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Arquivo : duração dos dias e das noites

Registro do nascer do Sol em solstícios e equinócios consecutivos
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Comparativo das posições reais do nascer do Sol em 21/06/2017 (solstício), 22/09/2017 (equinócio), 
21/12/2017 (solstício) e 20/03/2018 (equinócio) em São João da Boa Vista, SP, Brasil.

 

Se você acredita que o Sol nasce sempre no ponto cardeal leste, veja as imagens acima!

Diz o ditado que uma boa imagem vale mais do que mil palavras (embora também ocupe no HD muito mais espaço do que mero texto). Logo, só de olhar para as fotos acima já dá para “entender” do que se trata.

Mas, para não perder a mania de professor de sempre que possível aprofundar os temas, no meu caso muito mais ainda quando tem a ver com Física e/ou Astronomia, vamos às explicações. Aproveito-me do fato de que na última terça-feira, 20 de março, tivemos equinócio de outono encerrando o verão e dando início ao outono ao sul do equador. A quarta fotografia no comparativo acima foi feita nesta data.

 

Vamos aos fatos

Enquanto orbita o Sol, a Terra, nosso planeta, mantém o seu eixo de rotação inclinado em cerca de 23,5 graus em relação à direção normal (ou perpendicular) ao plano orbital. Assim, enquanto completa uma volta ao redor da nossa estrela, os hemisférios norte e sul do planeta têm insolação diferencial ou, se preferir, os dois hemisférios vão sendo banhados pela radiação solar em quantidades diferentes e que mudam constantemente de valor.

Para me ajudar nas explicações, valho-me de images obtidas com o simulador em Flash Seasons Simulator, gratuito e disponível na página Astronomy Education at the University of Nebraska Lincon que, se você não conhece, precisa conhecer! Instale o Flash Player no seu navegador para rodar as animações/simulações.

Começamos pela data de 20/março, terça passada, equinócio de outono no hemisfério sul. Note que os dois hemisférios do nosso planeta estão igualmente iluminados pelo Sol cujos raios incidem perpendicularmente à linha do equador terrestre. Dias e noites têm igual duração.

Equinócio de outono no hemisfério sul

Em meados de maio a Terra terá se deslocado em seu movimento de translação ao redor do Sol. Mas, pela inclinação fixa do seu eixo de rotação, os dois hemisférios (norte e sul) do planeta não estarão igualmente iluminados como estavam no equinócio (terça passada). O hemisfério norte, depois do equinócio de 20 de março, vai ficando cada vez mais iluminado pelo Sol enquanto que, ao contrário, o hemisfério Sul vai ficando com menos insolação. É como se o Sol, do ponto de vista da Terra, estivesse indo para o norte. Desta forma, os dias ficam cada vez maiores no hemisfério norte e menores no hemisfério sul. Confira na ilustração abaixo.

A Terra entre o equinócio de outono e o solstício de inverno no hemisfério sul

Ratificando a ideia, depois do equinócio de 20 de março, um observador fixo na Terra, como o “homenzinho” nas imagens (simulações) que estou usando, terá a impressão de que o Sol está cada vez mais deslocado para o norte. Este deslocamento aparente para o norte será máximo no solstício de inverno, início do inverno no hemisfério sul. Nesta data, teremos a noite mais longa (e o dia mais curto) no hemisfério sul. No hemisfério norte ocorre o oposto (dia mais longo e noite mais curta). A ilustração abaixo mostra o cenário (simulado) da Terra vista do espaço na data do solstício de inverno do hemisfério sul.

Solstício de inverno no hemisfério sul

Em pleno inverno no hemisfério sul, e antes do próximo equinócio, a Terra, nossa nave, segue em sua eterna viagem ao redor do Sol. Gradativamente o hemisfério norte vai deixando de ser mais iluminado pelo Sol que o hemisfério sul. Em meados de agosto a posição da Terra transladando ao redor do Sol pode ser conferida na ilustração abaixo.

Entre o solstício de inverno e o equinócio de primavera no hemisfério sul

Em setembro, outro equinócio, desta vez equinócio de primavera no hemisfério sul, os dois hemisférios terrestres voltam a ser igualmente banhados pelo Sol. Novamente dias e noites terão igual duração.

Equinócio de primavera no hemisfério sul

A partir do equinócio de primavera, gradativamente o hemisfério sul ficará mais iluminado pelo Sol enquanto o hemisfério norte, ao contrário, vai recebendo menos radiação solar. O Sol estará “cada vez mais conosco”, habitantes ao sul do equador. Teremos gradativamente dias mais longos e noites mais curtas por aqui até o próximo solstício. Em meados de novembro a posição da Terra em sua órbita solar será mais ou menos como podemos ver na ilustração a seguir.

Entre o equinócio de primavera e o solstício de verão no hemisfério sul

Note na imagem acima que nesta época, mais ao final do ano, o hemisfério sul já será bem mais banhado pela radiação solar que o hemisfério norte. Os dias já estarão bem mais longos do que as noites por aqui. Estaremos caminhando para a estação mais quente do ano ao sul do equador enquanto os habitantes do hemisfério norte caminham para a estação mais fria.

Confira, na ilustração abaixo, o que acontecerá exatamente no solstício de verão, início oficial do verão ao sul do equador. Nesta data teremos o dia mais longo e a noite mais curta no hemisfério sul do nosso planeta. Isso é consequência do fato de que o hemisfério sul estará muito mais banhado pelo Sol do que o hemisfério norte.

Solstício de verão no hemisfério sul

Se você correr os olhos pelas imagens acima e usar um pouco de imaginação, colocando-se no lugar do observador (“homenzinho”) posicionado ao sul do equador nas imagens (simulações), poderá tentar descobrir como ele verá o Sol nascendo a cada dia ao longo do ano, ou seja, numa volta completa da Terra ao redor do Sol. O observador terá a impressão de que o Sol, ao longo do ano, se desloca em torno do ponto cardeal leste. Logo, não nasce sempre no ponto cardeal leste como muita gente ainda acredita! Se você ou qualquer observador terrestre se der ao trabalho de ver diariamente o nascer do Sol, perceberá que nossa estrela parecerá fazer uma dança ao redor do ponto cardeal leste ao longo do ano¹.

RESUMINDO o que nos mostram as imagens (simulações) acima, tentando imaginar a visão do ponto de vista do observador (“homenzinho”) ao sul do equador:

  1. No equinócio de outono o Sol nasce exatamente no ponto cardeal leste.
  2. No solstício de inverno o Sol nasce bastante deslocado para o norte (ou à esquerda do leste).
  3. E no solstício de verão o Sol nasce bastante deslocado para o sul (ou à direita do leste).
  4. Portanto, entre o equinócio de outono (como o da última terça-feira) e o solstício de inverno, teremos a impressão de que o Sol nascerá cada vez mais à esquerda do ponto cardeal leste (a rigor para norte).
  5. Depois, entre o solstício de inverno e o equinócio de primavera, o Sol vai nascer cada vez mais perto do leste, agora deslocando-se para à direita, voltando gradativamente para o leste.
  6. No equinócio de primavera, tanto quanto no equinócio de outono, o Sol voltará a nascer exatamente no leste.
  7. Do equinócio de primavera até o solstício de verão o Sol continuará a nascer cada vez mais para a direita do leste (a rigor para o sul).
  8. No solstício de verão o Sol nascerá em seu máximo deslocamento para a direita do ponto cardeal leste (a rigor para o sul).

São exatamente os limites destes deslocamentos aparentes do Sol, datas conhecidas como solstícios e equinócios, que registrei em imagens fotográficas para compor o comparativo lá do topo do post. Deu para entender?

Agora uma dica: observe o nascer do Sol ao longo do ano. Você vai se surpreender como o ponto do nascer do Sol¹ muda a cada dia! É uma experiência divertida! E bastante didática!

 

O fenômeno visto do espaço

Confira no belíssimo vídeo abaixo, de propriedade do Earth Observatory (NASA), um registro real de imagens diárias do nosso planeta a partir do satélite geoestacionário Meteosat-9.  Note que, como nas simulações acima, a iluminação nos dois hemisférios terrestres é diferencial e gradativa. Somente nos equinócios a luz solar banha de forma igual os dois hemisférios da Terra.

O vídeo foi composto por imagens diárias registradas ao longo de um ano, entre setembro de 2010 e setembro de 2011, entre dois equinócios, passando pelos solstícios e o outro equinócio neste período.

Veja o vídeo (curtinho) outras vezes. E repare bem em como o Sol ilumina de forma diferencial os hemisférios terrestres no decorrer dos dias. Repare nos solstícios e equinócios que, para facilitar, destaquei na imagem abaixo.

Visão do espaço. A linha tracejada amarela representa o eixo de rotação terrestre


¹ Fenômeno semelhante ocorre no lado oeste, onde o Sol se põe. Eu registrei o nascer do Sol porque da janela do meu apartamento tenho visão privilegiada do horizonte leste. Quem tem preguiça de acordar cedo por tentar observar o Sol se pondo. E verá “dança” semelhante, só que em torno do ponto cardeal oeste.

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Solstício: o inverno começa hoje
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Solsticios_Equinocios

 

Hoje, 20 de junho de 2016, é a data do solstício (de inverno no hemisfério sul e de verão no hemisfério norte). E o que isso significa? Significa que para nós, ao sul do equador, vai começar oficialmente a estação do inverno. Para os moradores do hemisfério norte terá início a estação do verão. E essa mudança de estação ocorrerá exatamente às 19h35min (horário de Brasília).

A palavra solstício significa Sol parado. E o termo faz muito sentido uma vez que, do ponto de vista de um observador na Terra, o ponto do nascer do Sol parece se mover em torno do ponto cardeal leste (L), exceto nas datas dos dois solstícios anuais em que ele parece parar de se deslocar para inverter o sentido do seu movimento aparente.

Como podemos ver nas figuras acima, o Sol nasce exatamente no ponto cardeal leste (L) somente em dois dias do ano chamados de equinócios. Nos demais dias o nascer do Sol está sempre deslocado para o norte ou para o sul, dependendo da época do ano. Nos solstícios o deslocamento norte ou sul em relação ao ponto cardeal leste (L) é máximo. Quando saí de casa para o trabalho, por volta das 7h, vi o Sol nascendo, ainda baixo no horizonte, e bastante deslocado para o norte, exatamente como mostra a figura [2] logo acima.

A seguir aprofundo um pouco o tema. Acompanhe.

 

Entendendo a figura acima

As imagens acima simulam o nascer do Sol para a minha cidade, São João da Boa Vista, interior de São Paulo. Elas foram feitas com o software Stellarium, um planetário desktop freeware e opensource que roda em diversas plataformas, inclusive em dispositivos móveis. Vale a pena experimentar!

No equinócio de outono [1] no hemisfério sul o Sol nasce exatamente a leste (L). E a partir daí tem o ponto do nascer deslocado cada vez mais para o norte até o dia do solstício de inverno [2] (como hoje, 20 de junho) quando o nascer do Sol atinge máximo afastamento norte em relação ao leste (L) e, portanto, “para” de se deslocar. A partir dessa data o ponto do nascer do Sol começa a se mover para a direita (a rigor para o sul) e retorna até que no equinócio de primavera [3] coincide novamente  com o ponto cardeal leste (L). E prossegue o seu movimento aparente para a direita do observador, ou seja, cada vez mais para o sul. No solstício de verão [4] o Sol nasce no ponto de máximo afastamento sul em relação ao ponto cardeal leste (L) e, mais uma vez, “para” de se deslocar. A partir daí o nascer do Sol retorna, em movimento cada vez mais para a esquerda do observador, ou seja, para o norte, até que noutro equinócio de outono [5], um ano depois do equinócio de outono anterior [1], nasce mais uma vez exatamente a leste (L). E o ciclo se repete dessa forma a cada ano.

Observação: Optei por representar o deslocamento aparente do nascer do Sol em torno do ponto cardeal leste (L). Mas há uma simetria: efeito análogo ocorre do outro lado da esfera celeste, onde o Sol se põe, em torno do ponto cardeal oeste. Somente nos equinócios, quando o Sol nasce exatamente a leste, ele também se põe exatamente no ponto cardeal oeste. Veja as figuras a seguir, com simulações da trajetória diária aparente do Sol nas datas dos solstícios e dos equinócios para entender melhor essa ideia e, de brinde, visualizar como dias e noites têm duração diferente no decorrer do ano.

A duração dos dias e das noites

A imagem abaixo mostra (em amarelo) uma simulação do caminho aparente do Sol no céu hoje (solstício de inverno) para um observador na minha cidade, São João da Boa Vista, interior de São Paulo, na latitude de quase 23 graus sul. O disco verde representa os 360 graus de horizonte do observador que está representado bem ao centro. Indiquei pela palavra “eixo” a direção do eixo imaginário de rotação da Terra e, portanto, da esfera celeste imaginária que envolve o observador. O ponto onde o Sol nasce está sempre representado por P1 e onde se põe por P2. As marcações “P1”, “P2” e “eixo” são minhas e não do software que utilizei e indico mais abaixo.

Solsticio_I_caminho_aparente_Sol_

Note que o Sol nasce (ou começa a ascender no céu) no ponto P1 deslocado para o norte (N) em relação ao ponto cardeal leste (E de East, em inglês), como já afirmamos acima. E se põe (ou começa a ficar abaixo da linha do horizonte) no ponto P2 também deslocado para o norte (N) em relação ao oeste (W de West, em inglês).

Na verdade, se reparar bem, todo o caminho aparente do Sol no céu está bastante deslocado para o norte. Isso faz com que a porção do arco amarelo acima do horizonte fique menor do que a porção do mesmo arco abaixo do horizonte. Concorda? E o que isso significa na prática? Pense. Enquanto o Sol está acima do horizonte do observador temos luz solar, ou seja, é dia. Com o Sol abaixo da linha do horizonte será noite no local onde se encontra o observador. Logo, no solstício de inverno, se o arco amarelo acima do horizonte é mais curto do que o arco abaixo do horizonte, temos o dia mais curto do que a noite. Aproximando dia + noite = 24 h, no solstício de inverno temos um dia menor do que 12 h e, portanto, uma noite maior do que 12 h. É por isso que nessa data temos o dia mais curto do ano e, portanto, a noite mais longa.

Na próxima imagem vemos novamente em amarelo outra simulação do caminho aparente do Sol no céu num equinócio (de outono ou de primavera). Note que agora o Sol nasce exatamente no ponto P1 que coincide com o ponto cardeal leste (E) e se põe no ponto P2 que coincide com o ponto cardeal oeste (W). O arco amarelo acima do horizonte (dia) tem exatamente o mesmo comprimento do arco amarelo abaixo do horizonte (noite). Nos equinócios, que ocorrem duas vezes por ano, temos dia e noite de igual duração (12 h cada um).

Equinocio_caminho_aparente_Sol_

Analogamente, na imagem abaixo temos mais uma simulação (arco em amarelo) do caminho aparente do Sol  mas agora na data do solstício de verão.

Solsticio_V_caminho_aparente_Sol_

O Sol agora nasce com máximo afastamento sul (S) em relação ao ponto cardeal leste (E) e se põe num ponto de máximo afastamento sul (S) em relação ao ponto cardeal oeste (W). Note que agora o arco amarelo acima do horizonte e que representa o dia tem comprimento maior do que o arco amarelo abaixo do horizonte e que representa a noite. No solstício de verão temos um dia maior do que 12 h e, consequentemente, uma noite menor do 12 h. Nessa data, que marca o início do verão, temos o maior dia e a menor noite do ano.

Deu para entender como dias e noites têm duração variável ao longo de um ano?

Para instigar a sua imaginação, uma pergunta: o que aconteceria com a inclinação da trajetória aparente diária do Sol no céu (arco amarelo) se o observador estivesse numa cidade situada exatamente sobre a linha do equador terrestre? Pense!

O observador estaria numa latitude zero graus. Consegue imaginar?

As simulações abaixo ilustram a ideia.

Solsticios_Equinocios_equador

[1] solstício de inverno; [2] equinócios; [3] solstício de verão

Note que os arcos diários aparentes descritos pelo Sol não teriam inclinação, ou seja, seriam verticais (ou perpendiculares) em relação ao horizonte do observador. Mas o efeito sobre a duração dos dias e das noites seria o mesmo. Concorda?

Analisando as imagens acima podemos concluir que, quanto mais afastado um observador estiver do equador, ou seja, quanto maior a sua latitude (em graus), mais inclinadas serão as trajetórias aparentes (arcos) diários do Sol no céu. Certo?

_____________________

Gostou das simulações das trajetórias solares aparentes diárias mostradas acima? Bastante didáticas! As fiz com o aplicativo Motions of the Sum Simulator, um dos aplicativos em Flash do acervo do The Nebraska Astronomy Applet Project.  Trata-se de um material espetacular! Se você ainda não o conhece, garanto que vai gastar muitas horas se divertindo e aprendendo bastante sobre Astronomia com eles! Não tenha medo. Abra cada aplicativo e vá clicando, arrastando botões, digitando parâmetros, etc.. Experimente também o clicar/arrastar com o mouse que funciona em muitos deles, como no  Motions of the Sum Simulator em que você pode girar o horizonte do observador em 3D. É tudo bastante intuitivo. Se você tiver um bom conhecimento de inglês, ajuda. Todos os aplicativos estão originalmente em inglês.

 

Vamos aquecer o inverno?

O inverno aproxima as pessoas. Reúne amigos, familiares, gente querida. E todos buscam aconchego em um bom papo, em ambiente aquecido e de preferência com boa comida e boa bebida. Aproveite esse período especial que, no nosso país tropical, é bem curto!

E, como tudo indica que em 2016 teremos um inverno acentuadamente mais frio aqui no Brasil (já tivemos “amostras grátis” de dias bem frios ainda no final do outono), aproveite para fazer uma limpeza no seu armário e escolher alguns agasalhos velhos para doar. Não faz sentido guardar roupa ainda útil mas em desuso enquanto pessoas necessitadas estão passando frio. Não é mesmo? Já fiz isso dias atrás quando a temperatura caiu. Se todo mundo colaborar, teremos um inverno mais quentinho e, portanto, mais aconchegante e feliz para a maioria das pessoas.


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