamanho aparente da Lua e do
Sol no céu
O diâmetro do Sol é de cerca de 1 400 000 km.
O diâmetro da Lua é aprox. 3500 km. Portanto,
o diâmetro solar vale cerca de 400 vezes o
diâmetro lunar. Mas o Sol também está cerca de
400 vezes mais longe de nós do que a Lua.
Desta coincidência espantosa resulta o fato de
ambos os astros, vistos da Terra apresentarem o
mesmo tamanho aparente.
Como o diâmetro aparente do Sol e da Lua variam ligeiramente no
decorrer do ano em resultado da forma elíptica da órbita da Terra em
relação ao Sol e da órbita elíptica da Lua em relação a Terra.
Estas pequenas variações nas distâncias Terra-Lua e Terra-Sol vão
traduzir-se por diferenças nos diâmetros aparentes com que, da Terra,
vemos a Lua (variação de 14% do seu diâmetro aparente) e o Sol
(variação de 3,3%). Se um eclipse do Sol ocorrer com a Lua no apogeu
(ou quase no apogeu), ela vai
aparecer mais pequena e não
conseguirá ocultar totalmente o
Sol, mesmo que (para o
observador terrestre) ela passe
centrada com o Sol.
Vimos também que devido o efeito de maré causado pela Lua
sobre a Terra implica num aumento da distância entre os dois
astros com o passar do tempo.
Uma das consequências disso é que, algum dia no futuro, não
haverá mais eclipses solares totais.
Not Forever!
Eclipses
Um eclipse é um evento astronômico que acontece quando um objeto
celeste se move para a sombra de outro.
Eclipses solares
Os eclipses solares ocorrem quando a Lua, em seu movimento de
translação em torno da Terra, passa à frente do Sol e cobre a luz,
projetando um cone de sombra sobre a superfície terrestre.
Nos locais que ficam essa sombra observa-se o eclipse total. A seu
redor, onde existe uma zona de penumbra, o disco solar é parcialmente
visível; nessa região, observa-se um eclipse parcial. Um eclipse do Sol
só é visto no mesmo local da Terra a cada 360 anos (em média).
Eclipses Lunares
Os eclipses lunares ocorrem quando a Terra se posiciona entre a
Lua e o Sol. Nessas condições a sombra da Terra cobre totalmente a
Lua que, por não ter luz própria, perde seu brilho e deixa de ser
vista. Os eclipses são totais ou parciais dependendo do quanto a
Lua penetra no cone de sombra produzido pela Terra.
Os eclipses lunares são menos frequentes do que os solares, mas
quando ocorrem são visíveis em grandes extensões do planeta Terra.
Nas próximas aulas falaremos mais sobre o Sistema Solar,
abordando desde o seu surgimento, até a sua evolução futura.
Obrigado!
Próxima aula – 18/04 – Sistema Solar: Planetas Internos
Baseei essa aula nas aulas dos antigos professores do projeto
Thays e Paulo, cujo agradecimento deixo aqui registrado.
Agradeço também ao coordenador do projeto, o professor Pieter,
pelos valiosos conselhos durante a preparação dessa aula.
Por fim, indico o site de Astronomia e Astrofísica da UFRGS
que possui materiais de excelente qualidade e que inclusive
utilizei nos slides dessa aula: http://astro.if.ufrgs.br/
Imagem ao fundo: Eclipse Lunar Total em 04 de abril de 2015. Uma semana atrás!
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