Sistema Solar: Terra, Lua e Sol

Emerson Penedoemersonpenedo42@gmail.com

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).

O que causa as estações é o fato de a Terra orbitar o Sol com o eixo de rotação incli-nado, 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.

Estações do ano e duração dos dias em diferentes latitudes

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

Diâmetro equatorial: 3474,8 KmVolume: 22.000.000.000 Km³Massa: 74.000.000.000.000.000.000.000 Kg

Características:

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 mmeia-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 CheiaNa 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 eem 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 aproximada-mente 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 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.

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.

Efeito das MarésMarés 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.

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

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 TerraOutro 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 comcom 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(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!Acompanhem a nossa página do Facebook para mais atualizações!