sistema_solar - com correções

CAPA COLORIDA

SiStema Solar

LICENCIATURA PLENA EM CINCIAS NATURAIS E MATEMTICA - UAB - UFMT

Cuiab , 2009

Instituto de Cincias Exatas e da Terra (ICET) Av. Fernando Correa da Costa, s/n Campus Universitrio Cuiab, MT - CEP.: 78060-900 Tel.: (65) 3615-8737 www.fisica.ufmt.br/ead

SiStema Solar

AutorDenilton Carlos GaioInstituto de Fsica / UFMT

C o P y R I g H T 20 09 UAB

Corpo editorial D e n i s e Va r g a s C a r l o s r i n a l D i i r a m a i a J o r g e C a b r a l D e Pa u l o m a r i a l u C i a C a Va l l i n e D e r

P r o J e t o g r f i C o : PA U L o H . Z . A R R U d A / E d U A R d o H . Z . A R R U d A r e V i s o : d E N I S E V A R g A S s e C r e ta r i a : N E U Z A M A R I A J o R g E C A B R A L C a P a : X X X

FICHA CATALOGRFICA

p r e f C i o

O

c e u p r e - h i s t Or i c O

S

e havia razes prticas para o homem pr-histrico dirigir seu olhar de modo sistemtico ao cu noturno, difcil dizer. O que se sabe, e disso h registros, que o fez. Na Inglaterra, no condado de Wiltshire, ergue-se imponente um monumento megaltico1 da Idade do Bronze, conhecido como Stonehenge datado de 3100 a.C. (FIGURA 1). Esse crculo de pedras de 97,54 metros de dimetro foi, provavelmente, projetado para permitir a observao de fenmenos astronmicos, tais como os solstcios2 de vero e inverno e os eclipses3 (Ronan, 2001).

Figura 1 - Observatrio astronmico pr-histrico de Stonehenge Inglaterra. Fonte: Wikipedia, 2009a O crculo de Goseck, na Alemanha, o mais antigo instrumento de observao do cu da Europa e data de 4100 a.C. (FIGURA 2), antes mesmo da inveno da escrita, que se deu na Mesopotmia e no Egito, aproximadamente, em 4000 a.C.. Essas construes talvez tenham sido erigidas apenas pelo fascnio ao cu estrelado, ou talvez para o culto de deuses, mas no h como negar sua utilidade. Ao desenvolvimento da astronomia4 segue-se o do calendrio e o das atividades humanas que dele dependem, como a pesca e a agricultura. O cu estrelado sempre fonte de inspirao ao artista ou ao poeta que pode at ouvir estrelas.1 Monumento pr-histrico feito de grandes blocos de pedra. 2 Solstcio a poca do ano em que o Sol possui a sua maior declinao. Quando ao norte (austral) temos solstcio de vero no hemisfrio norte. As noites so curtas e os dias mais longos, e de inverno no hemisfrio sul (noites longas e dias curtos). Quando a maior declinao solar ao sul (boreal), d-se o solstcio de vero no hemisfrio sul e de inverno no hemisfrio norte. Declinao solar de cada ponto sobre a superfcie da Terra o menor ngulo formado entre as direes vertical e da posio solar (o que acontece ao meio-dia verdadeiro a cada dia). J o equincio a poca do ano em que se registra igual durao do dia e da noite. Pode ser de primavera ou de outono. Quando primavera no hemisfrio norte, outono no sul e vice-versa. 3 Eclipse: fenmeno em que um astro deixa de ser visvel, totalmente ou em parte. Nos eclipses solares, a Lua se inter-pe entre o Sol e a Terra. Nos eclipses lunares, a Lua deixa de ser iluminada ao colocar-se no cone de sombra da Terra. 4 Cincia que estuda os astros, isto , os objetos celestes naturais. Sua constituio, posies e movimentos no cu.

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Vi i

B A A

B

(a) (b) F igura 2 - CirCulo de goseCk. no solstCio de inverno, os raios de sol entram pelos portes laterais (a e b) ao amanheCer e ao entardeCer.Fontes: (a) storial, 2005; (b) Wikipedia, 2009.

A indissiocibilidade entre o encantamento e a praticidade da cincia tem nos acompanhado e quando o tema o cu, no h limites. Esperamos que assim se d com seu aprendizado sobre a Terra e o Sistema Solar. Neste fascculo estudaremos o Sol e a dinmica dos corpos que a ele orbitam. O estudo da astronomia tem se revelado um espelho: quanto mais observamos o cu, mais entendemos o planeta em que vivemos. Deixe-se arrebatar pelo fascnio de um cu estrelado e, ao mesmo tempo, procure desenvolver referenciais espao-temporais de localizao da Terra no espao e dos espaos sobre a Terra; da marcao do tempo e o entendimento das foras que regem o movimento dos corpos do Sistema Solar.

F igura 3 Cu estrelado Tela do pintor holands, Van Gogh, de 1889. Pintava Vnus, e outros planetas, como estrelas com grandes halos amarelos. Fonte: Esteves, 2001. 8 Vi i i| Cincias Naturais e Matemtica | UAB

Sumrio

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

introdu o Sol C ar aC ter StiC aS G er aiS te r r a o S o u t r o S p l a n e ta S r o C h o S o S oSp l a n e ta S G a S o S o S aneS doS

1 11 p l a n e ta S 19 25 53 61 75 79 93 95

p l a n e ta S

pequenoS CorpoS

ConCluSo refernCiaS BiBlioGrfiCaS

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iX

i ntro du o1.1. a t e r r a eSfriCa

1

primeiro a propor a esfericidade da Terra foi Parmnides (514-450 a.C.) e a situou no centro do Universo. Se acertou na sua forma, no foi por questes geomtricas ou astronmicas, mas sim por preferncia simetria e ao equilbrio. Para os gregos, a esfera a forma mais perfeita do Universo. Para muitas crianas difcil entender a esfericidade da Terra. Se a Terra esfrica, onde estamos ns? Na superfcie ou dentro dela? Se estamos sobre a superfcie, por que quem est no hemisfrio sul no cai da Terra?5 Graas gravidade, uma fora que mantm a todos sobre a superfcie do planeta. Um fio de prumo define uma reta vertical na direo do centro da Terra porque o corpo na ponta do fio , para l, atrado. Por isso ns no camos da Terra e sim para a Terra. Todos os corpos pesados6 ou graves, como eram chamados na antiguidade, caem em direo ao solo, porque so atrados pela Terra. Assim, esta fora chamada gravitacional porque age sobre os graves. Os corpos que ascendem na atmosfera, como a fumaa de uma fogueira, eram chamados de leves A fora gravitacional age sobre todos os corpos. Uma bexiga cheia de gs tambm atrada pela Terra, mas sofre uma fora para cima maior que seu peso, devido estar mergulhada na atmosfera. O nome dessa fora empuxo e foi estudada pela primeira vez por Arquimedes, que, quando a entendeu saiu rua gritando eureka, que em grego quer dizer descobri. Todos ns j a experimentamos. Ao mergulharmos em uma piscina com os pulmes cheios de ar, fcil ficar boiando na superfcie da gua.

A

F igura 4 - o sentido vertiCal para Cima aponta (em todos os pontos sobre a superFCie da terra) do Centro da terra5 Alguns modelos mentais alternativos sobre a forma da Terra so resistentes e sobrevivem at no adulto (Vosniadou e Brewer,1992). 6 O correto dizer: os corpos mais densos que o ar descem e os menos densos que o ar ascendem na atmosfera.

para as estrelas no alto de nossas Cabeas.


1

A fora gravitacional nos fornece uma primeira referncia espacial: para cima e para baixo (FIGURA 4) Como sabemos qual a direo vertical e os sentidos para cima e para baixo, mesmo de olhos fechados? Na nossa cabea, no ouvido interno, h um sistema de equilbrio que funciona com base na fora gravitacional (Na plataforma, h uma leitura complementar a respeito desse sistema). A Terra formou-se da aglutinao de matria a partir do seu centro, devido a atrao gravitacional, simetricamente em todas as direes. Assim, tambm a gravidade, que determinou a esfericidade da Terra. Com estas certezas: a Terra esfrica e toda estaca inserida verticalmente no cho apontar para o centro do planeta, Eratstenes mediu o raio da Terra. Se tiver dvidas, reveja, no Fascculo 1 Idade Antiga e Primitiva (PAULO, 2009), os detalhes dessa impressionante medida realizada por esse grego, que viveu em Alexandria entre 275 e 194 a.C. A fora gravitacional modelou tambm outos astros: o Sol e a Lua tambm so esfricos. Mais que isso: a fora gravitacional a interao entre os corpos celestes responsvel pela arquitetura do Universo: Galxias, Nebulosas, Sistemas Estelares possuem a forma de discos, enquanto que estrelas, planetas e satlites so esfricos. Foi Sir Isaac Newton quem formulou a Lei da Gravitao Universal. O que uma lei fsica? Segundo o Aurlio (2004), lei natural uma frmula geral que enuncia uma relao constante entre fenmenos de uma dada ordem. No caso, a lei da gravitao universal por ser uma regra que se aplica a todos os corpos do Universo. Para ns, atualmente, parece bvio, mas no era assim antes de Newton. Pensava-se que os corpos abaixo da Lua tinham um comportamento diferente daqueles que estavam acima da Lua. No fascculo sobre a cincia na antiguidade voc pode acompanhar um pouco essa transio da cincia aristotlica para a cincia newtoniana.

F igura 5 - representao piCtriCa do Campo gravitaCional da terra. a direo radial e o sentido Convergente das FleChas indiCam a direo e o sentido da Fora que a terra exerCe sobre os Corpos. a intensidade da Fora representada pelo Comprimento das FleChas, isto , quanto mais prximo da superFCie da terra, mais intenso o Campo gravitaCional. [Crditos do autor]

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1. 2 . a t e r r a

Gira em torno do

Sol

Se voc pensa que antes de Coprnico (1473-1543), toda a humanidade acreditava no geocentrismo, enganouse redondamente. Na antiga grcia, vrios foram os sbios que estavam certos de que a Terra gira ao redor do Sol e sobre si mesma. Dentre eles, vale citar Pitgoras de Samos, que viveu entre 580 e 500 a.C. Em sua cosmogonia, as estrelas seriam imveis; a Terra, a Lua, o Sol e os cinco planetas giravam em torno de um fogo central, localizado no centro do Universo. O nmero perfeito de dez esferas seria completado pela Antiterra, a qual, assim como o foco central no se podia ver (MARTIN, 2009). Tambm Aristarco em 280 a.C. defendia o sistema heliocntrico (PAULO, 2009) No apenas a Terra, mas um sistema com milhes de objetos astronmicos giram ao redor de uma estrela alaranjada com 4,5 bilhes de anos. Desses objetos, os principais retrado de CoprniCo, em so os oito planetas e seus satlites, os cinco planetas anes atualmente conhetorun - polnia, 1580 cidos, podendo chegar a uma centena; cometas e as nuvem de meteoros todos descritos neste fascculo. Qual a razo para que todos esses corpos mantenham-se unidos, girando em torno de um ponto? A fora gravitacional os mantm unidos. O Sol est no centro do sistema desde a sua formao a partir da nebulosa primordial e tem a maior concentrao de massa tambm devido a fora gravitacional. Todos os corpos giram ao redor do Sol e em torno de si mesmos, como um peo. Voc pode perguntar: esses corpos, assim como o peo, vo parar de girar? A resposta : a velocidade de rotao est diminuindo. Todos os corpos esto dissipando a energia cintica de rotao. Porm, muito lentamente. O movimento de todos os corpos depende, sobretudo, da interao gravitacional entre eles e, lgico, de suas velocidades, isto , de suas energias cinticas7. A partir da Lei da Gravitao Universal e da informao dos perodos orbitais possvel determinar sua posio em cada instante. Mas no foi assim que aconteceu com respeito ao conhecimento humano. Primeiro foi necessrio uma grande catalogao das posies de cada astro no cu, at que Newton pudesse determinar essa lei do movimento (gravitao). Essa histria voc j conhece um pouco: Baher, Kepler, Coprnico, Galileu e Newton. Todavia, o primeiro captulo deu-se na antiguidade com o advento do calendrio.

1. 3. C a l e n d r i oAno o perodo de tempo necessrio para que a Terra d uma volta em torno do Sol. Se pudssemos olhar de fora do Sistema Solar seria bem mais fcil cronometrar as voltas que a Terra d. Todavia, o calendrio, esse sistema de contagem de tempo, foi inventado com base no movimento aparente do Sol e das estrelas, sem empregar qualquer teoria a respeito da posio do Sol e da Terra.

7 Alm da energia, tambm os momentos, linear e angular, so grandezas fsicas chamadas de condies dinmicas do sistema, pois regem o movimento de qualquer sistema de partculas. Isso voc ver em um fascculo futuro.

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Os calendrios podem ser lunares ou solares. Os primeiros sincronizam os meses com os ciclos da Lua e os segundos sincronizam o ano com o ciclo do Sol. H calendrios que combinam os dois anteriores, chamados Luni-Solares, e os arbitrrios, para os quais no h sincronias, nem com o Sol, nem com a Lua. A palavra calendrio tem origem no termo latino calendae que era a denominao do primeiro dia do ms romano. No ocidente o calendrio que utilizamos chamado gregoriano, pois foi adotado a partir de uma bula do Papa Gregrio VII.O Primeiro Calendrio

Foram os sacerdotes-astrnomos do antigo Egito, apesar do foco da astronomia egpcia ser o entendimento da vida ps-morte, que elaboraram o mais sofisticado calendrio do mundo antigo. Os documentos egpcios antigos que descreviam o cu, continham uma representao puramente simblica do universo, povoado por deuses e deusas. No papiro Greenfield, como chamado o papiro funerrio da princesa Nesitanebtashu, datado de aproximadamente 970 a.C., o cu, que o corpo da deusa Nut sustentado pelo deus do ar, Chu, e embaixo o deus Geb, deitado de lado representa a Terra. A pouca relao dos desenhos com o aspecto fsico do cu revelam o real interesse dos egpcios pela astronomia. As constelaes, no entanto, eram usadas para se determinar o movimento aparente do Sol atravs do cu no decorrer do ano. Dado que o Sol percorre 360 graus em 365 dias, a cada dia, o Sol avana aproximadamente um grau nesse movimento.

papiro Funerrio da prinCesa nesitanebtashru, datado de aproximada-mente 970 a.C. o Cu, que o Corpo da deusa nut sustentado pelo deus do ar, Chu e embaixo o deus geb, deitado de lado representa a terra. Fonte: museu britniCo (WWW.britishmuseum.org).

F igura 6 - papiro greenField. museu britniCo -

Existe um mito egpcio que podemos recorrer para lembrar desse fato. Shu e Tefnut, os filhos de R, geraram a deusa do cu (Nut) e o deus da terra (Geb). No incio dos tempos, quando o ano tinha 360 dias, cu e terra estavam unidos em um grande abrao. Por cimes, o grande deus R lanou, sobre Nut, um castigo pelo qual a deusa

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no poderia procriar em nenhum ms ou ano: fez com que Chu (o ar) a segurasse nas alturas com seus braos. Nut permitia que as estrelas passeassem por seu ventre, para que pudesse ficar visvel para Geb, o seu amado, e por isso o cu estrelado. O deus Thot, que governa o tempo, em um jogo com a Lua, cujas fases ritmam os dias e as noites, ganhou-lhe cinco dias, acrescentou-os aos trezentos e sessenta dias do ano. Dessa forma Nut pode gerar filhos. No primeiro dos novos dias nasceu Osris, pai da humanidade. O conhecimento do perodo exato que corresponde a um ano era de fundamental importncia para a economia egpcia regida sobretudo pelas cheias anuais do Nilo. Os egpcios antigos observaram que a inundao anual do Nilo coincidia (...) com o aparecimento, antes da alvorada, no horizonte oriental, de Sirius (conhecida pelos egpcios como Sotis), a mais brilhante estrela do cu (...). Este nascimento helaco8 de Sirius veio a se chamar O Iniciador do Ano e o calendrio civil foi a ele associado (Ronan, 2001:24). Algumas construes egpcias monumentais alinhavam-se com Sirius. Construdo em 54 a.C., o eixo sagrado do templo de Hathor em Dendera dado pela orientao de Sirius. thot, o deus da lua em sua A observao do nascimento helaco de Sirius, aps alguns anos, perForma Com Cabea de bis. Fonte: http://WWW.anCientmitiria facilmente a determinao do ano de 365 dias. Porm, o ano solar egypt.org/index.html exato de 365 dias, 5 horas, 48 minutos e 46 segundos, e o fato de os egpcios ignorarem essas horas fazia com que o calendrio se atrasasse aproximadamente um dia a cada quatro anos. Hoje, ns sabemos como corrigir esse erro. Basta introduzir um dia extra a cada quatro anos. Mas os egpcios no o fizeram e o calendrio civil gradualmente deixava de acompanhar as estaes. Alm do calendrio civil, havia o calendrio lunar, em que o ano era dividido em 12 meses com 29 e 30 dias intercalados de modo a acompanhar, a cada dois meses, o ciclo das fases da Lua de 29 dias e meio. Porm, tem-se assim apenas 254 dias. Acrescentava-se um ms adicional de 11 dias a cada ano, ou de 22 dias a cada dois anos ou ainda de 33 dias a cada trs anos para se fazer coincidir os dois calendrios.Calendrio Romano

O calendrio romano data da fundao de Roma, cerca de 753 anos a.C. Inicia-se com um ano de 304 dias, divididos em 10 lunaes (ou meses). Foi Numa Pomplio, segundo rei de Roma, quem fez a primeira reforma do calendrio por volta de 713 a.C., baseando-se no calendrio grego. Adicionou os meses de Januarius (29 dias) e Februarius (28 dias), aumentando o seu tamanho para 355 dias, transformando-o em um calendrio luni-solar, mantendo os incios dos meses coincidindo com os incios das fases da Lua. Para completar o ano solar, assim como os egpcios, adicionava um ms extra, chamado Mercedonios, de 11 dias a cada ano, ou 22 dias de dois em dois anos.8 Nascimento helaco de um astro o aparecimento (nascimento) simultneo do astro e do Sol no horizonte leste.


5

Os meses romanos so: Martius (em celebrao ao deus Marte, pai de Rmulo e Remo o ano comeava em 15 de maro), Aprilis (Segundo a hiptese mais plausvel, tem origem em aphro, a espuma do mar grego , que deu origem a deusa Aphrodite), Maius (deusa Maia), Iunius (deusa Juno me dos deuses), Quintilis, Sextilis, September, October, November, December (quinto a dcimo ms), Januarius (deus Jano de duas faces, representando o incio e o fim) e Februarius (ms dos festejos de fertilidade da deusa Februa, sobrenome de Juno). Na Wikipdia (http://pt.wikipedia.org/wiki/Dias_da_semana), encontram-se os significados dos nomes dos dias da semana. Era natural que os nomes dos dias da semana na antiguidade fossem em homenagem aos deuses representados pelos astros, afinal as senanas marcam as fases da Lua. Os anos bissextos s foram introduzidos no ano 46 a.C em Roma, por Jlio Csar. Adotou-se um ano solar de 365 dias, dividido em 12 meses de 30 ou 31 dias. Assim como hoje, a exceo fevereiro que possui 28 dias ou 29 nos anos bissextos de 366 dias a cada quatro anos, de forma que o ano mdio era de 365,25 dias. Jlio Csar mudou o nome do quinto ms para Julius e, seu sucessor Otvio Augusto, nomeou o sexto ms para Augustus em sua prpria homenagem. Tambm cuidou para que agosto tivesse o mesmo nmero de dias que o ms de julho. Como o ano trpico de 365,2422 dias e no os exatos 365,25 em 577, o equincio da primavera no hemisfrio norte dava-se em 11 de maro em vez de 21, como tinha sido fixado pelo conclio de Niceia, para base da determinao da Pscoa. Em 1582, o papa Gregrio XIII, aconselhado pelos mais esclarecidos astrnomos de seu tempo, em especial, pelo astrnomo e mdico de Verona, Luigi Llio, obteve o acordo dos principais soberanos catlicos e, por meio da Bula Inter Gravssimas, de 24 de fevereiro, decretou a reforma do calendrio, que passou em sua homenagem, a chamar-se gregoriano, utilizado at hoje no mundo ocidental. Esta reforma devia coordenar a durao do ano civil com a do astronmico, de tal forma que os dias da mesma denominao, correspondessem, termo mdio, s mesmas temperaturas e que os trabalhos agrcolas pudessem ser sempre regulados pelas datas do ano civil. (Almanaque de Cincia Popular, 1956).

1. 4 . o S i S t e m a S o l a r

e o e X p l e n d o r d o e S pa o S i d e r a l

Nos livros, as imagens do Sistema Solar mostram o Sol e os planetas com suas trajetrias denotadas por uma linha curva, igual a da FIGURA 7. uma linda imagem, mas claro que no isso que vemos quando olhamos para o cu. Da Terra, a olho n, s vemos o Sol e a Lua; uma infinidade de estrelas, das quais, cinco peregrinam no pano azul noturno, onde esto, todas as outras, fixas. So elas os cinco planetas9 visveis a olho n: Mercrio, Vnus, Marte, Jpiter e Saturno.9 A palavra planeta, em grego, quer dizer estrela errante, isto , que se movimenta com relao ao fundo do cu. Existem as estrelas fixas, que so realmente estrelas: grandes massas de gases em combusto atmica. A palavra sideral refere-se a todas as estrelas, fixas ou errantes.

6


So essas estrelas que formam as oitenta e oito constelaes. O que so constelaes? So agrupamentos aparentes10 de estrelas. Os antigos astrnomos deram nomes para elas de acordo com a semelhana com figuras de objetos, pessoas, animais ou seres mticos. Sem luneta ou telescpio, possvel ver 1000 a 1500 estrelas em uma noite escura. Cada estrela pertence a alguma constelao. Tambm podemos chamar de constelao, a regio do cu que esses agrupamentos de estrelas ocupam. Separar o cu em pores menores nos auxilia a nos orientar. O Cruzeiro do Sul, por exemplo, nos permite determinar a posio do Polo Sul Celeste. Alm da direo vertical determinada pela gravidade, temos duas outras orientaes essas, sobre a superfcie da Terra: norte-sul e leste-oeste. A rosa dos ventos um instrumento de navegao, no qual os pontos cardeais, isto , as direes fundamentais, formam ngulos retos entre si [FIGURA 8]. Assim como fazemos com a Terra, podemos, a partir do equador celeste, dividir o cu em dois hemisfrios: norte e sul.

Lu ao Uran

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Mar te

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Sat urno

Vnus

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Cometas

F igura 7 o sol, seus oito planetas e pluto, que at 2007, ainda era Considerado um planeta. hoje, est na Categoria de planeta-ano. Fonte: nasa O equador celeste uma prolongao do equador terrestre. De acordo com a posio no cu, as constelaes podem ser Austrais, quando esto no hemisfrio sul celeste, ou Boreais, no hemisfrio norte. Algumas constelaes esto no equador celeste e so chamadas de equatoriais. Porm, treze constelaes so especiais: ries, Touro, Gmeos, Cncer, Leo, Virgem, Libra, Escorpio, Serpentrio, Sagitrio, Capricrnio, Aqurio e Peixes. Com exceo do Serpentrio, so conhecidas como zodiacais. Os antigos povos do frtil do Nilo, da Mesopotmia e do Mediterrneo observa10 visada. Duas estrelas podem estar distantes uma da outra, e parecerem muito prximas por estarem na mesma linha de

sol

Jpiter


7

ram que ao olharmos para o cu, encontramos o Sol, a Lua e os planetas sempre sobre algumas dessas constelaes. As constelaes zodiacais formam uma faixa por onde passa o Sistema Solar. Para esses povos, as luzes no cu so expresses dos deuses e desta forma devem nos dizer alguma coisa. Assim pensavam e criaram a astrologia, que pretende, a partir da posio dos planetas no cu, prever o futuro de pessoas ou pases11. O significado atribudo a cada constelao est relacionado com a poca do ano em que se d o seu nascimento helaco. As constelaes so, portanto, no apenas uma referncia espacial, mas tambm temporal. A constelao de Touro, por exemplo, marcava o incio das chuvas no hemisfrio norte, assim, o Touro em vrios mitos gregos est ligado s guas. As relaes Cu-Terra presentes na cosmogonia12 de diversos povos tm funo no apenas mtica, mas garantem explicaes para fenmenos terrenos. Explanam, sobretudo, as mudanas climticas devido ao movimento aparente do cu (causado pelo movimento peridico da Terra em torno do Sol). No artigo Sociedade e Natureza: da Etnocincia Etinografia de Saberes e Tcnicas, o fsico Marcio Campos (1995: pp 48 a 51) relata o mito Kuikru (Alto Xingu), do Caminho da Siriema, que trata das mesmas estrelas principais do mito grego de Touro e do mesmo fenmeno climtico: a chegada das chuvas.Mito Grego: O Rapto de Europa

Europa, filha de Telfassa e Agenor, rei da Fencia, era to bela e alva, que suspeitavam que uma das aias de Hera (Juno para os romanos) houvesse roubado a maquiagem da deusa para d-las a Europa. Um dia, quando brincava beira-mar com suas companheiras, Zeus a viu e se encantou com sua beleza. Determinado a conquist-la, transformou-se em um touro branco de cornos semelhantes Lua Crescente. Zeus deitou-se aos ps de Europa com um ar doce e carinhoso. A princesa assustada, porm, encantada com o animal, ornou-o de guirlandase sentou-se sobre o seu dorso. Imediatamente, o touro lanou-se ao mar, chegando at a ilha de Creta. Retornado forma humana, Zeus desposou Europa, com quem teve trs filhos.O Touro que seduziu Europa tornou-se uma constelao colocada entre os signos do Zodaco. Os outros mitos referentes s constelaes zodiacais podem ser encontrados em livros de uranografia. O stio Uranometria Nova (2009) contm suas verses mais conhecidas (Oliveira, 2009). Esses mitos so fonte de interesse para os alunos e, portanto, de motivao. O mito de virgem, em especial, uma alegoria ao movimento orbital da Terra.11 Voc j deve ter prestado ateno ao seu horscopo. Por exemplo, voc que nasceu com Jpiter em ries um ser otimista e extrovertido. Algumas pessoas acreditam nessas previses. Porm, no h qualquer trabalho cientfico que comprove sua eficcia, o que tambm no probe ningum de acreditar. 12 Palavra de origem grega que significa origem do universo. A cosmogonia de um povo a sua forma de explicar a origem do mundo.

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Maquete do Sistema Solar

Um instrumento didtico importante para o entendimento do movimento, com relao s estrelas fixas, dos planetas do sistema solar a maquete13. Existem duas possibilidades de construo da maquete. A primeira consiste de um anel com as imagens das constelaes zodiacais e, no interior do anel, o Sol (ao centro) e os planetas desenhados em plaquetas ou representados por esferas suportadas por pequenas hastes que saem de uma base que representa o plano da eclptica14. Na plataforma h uma explicao de como construir esse planetrio. Na FIGURA 9 h um esquema do mecanismo da segunda forma do planetrio: sistema de eixos e engrenagens de modo que as rbitas dos planetas, bem como as distncias relativas, estejam em escala. Na FIGURA 10, tem-se a fotografia de um desses planetrios do sculo XIX.Saturno e oito luas Marte e duas luas Mercrio Sol Urano e quatro luas

Netuno e uma lua

Terra

Vnus Lua

Jpter e nove luas

Manivela

Mecanismo de engrenagens

F igura 10 planetrio utilizado no sC. xix para o ensino da astronomia. Fonte: lippiCott, 1995.

Terra

Eixo metlico mvel com centro na Terra Sol

F igura 9 esquema dos meCanisEixo de madeira mvel com centro na Terramos utilizados para demonstrar o movimento da terra e da lua.

13 H quem chame a maquete de planetrio. De fato, planetrio um anfiteatro em forma de abbada, dotado de mecanismo de projeo do movimento dos astros. 14 Plano da rbita da Terra. Tem esse nome porque quando a Lua cruza este plano, podem acontecer os eclipses.


9

1. 5. a n o i n t e r n a C i o n a l

da

a S t r o n o m i a : 20 0 9

H 400 anos a nica forma de se observar o cu era a olho nu. Todavia, um homem revolucionou o modo de se observar o cu e, com isso, mudou tambm o modo da humanidade ver o mundo e a si prpria: o italiano Galileu Galilei (1564-1642). Galileu soube da notcia que, em outubro de 1608, o fabricante de lentes holands Hans Lippershey (1570-1619) patenteou um aparelho constitudo de uma combinao de lentes, que fazia com que objetos distantes parecessem mais prximos. No mesmo ano, construiu seu prprio instrumento que aumentava nove vezes e, em 1609, construiu outro cujo aumento era cerca de 30 vezes. Com essa luneta, Galileu descobriu um universo logotipo oFiCial do ano internaCional da inimaginado para a poca. Descobriu as crateras e montanhas da Lua; que astronomia a Via-Lctea, no era um gs ou um lquido espalhado pelo cu, mas se consistia em milhares de estrelas e que o cu possua muito mais estrelas do que se podia ver a olho desarmado. A luneta de Galileu tambm revelou que os planetas Mercrio e Vnus apresentavam fases assim como a Lua. Segundo o prprio Galileu, entretanto, seu maior feito foi a descoberta de novos planetas ao redor de Jpiter. Se apontarmos uma simples luneta para Jpiter veremos quatro de seus satlites: Io, Europa, Ganimedes e Calisto. Esses so chamados de galileanos por terem sido descobertos e nomeados por Galileu. Na poca, a discusso entre os defensores do heliocentrismo e os do geocentrismo estava acalorada. A tese da Igreja que o homem, criado semelhana de Deus, deve estar no centro do Universo, portanto, todo o Universo deve girar ao seu redor. A descoberta das luas de Jpiter colocava em cheque o geocentrismo. Em maro de 1610, Galileu publicou um pequeno livro: Sidereus Nuncius O mensageiro das estrelas, reunindo suas descobertas astronmicas. A defesa que Galileu fez de suas ideias e do heliocentrismo, o levou a ser perseguido pela Igreja. No tribunal da Santa Inquisio, foi obrigado a abjurar suas ideias e ficou em priso domiciliar pelo resto de sua vida. H uma lenda que diz que, ao se levantar, aps ter negado tudo que tinha defendido durante a vida, Galileu murmurou: E pur, si muove! e, no entanto, ela se move!, referindo-se Terra. Morreu aos 78 anos em Florena, Itlia, completamente cego, em 8 de janeiro de 1642 (Oliveira, 2009) Para comemorar os 400 anos das primeiras observaes de Galileu, a ONU declarou 2009, o Ano Internacional da Astronomia.

10


Sol Mas renova-se a esperana. Nova aurora15 a cada dia E h que se cuidar do broto. Pra que a vida nos d flor e fruto.Corao de estudante - milton nasCimento

2

o centro do Sistema Solar h uma estrela: o Sol. Com idade de cerca de 4,5 bilhes de anos. Sua massa 333 mil vezes a da Terra (2 trilhes de toneladas). E seu dimetro 1.400.000 km, que lhe confere um volume cerca de 1.300.000 vezes o da Terra e uma densidade mdia de 1,41 g/cm3. O campo gravitacional 28 vezes o terrestre. No incio do sculo XX, astrnomos do observatrio de Harvard classificaram as estrelas de acordo com sua luminosidade16. O Sol caracteriza-se por ser uma estrela an amarela com temperatura em torno de 6000 K ( .5723 C). Por isso, considerada da classe espectral G2, com magnitudes17 aparente igual a 26,86 e absoluta de + 4,71. A luminosidade da superfcie 4 x 1026 W/m2. Na mitologia grega, Hlios, o deus que tudo sabe e tudo v. Filho do tit Hiprion e da titnia Tia, o mais belo e amvel dos deuses, protetor da poesia, da eloqncia, das artes e da medicina. Ao amanhecer, precedido por sua filha Aurora. Diariamente transporta o carro do SOL para o alto dos cus em sua carruagem puxada por seus quatro cavalos (Pyrois, Eos, Aethon e Phlegon) e, ao anoitecer, o guarda atrs das montanhas. Cada ms, seu carro visita um dos doze palcios que compem um crculo ao redor da Terra as doze casas zodiacais. Alguns Dados Orbitais: 1. Rotao: nos plos de 34 dias e no equador de 24 dias e 6 horas; 2. Inclinao do eixo em relao eclptica: 7 15 3. Posio na Galxia: 30.000 anos-luz distante do centro da galxia; 4. Revoluo na Galxia: 225.000 anos; 5. Velocidade na Galxia: 2.150 km/s;15 O Sol simbolo de vida e o seu nascimento, todas manhs, sinnimo da mais plena renovao. 16 Na plataforma, h contedo complementar sobre essa classificao. 17 Magnitude aparente de um astro uma escala de comparao do seu brilho com uma estrela de primeira grandeza. Sirius, a alfa da constelao do co maior

N


11

2 .1. C e n t r o

de maSSa do

SiStema Solar

Devido a massa to grande do Sol, todos os corpos do Sistema Solar giram ao seu redor. Para ser exato, todo o sistema gira em torno de um eixo que passa pelo centro de massa. O que o centro de massa? Vamos fazer uma atividade que nos permita observar algumas das propriedades deste ponto especial de um corpo rgido. Prenda, nas extremidades de uma haste, duas esferas de massas diferentes. As esferas podem ser de madeira, massa plstica, metal etc. Amarre um cordo no meio da haste (letra a). Ponha o sistema para girar em torno do cordo (para isso, basta, com a outra mo, torcer o cordo). As trajetrias dos centros das esferas formaro dois crculos horizontais: um sobre o outro (letra b).

F igura 11 observando o Centro de massa [Crditos do autor]

H um ponto sobre a haste, em que o cordo a sustentar, no qual a haste ficar na horizontal (letra c). Diz-se: o sistema est em equilbrio. Posto o sistema para girar em torno do cordo, os centros das esferas estaro sempre em um mesmo plano (horizontal). Este ponto da haste, em que o cordo est preso, o centro de massa do sistema (CM). Se voc, por exemplo, soltar o cordo da haste e atirar o sistema para cima, ir observar que o sistema ir girar em torno desse ponto (letra d). Observa-se tambm que quanto maior for a massa de uma das esferas, em comparao com a outra, o centro de massa ser mais prximo da esfera mais pesada. Em resumo: (i) um sistema isolado (aqui no caso, sem o cordo) ir girar em torno do centro de massa; (ii) o centro de massa est mais prximo da esfera de maior massa; (iii) se a esfera de maior massa for grande o suficiente, o centro de massa poder estar no seu interior ( semelhana do que acontece com o sistema solar, no qual, o Sol possui 99% da massa de todo o sistema e, portanto, todo o sistema gira em torno de um ponto muito prximo do centro do Sol).

2.2. eStrutura

do

Sol

O Sol em seu interior possui trs camadas: ncleo, zona radioativa e zona convectiva. No exterior solar, alm da superfcie (fotosfera), a atmosfera solar dividida tambm em duas camadas: cromosfera e coroa solar. 12


O interior no pode ser observado de forma direta. O que se conhece obtido por meio de modelos tericos ou observaes indiretas, principalmente por meio da heliosismologia. A produo de energia no ncleo faz com que existam ondas ssmicas18 percorrendo o Sol at a superfcie. Pode-se conhecer seu interior da mesma maneira que o estudo sismos na Terra permitem conhecer o interior do nosso planeta. A superfcie solar facilmente observada, dada que a atmosfera solar pouco densa. Para se observar a atmosfera solar necessrio instrumentos especiais ou aguardar-se um eclipse total do Sol, quando a Lua esconde a fotosfera revelando a cromosfera e a coroa solar.

Zona Convectiva Zona Radioativa

Proeminncias

Ncleo

Manchas Solares Fotosfera Cavidades da Coroa Cromosfera

Labareda

Coroa

2 . 2 .1. n C l e o S o l a r

18 Ondas mecnicas (semelhantes ao som) que percorrem a Terra (ou outros astros, como o Sol), devido liberao de uma grande quantidade de energia em um ponto, foco do sismo. 19 O hidrognio e o hlio so os dois elementos qumicos mais simples que existem. O hidrognio composto de um prton e um eltron ligados por foras eltricas, enquanto que o hlio possui um ncleo com quatro partculas (2 prtons e 2 nutrons) e dois eltrons em sua eletrosfera. Prton uma partcula elementar de carga eltrica +1, enquanto que o nutron no possui carga. Uma partcula alfa o ncleo do tomo de hlio. 20 A luz, assim como todas as radiaes eletromagnticas, so a propagao dos campos de fora eltrico e magntico simultaneamente na forma de ondas. Ao conjunto completo das radiaes eletromagnticas d-se o nome de espectro eletromagntico. Radiao Gama a faixa mais energtica do espectro, com freqncias da ordem de 10-12 Hz.

A grande quantidade de massa solar tambm determina que, no interior do Sol, haja uma fornalha atmica. O livro Colapso do Universo do fsico russo naturalizado norte americano, Isaac Asimov (1982) um bom ttulo para quem quer entender um pouco mais sobre o grande poder da fora gravitacional. O peso das camadas sobre o ncleo solar to grande que comprime tomos de hidrognio contra tomos de hidrognio, fundindo-os em tomos de hlio19. Nessa fuso atmica sobra energia na forma de radiao gama 20 , que irradiada para as camadas mais externas do Sol e posteriormente para o espao interplanetrio. O ncleo constitudo de 81% de Hidrognio, 18% de Hlio e o 1% de outros elementos qumicos mais complexos, que servem como catalizadores nas reaes termonucleares. Em 1938, Hans Albrecht Bethe (1906-2005) nos Estados Unidos e Karl Friedrich von Weizsker (1912-), na Alemanha, simultnea e independentemente, descobriram um grupo de reaes nucleares (atualmente chamada de cadeia

F igura 12 estrutura solar [Fonte: soho - observatrio solar e heliosFriCo - Colaborao esa a gnCia europia aeroespaCial e nasa a gnCia aeroespaCial dos estados unidos da amriCa] (termos traduzidos pelo autor)


13

de Bethe), que transformam 0,7% da massa dos prtons colidentes em ftons21 de alta energia. A energia produzida mantm o equilbrio do ncleo solar: a presso das camadas sobre o ncleo compensada pela presso devida expanso do gs a alta temperatura, que chega a aproximadamente 15 milhes de kelvin 22. Como acontece no ncleo de todas as estrelas, as altas temperaturas mantm os tomos totalmente ionizados. Essa matria degenerada, chamada de plasma 23, , no caso do ncleo do Sol, composta basicamente por prtons (1H) partcula elementar de carga eltrica positiva, que so os ncleos de hidrognio e de partculas alfa (a) que so os ncleos de hlio alm dos eltrons (partculas elementares de carga eltrica negativa) desses elementos qumicos que vagueiam livres.

2 . 2 . 2 . Z o n a r a d i o at i VaEssa camada possui uma espessura aproximada de 350 mil km. Sua temperatura cai de 7 mil kelvin (regio prxima do ncleo) para 2 mil kelvin (regio prxima da camada convectiva). Apesar da grande variao de temperatura, no h movimento de massas, de modo que a energia flui predominantemente na forma de radiao. Apesar da luz no vcuo viajar velocidade de 300 mil quilmetros por segundo, nesta camada, a velocidade da luz muito pequena. Um fton de luz leva em mdia um milho de anos para atravess-la.

2 . 2 . 3. Z o n a C o n V e C t i VaCom uma espessura de aproximadamente 200 mil km, a regio convectiva caracteriza-se pelo movimento do plasma. A conveco se d de maneira semelhante a que ocorre com gua em uma panela em um fogo. Fotosfera Os gases mais quentes prximos zona radioativa (2 mil K) ascendem at chegar superfcie Zona Convectiva solar que possui temperatura da ordem de 5800 K. Essa massa resfriada retorna ao interior soZona Radioativa lar formando clulas de conveco: vrtices ou redemoinhos, em que a matria sobe, por estar mais quente que as camandas exteriores e deNcleo pois, ao esfriar, retorna ao interior do Sol. F igura 13 ilustrao esquemtiCa mostrando os vrtiCes de transporte de matria na zona ConveCtiva no interior do sol.

21 Partcula elementar associada ao campo eletromagntico. o quantum de luz, isto , a quantidade mnima de energia das propagaes do campo eletromagntico. 22 Unidade de temperatura do Sistema Internacional, o kelvin recebeu este nome em homenagem ao fsico e engenheiro norte-irlands William Thomson (Lorde Kelvin). O zero absoluto de temperatura (menor temperatura de um sistema fsico) coincide com a temperatura de 0 K (zero kelvin). 23 Plasma: um estado da matria similar a um gs, porm, devido s altas temperaturas, nele a matria est degenerada, isto , os eltrons no esto ligados atravs das foras colombianas com os ncleos atmicos como acontece na matria ordinria.

14


2 . 2 .4. fotoSfer aAcima da regio convectiva encontramos a fotosfera, a camada visvel do Sol. Dada a sua temperatura de aproximadamente 5.800 K, a emisso da luz acontece com maior intensidade na regio da luz visvel. A fotosfera uma camada extremamente fina (100 km de espessura) com uma densidade de 1014 a 1015 partculas por cm. Podem ser observadas diversas estruturas sobre a fotosfera: (a) Gros de arroz: a superfcie solar apresenta-se granulada. Esses grnulos so os topos das clulas de conveco. Possuem um dimetro de 500 a 1.500 km, com um curto perodo de vida (15 minutos); (b) Fculas: so regies de tamanho variado, mais luminosas que a superfcie solar, e surgem em uma determinada regio, geralmente antes do aparecimento das manchas solares. So mais facilmente detectveis nas proximidades dos bordos do disco solar; (c) Manchas Solares: regies mais frias da superfcie solar (4.000 K) que portanto, parecem mais escuras e esto associadas a intensos campos magnticos ou perturbaes desses campos. O total de manchas solares e da atividade relacionada varia entre um mnimo e um mximo num ciclo de onze anos. As manchas foram registradas na China j no ano 28 a.C. Seu estudo cientfico, entretanto, iniciou-se com Galileu, que utilizava um telescpio para projetar a imagem do Sol. Sempre aparecem aos pares, onde, cada mancha corresponde a um plo do campo magntico solar, o qual aproximadamente 50 mil vezes maior que o campo no plo terrestre. So formadas por duas regies: a umbra, no interior da mancha, bem mais fria que as partes que a circunda, a penumbra.

F igura 14 - FotograFias da superFCie solar (a) imagem de alta resoluo de uma manCha solar. [Fonte: nso/aura/nsF] (b) disCo solar em 07.06.1992, apresentando algumas manChas solares [Fonte: nasa]. (C) protubernCias solares [Fonte: http://Ct1utteC.blog.Com/1292140/]

(a)

(b)

(C)


15

Mini-Idade do GeloA Baixa atividade solar (presena de poucas manchas) est relacionada com perodos de temperaturas mais baixas. Em 1684, o astrnomo real Ingls, John Flamsteed, descreveu uma nica mancha solar desde dezembro de 1676. O mais penoso frio registrado no norte da Europa no milnio passado, coincidiu com o perodo de 1645 a 1715, conhecido por Mini-idade do Gelo ou mnimo de Maunder, pois o astrnomo Maunder descobriu que praticamente no houve manchas solares neste perodo.

2 . 2 . 5. C r o m o S f e r aA primeira camada da atmosfera solar a cromosfera. Durante um eclipse total do Sol, em que o disco solar fica obscurecido pela presena da Lua, aparece um arco brilhante de colorao predominantemente alaranjada, motivo pelo qual chamada de cromosfera (cromus significa cor, em grego). A anlise das raias de emisso indica a presena de clcio, hlio e hidrognio. Possui uma espessura de aproximadamente 2.000 km e sua temperatura aumenta de 6.000 K nas proximidades da superfcie at acima de 60.000 K. Os astrnomos supem que esse fenmeno deve-se parte da energia que deixa a fotosfera ser acstica. Isto , sai da fotosfera como um rudo, semelhante ao que produzido por gua ao ferver. Ao atingir a cromosfera, essa energia sonora absorvida e transformada em energia trmica. Os gases nessa regio so muito rarefeitos, de modo que a energia dissipada suficiente para elevar a temperatura a dezenas de milhares de graus. Outra explicao possvel o transporte da energia por meio de campos magnticos, que no Sol so intensos. Existem algumas estruturas prprias da cromosfera, dentre elas, as protuberncias solares que so nuvens relativamente frias e densas de plasma que partem da superfcie solar quente em direo fina coroa. Estas erupes podem chegar ao nosso planeta e causar danos a satlites e outros dispositivos de comunicao. Para exemplificar, em 1994, tempestades solares causaram danos aos satlites de comunicao canadenses Anik E1 e E2, e ao satlite da AT&T Telstar 1, de TV e dados. Cada satlite tem custo acima de 100 milhes de dlares.

2 . 2 .6. Coroa Sol arA camada mais externa chama-se coroa solar. Sua temperatura pode atingir milhes de kelvin. Com uma densidade extremamente pequena, que diminui com a distncia do sol, a coroa se estende por todo o sistema solar. a camada do Sol vista nos eclipses solares totais, como o da FIGURA 15.

F igura 15 - eClipse solar de 1999 visto da Frana. observa-se a Coroa solar. [Crdito: luC v iatour] 16| Cincias Naturais e Matemtica | UAB

Ve n to S o l a rO Sol emite um fluxo contnuo, em todas as direes, de partculas carregadas: eltrons e prtons. Detectado na dcada de 70 pela sonda 24 MARINER, o vento solar foi previsto no final dos anos 50. A ao gravitacional do Sol no suficiente para deter as partculas que escapam de sua superfcie com altas velocidades. O vento solar est associado s linhas de campo magntico e estende-se para alm de Pluto. Como a atividade magntica solar varivel, a velocidade das partculas e sua densidade tambm variam constantemente. O vento solar o responsvel pela cauda dos cometas e das auroras, boreal e austral, na Terra.

luZ

do

Sol

A energia que chega ao nosso planeta apenas uma pequena frao da radiao solar, isto , da radiao eletromagntica emitida pelo Sol. Praticamente todos os processos que acontecem na Terra so devidos a energia solar. Com exceo de uns poucos seres vivos que utilizam energia geotrmica ou da produzida em reaes qumicas provenientes de substncias que emergem do solo, toda a rede alimentar dos seres vivos suportada pela luz solar, permitindo assim a existncia do ciclo do carbono. A luz solar tambm a responsvel pelos ciclos do ar e da gua.

at i V i d a d ebaiano Caetano Veloso. Somente aps isso, leia a interpretao, por ns sugerida na pgina da plataforma. 1. 2. 3. 4. 5. Faa uma interpretao da letra da msica Luz do Sol (trechos abaixo), do compositor

Que a folha traga e traduz em verde novo, em folha, em graa, em vida, em fora, em luz... Cu azul que venha at onde os ps tocam a terra e a terra inspira e exala seus azuis... Reza, reza o rio. Crrego pro rio. Do rio pro mar. Reza correnteza. Roa a beira. Doura areia... Marcha o homem sobre o cho. Leva no corao uma ferida acesa. Dono do sim e do no, diante da viso da infinita beleza... Finda por ferir com a mo, essa delicadeza. A coisa mais querida. A glria, da vida...

24

Sonda espacial um veculo espacial no tripulado contendo instrumentos de observao.


17

2 . 3. o B S e r Va e S SondaS

do

Sol

As sondas pioneiras na observao do Sol, foram as Helios 1 e 2 lanadas em 1974 e 1976, respectivamente. Foi uma misso da Repblica Federal da Alemanha em conjunto com os EUA. A sonda Helios 1 levava 8 instrumentos e investigou o vento e os campos eltrico e magntico solar. Helios 2 levava 11 instrumentos e chegou mais prximo ao Sol, a apenas 44 milhes de quilmetros. As sondas Ulisses e Soho, misses da parceria NASA-ESA, foram lanadas respectivamente em 1990 e 1995. A sonda Ulisses estuda o vento solar. A sonda Soho, colocada em um ponto de equilbrio gravitacional entre o Sol e a Terra (chamado equilbrio lagrangeano), possui 12 instrumentos cientficos que enviam dados a respeito da estrutura e da dinmica interna do Sol, do vento e da coroa solares25. oC u i d a d o pa r a a o B S e r Va o a o l h o n

Evite a observao do Sol a olho n, olhando diretamente para ele ou com a utilizao de superfcies refletoras ou equipamentos de aumento, sem filtros especiais. Principalmente, nos eclipses solares, quando h reduo da luminosidade, a observao direta torna-se ainda mais perigosa. A imagem da FIGURA 16 mostra o dano retina causado a um jovem ingls que ficou cego (sem sentir dor), ao observar o Sol sem proteo adequada. A parte brilhante da foto o disco tico e a rea escura, a mcula, uma rea rica em clulas especialmente capazes de detectar detalhes e cores, chamadas cones. A viso perifrica realizada por clulas chamadas bastonetes, que esto concentradas na periferia da retina e so capazes de detectar luz fraca, porm no detectam cores. Por essa razo que a capacidade de detectar luz fraca e perifrica pode ficar intacta com a mcula queimada pela luz solar. Exposies mais longas que 15 segundos luz solar direta j queimam a mcula.

F igura 16 dano retina Causado por exposio [Fonte: http://astro.iF.uFrgs.br/eClipses/olho.htm]

25 Se voc deseja um relato detalhado da conquista do espao, acesse a pgina do Grupo de Dinmica Orbital e Planetologia da UNESP, acessvel em http://www.feg.unesp.br/~orbital/sputnik /sputnik.html. O livro A Conquista do Espao do Sputnik Misso Centenrio est disposio para download. Para obter informaes das misses da NASA acesse http:// www.nasa.gov/missions/index.html (em ingls).

18


C ar aC ter StiC aS G e r a i S d o S p l a n e ta S3.1. ad e f i n i o at u a l

3

esde que Galileu apontou sua luneta astronmica para o cu, foram descobertos muitos astros no Sistema Solar. Alm das observaes terrestres, o lanamento de sondas e telescpios espaciais vem obrigando os homens a redefinir esses objetos. Em 24 de agosto de 2006, em Praga, a XXVI Assembleia Geral da Unio Astronmica Internacional definiu que um planeta um astro que: (a) no seja uma estrela (no ter qualquer reao nuclear ou possibilidade de vir a ter reaes nucleares em seu interior), (b) esteja em rbita de uma estrela, (c) tenha massa suficiente para ser esfrico e estar em equilbrio hidrosttico26 e (d) seja totalmente dominante na sua regio, ou seja, que tenha limpado a rea em seu entorno, por acreso27 ou coliso. As condies a a c so satisfeitas tambm por Pluto e outros corpos. A quarta condio, no entanto implica na existncia de apenas oito planetas no sistema solar. Os planetas podem ser classificados em rochosos ou terrestres (semelhantes Terra) e gasosos ou jovianos (semelhantes Jpiter). So rochosos: Mercrio, Vnus, Terra e Marte. So gasosos: Jpiter, Saturno, Urano e Netuno28.26 Equilbrio entre a fora gravitacional aplicada na direo vertical e sentido do centro do astro e a fora devida a presso em sentido contrrio fora gravitacional, de modo que nula a resultante sobre todas as partculas do astro. 27 Processo de crescimento de um astro pelo acrscimo de matria devido fora gravitacional. A teoria da acreso, proposta por Laplace em 1796, supe a existncia de uma nuvem primordial de gs e poeira. Esse material foi se agregando ao centro formando o Sol e, posteriormente, em pores menores, em outros pontos formando os planetas. 28 Do extenso material didtico disponvel na internet, destacamos o resumo interativo em flash no endereo http:// www.ibge.gov.br/ibgeteen/atlasescolar/apresentacoes/universo.swf.

D


hubble dos oito planetas do sistema solar. [Fonte: nasa]

F igura 17 FotograFia do telesCpio espaCial

19


19

Temperatura (Celsius)

Os planetas terrestres so menores (dimetro equatorial semelhante ao da Terra) e densos (massa especfica da ordem de 5 g/cm3), enquanto que os jovianos so grandes (dimetro equatorial de 5 a 12 vezes o dimetro terrestre) e pouco densos (prximo a 1 g/cm3). A diferena fundamental da constituio desses dois tipos deu-se na formao do Sistema Solar. As altas temperaturas devido proximidade do Sol impediram a acreso de material voltil aos planetas rochosos. Diferentemente, o material voltil predomina nos jovianos, pois esses gases Vnus eram mais abundantes que o material rochoso na formao do Sistema Solar.Mercrio

3. 2 . a

at m o S f e r a e a t e m p e r at u r a d a S u p e r f C i e

A temperatura da superfcie do planeta depende basicamente de sua distncia ao Sol e de sua atmosfera. A temperatura mdia da Terra, desconsiderando a atmosfera aproximadamente 260 K (13 C negativos). Tendo a Terra como padro, podemos estimar a temperatura mdia sem atmosfera dos planetas29: T = 260/ R . Em que R distncia do Sol ao planeta A atmosfera de um planeta pode alterar significativamente sua temperatura. A anlise espectral31 da luz solar refletida por um planeta, a qual atravessou parte da sua atmosfera, permite determinar sua composio. As molculas do gs na atmosfera absorvem luz de comprimentos de onda especficos. O espectro da luz refletida pelo planeta apresentar, portanto, linhas escuras32 que no apareTerra cem no espectro solar e permite identificar os gases que as produziram, assim como a presso e temperatura da atmosfera. Marte A evoluo da atmosfera de um planeta depende de sua massa e de seus constituintes qumicos, desde sua formao. Os grandes planetas, dada a fora gravitacional intensa, conseguiram reter o gs presente na poca da formao do Sistema Solar. Predominam gases leves, especialmente hidrognio e hlio. Jpiter Dos planetas terrestres, Mercrio no possui atmosfera devido seu fraco camplo gravitacional e sua proximidade ao Sol. As atmosfera de Vnus, Terra e Marte no do material da formao do Sistema Solar. Saturno Suas atmosferas foram formadas ao longo do tempo a partir, principalmente, de gases emitidos de seu interior. Dentre esses gases, os Urano principais so: gs carbnico, amnia e vapor dgua. A presena desses gases faz com que a temperatura aumente, devido ao efeito estufa33. Dois planetas possuem efeito estufa significativo: Netuno Terra e Vnus. A temperatura superficial de Vnus maior que a de Mercrio, embora esteja muito mais distante do Sol do que este. Na Terra, (Os planetas no esto em escala) a vida modelou nossa atmosfera, reduzindo a quantidade de dixido de carbono ejetado pelo vulcanismo.29 A deduo dessa expresso encontra-se na plataforma. 30 U.A. (unidade astronmica) a distncia mdia Sol-Terra e equivale a aproximadamente 149598 mil quilmetros. F igura 18 temperatura mdia 31 Ao se fazer passar uma radiao eletromagntica por um prisma, essa se decompe nas suas diversas planetria. [Fonte: nasa] componentes. Pode-se assim observar quais freqncias esto presentes e quais esto ausentes em seu espectro. Na faixa do visvel, a decomposio nos fornece as cores do arco-ris: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, (traduo do autor). anil e violeta. 32 Aparece uma linha escura em um determinado ponto do espectro porque quando a faixa 20 | Cincias Naturais e Matemtica | UAB correspondente foi absorvida pelo gs que a radiao atravessou.

dado em U.A.30

Zona

de Gua lqui da do

SiStema Solar

A temperatura mdia do planeta Terra sem atmosfera estaria em torno de 13 C negativos. Porm, certas regies apresentariam condies de ter gua lquida com temperaturas entre 0 C a 40 C, em toda a faixa verde da FIGURA 19. Essa regio chamada de zona de gua lquida porque acima de 0 C h gua lquida e abaixo de 40 C no h degradao de protenas. Alguns autores chamam de zona habitvel, por ser a existncia de gua lquida a condio mais importante para a vida como a conhecemos.

Marte

Terra

Mercrio

Vnus

Zona Habitvel

F igura 19 representao (Fora de esCala) da zona de gua lquida do sistema solar. ConheCida tambm por regio habitvel (Faixa verde).

3. 3. p r o p r i e d a d e S :Mercrio 4878 0,055

maSSa e dimetro

Dimetro Massa (2)

(1)

Vnus 12100 0,815

Terra 12756 1

Marte 6786 0,107

Jpiter 142984 317,9

Saturno 120536 95,2

Urano 51108 14,6

Netuno 49538 17,2

(1) Dimetro equatorial em km observe que o menor planeta Mercrio e o maior Jpiter, seguido por Saturno. Com base nessa tabela, veja na plataforma o roteiro para a construo de um mbile que pode decorar uma sala de aula. (2) Massa em unidades de massa da Terra note que os rochosos (Mercrio, Vnus e Marte) possuem menor massa que a Terra.

3. 4 . a S l e i S

de

Kepler

do

moVimento

doS

p l a n e ta S

Todos os corpos que orbitam outros (cometas que orbitam o Sol ou satlites, naturais ou artificiais, em torno de planetas, desde que tenham rbitas fechadas34) obedecems leis de Kepler35:33 H uma atividade na plataforma a respeito do efeito estufa. 34 rbitas elpticas e circulares so fechadas, enquanto que parbolas e hiprboles so abertas. Logo, em rbitas abertas, o movimento no peridico. Um cometa que possua uma rbita aberta passa prximo ao Sol, apenas uma vez. As leis de Kepler tratam apenas de corpos que possuem rbitas fechadas, j a Lei da Gravitao de Newton tambm explica o movimento de objetos com rbitas abertas. 35 Johannes Kepler (1571-1630), astrnomo alemo, descobriu as leis dos movimentos dos planetas.


21

I. As rbitas so elipses nas quais o Sol ocupa um dos focos. Deste modo, existe um ponto de maior aproximao (perilio) e de maior afastamento (aflio). Para os planetas a diferena relativamente pequena, sendo grande para cometas. II. A linha que liga o planeta ao Sol varre reas iguais em tempos iguais. III. Os quadrados dos perodos de revoluo dos planetas so proporcionais aos cubos dos eixos maiores de suas rbitas. Uma elipse uma figura plana fcil de ser construda, conforme mostra a FIGURA 20: (a) pegue um pedao de barbante com aproximadamente um metro de comprimento; (b) fixe suas extremidades no quadro negro com uma distncia de 60 cm (distncia entre os focos); mantendo sempre o barbante esticado, trace a figura com um giz.

t A2 A1 = A2 A1 Sol

F igura 20 Construo de uma elipse no quadro negro usando apenas um pedao de barbante, Fita adesiva e giz. para a=50 Cm e b=40 Cm (semi-eie = 0,6. [Crditos do autor] xos maior e menor, respeCtivamente),

t

Planeta

Uma propriedade da elipse pode ser obtida dessa tcnica de construo: a soma do comprimento dos raios vetores (distncia do foco at a curva) sempre constante (no caso, igual ao comprimento do barbante: 1m). A excentricidade da elipse, dada por e = 1 - ^ b/ah2 , determina se ela se aproxima de uma circunferncia (e=0; focos unidos) ou de uma reta (e=1; distncia focal mxima). 22| Cincias Naturais e Matemtica | UAB

3. 5. p r o p r i e d a d e SMercrio0,387 7 87,9d 0,206 58,6d 0,1

o r B i ta i S

Distncia rbita (2) e(4)

(1)

Vnus0,723 3,4 224,7d 0,0068 -243d 177

Terra1 0 365,25d 0,0167 23h56m 23 27

Marte1,524 1,9 686,98d 0,093 24h37m 25 59

Jpiter5,203 1,3 11,86a 0,048 9h48m 3 05

Saturno9,539 2,5 29,46a 0,056 10h12m 27 44

Urano19,18 0,8 84,04a 0,046 17h54m 98

Netuno30,06 1,8 164,8a 0,010 19h6m 30

Revoluo (3) Rotao (5) Eixo (6)

(1) Distncia mdia ao Sol em unidades astronmicas. (2) Plano das rbitas: Todos os planetas orbitam em torno do Sol em planos muito prximos, uns dos outros, de modo que o Sistema Solar se assemelha a um grande prato. Os ngulos aqui so medidos com relao ao plano da eclptica, isto , ao plano da rbita da Terra. (3) Perodo de Revoluo em torno do Sol, em anos (a) e em dias (d). (4) Excentricidade da rbita Mercrio e Vnus so os planetas que possuem a rbita mais e menos excntrica, respectivamente. (5) Perodo de Rotao em dias (d), horas (h) e minutos (m). A proximidade do Sol de Mercrio e Vnus faz com que esses planetas sejam freados em sua rotao. O perodo de Vnus negativo, pois o nico que gira no sentido contrrio ao sentido de translao do Sistema Solar. (6) Inclinao do eixo. Observe na figura 21 as inclinaes dos eixos dos planetas com relao ao planos das rbitas. Os eixos de Mercrio e Jpiter quase no possuem inclinao. O de Urano quase perpendicular ao plano da rbita. Marte 25

Mercrio 0,1 Vnus 177

Terra 23,5

Jpiter 3

Satuno 27

Urano 98

Netuno 30

F igura 21 inClinaes dos eixos dos planetasUAB| Cincias Naturais e Matemtica |Sistema Solar|

23

3. 6 . o S

nomeS doS

p l a n e ta STerra primeiro pariu igual a si mesma Cu constelado, para cerc-la toda ao redor e ser aos Deuses venturosos sede irresvalvel sempre. Teogonia, Hesodo

A disseminao do conhecimento tende a seguir as vias do comrcio e da guerra. Quando os grandes imprios se expandiram, levaram consigo seus deuses, costumes e cultura. As primeiras civilizaes acreditavam que as estrelas e os planetas eram governados por seus deuses. Os babilnios batizaram cada planeta com o nome do deus que tinha mais atributos em comum com as caractersticas desse planeta. Os gregos e os romanos adaptaram o sistema babilnico, usando os nomes de seus prprios deuses. Todos os nomes planetrios podem ser rastreados diretamente at os deuses babilnicos dos planetas: Nergal tornou-se Marte e Marduk converteu-se em Jpiter (LIPPINCOTT, 1995). O planeta Urano foi descoberto acidentalmente por Sir William Herschel (17381822), msico e astrnomo amador, em 13 de maro de 1781, quando catalogava, com seu telescpio de 15 cm, estrelas de magnitude 8. Seu nome vem da mitologia grecoromana. A partir de Marte, o deus da Guerra, temos seu pai Jpiter (Zeus para os gregos). A seguir Saturno (Cronos), pai de Jpiter. Assim, Herschel escolheu Urano, pai de Saturno, alm de o planeta apresentar cor azul celeste. Os astros descobertos posteriormente receberam os nomes dos irmos de Jpiter: Netuno e Pluto (Poseidon e Ades, para os gregos). Vasta a bibliografia que relata os mitos gregos e romanos. Para quem quer ter acesso s fontes, os versos de Hesodo em Teogonia relatam o surgimento do Caos e do Cosmo (a desordem e a ordem); da Terra e do Cu (Gaia e Urano); de Jpiter e Saturno (Zeus e Cronos) e podem ser encontrados em Teogonia: a origem dos deuses, estudo e traduo de JAA TORRANO (1995). Os deuses no emprestam apenas seus nomes, mas tambm suas caractersticas aos astros correlatos. Mercrio o mensageiro dos deuses romanos, em especial de Jpiter, seu pai. Possui sandlias aldas, o que lhe permitia ser muito rpido. Provavelrmitia mente por isso, o planeta Mercrio recebeu seu nome: o mais rpido a se movimentar no cu. O nome da me Terra (Gaia, Gia ou G para os gregos) utilizado como prefixo para designar as cincias relacionadas ao estudo do nosso planeta como, por exemplo, geologia. O planeta ano Ceres recebeu o nome da deusa da agricultura; deusa da semeadura dos gros, da qual surgiu a palavra cereal. Os cometas levam geralmente o nome de seu descobridor. Neste sculo, os planetas anes Makemake e Haumea tambm recebem nomes de deuses, porm no mais da cultura greco-romana.

24


te r r a

4

Na minha pobre linguage, a minha lira servage Canto o que minha arma sente e o meu corao incerra, As coisa de minha terra e a vida de minha gente. Aos poetas clssicos Patativa do Assar36 m portugus, o significado da palavra terra, no nico: o terceiro planeta, em afastamento do Sol (a Terra); o solo sobre o qual se anda, se planta, se colhe e se vive. sinnimo de ptria, nossa terra natal ou de nossos ancentrais. Traz a ns a forte emoo de pertencimento e confunde-se com a gente que nela vive. H 6,4 bilhes de quilmetros, essa nossa casa, apenas um plido ponto azul, como vista em 14 de fevereiro de 1990 pela Voyager 1 (FIGURA 22a). Rigorosamente a Terra um esferide rugoso. Esferide porque tem a forma prxima de uma esfera, porm ligeiramente abaulada devido ao movimento de rotao que faz com que o dimetro no equador seja maior que o dimetro nos plos. A diferena de 42,6 quilmetros entre os dimetros. Isto equivale a 3 milionsimos do dimetro terrestre. Essa forma chamada de geide, porm, a Terra no um geide perfeito porque no lisa. A altitude do monte Everest, o ponto mais alto do planeta cerca de um milsimo do dimetro terrestre (8850 m / 12735 km). preciso se considerar que sua forma se altera em um perodo muito curto. As mars fazem com que o dimetro no equador altere-se aproximadamente 30 cm a cada doze horas sobre o continente e mais de 2 m sobre os oceanos. Todavia, comparativamente, a Terra uma esfera lisa, mais esfrica e lisa que uma bola de bilhar.

E

(a)

(b)

F igura 22 (a) a plido ponto azul uma FotograFia tirada a partir dos ConFins do sistema solar pela voyager 1, aps ter Completado sua misso prinCipal. a terra CirCulada em azul, apareCe em um raio de sol. (b) imagem da terra Construda a partir de FotograFias de um Conjunto de satlites do noa. a terra redonda. Fonte: nasa.36 Poeta cearense Antnio Gonalves da Silva (1909-2002). Texto extrado de livreto de cordel.


25

4 .1. C o m o

loCaliZar um ponto SoBre

u m a e S f e r a?

Como podemos localizar lugares sobre a Terra? Uma forma o endereo postal. bem prtico! Todos os locais do mundo pertencem a algum pas, estado ou provncia, municpio, bairro ou distrito, etc. Prtico para o servio de postagem, todavia, no o para se entender as diferenas de clima, vegetao, insolao. Uma outra forma fazer um mapa e consideF igura 23 mapa da idade do bronze de bedolina na rar no apenas as casas e os prdios de apartamento, mas tambm os morros, itlia. Fonte: oliveira, os campos, os rios, etc. 1971. Os primeiros mapas datam da pr-histria, isto , mesmo antes do homem saber escrever, j sabia representar, com desenhos, a regio onde morava. A FIGURA 23 mostra o impressionante mapa de Bedolina, no Vale do P, regio do norte da Itlia, datado de metade do segundo milnio a.C. No mapa, so vistos os homens, o gado, a caa (veado), as casas, bem como os depsitos de cereais (casas menores); os campos de cultura e sua distribuio que indica uma reunio de famlias, os caminhos etc.; o sistema de drenagem, com o arrio principal, na parte superior do desenho e, o que mais interessante ainda, o poo em cada campo de cultura, de cujo ponto flui sempre um pequeno curso dgua (Oliveira, 1971). impossvel se fazer um mapa completo da Terra em folha de papel sem distorcer a imagem, afinal a Terra tem a forma de uma esfera quase perfeita, enquanto que uma folha de papel plana. O processo de representar partes da superfcie da Terra em uma superfcie plana chama-se projeo, o que permite representar a superfcie terrestre em uma folha de papel. Planisfrio a projeo de todo o globo terrestre. Existem diversas formas de projetar uma superfcie esfrica sobre um plano: cilndricas e cnicas. A mais utilizada a projeo cilndrica conforme atribuda a Gerhardus Mercator em 1569, na qual os ngulos das formas dos continentes so mantidos idnticos (na esfera e no plano), porm as reas so deformadas (FIGURA 24). Por ser excelente para a navegao e colocar a Europa no centro do mapa (Eurocentrismo) a projeo mais utilizada. A grande vantagem da projeo de Mercator que ela deixa os paralelos e os meridianos equidistantes. Mas o que so paralelos e meridianos? F igura 24 Carta do mundo de merCator. 26| Cincias Naturais e Matemtica | UABFonte: http://pt.Wikipedia.org/Wiki/ F iCheiro:merCator_1569.png

CoordenadaS

GeoGrfiCaS

Se imaginarmos um plano perpendicular ao eixo da Terra, que a corte em dois hemisfrios, isto , em duas meias esferas, a linha de interseco deste plano com a superfcie terrestre chamada Linha do Equador ou simplesmente Equador (FIGURA 25). O raio do Equador cerca de 6378 km, o que corresponde um permetro de 40075 km. Nos equincios de primavera e outono, o Sol estar no Znite sobre o equador. Isto , quem mora sobre a Linha do Equador ir ver o Sol exatamente na vertical, passando sobre sua cabea. Linhas, sobre a superfcie da Terra, paralelas ao equador, tanto ao norte quanto ao sul so chamadas de Crculos Paralelos ou simplesmente Paralelos. As que nascem em um plo e morrem em outro so chamadas de Meridianos. A latitude de um lugar a sua distncia angular do equador. Todos os pontos que estejam sobre a superfcie da Terra em um Crculo Paralelo ao Equador tero a mesma latitude. Destes, destacam-se o Trpico de Cncer a 23,45 Norte do Equador e o de Capricrnio a 23,45 Sul. Outros paralelos importantes so os Crculos Polares rtico a 66,55 Norte e Antrtico a 66,55 Sul. A importncia desses crculos est na marcao das regies sobre o globo que possuem condies ambientais, de acordo com as estaes do ano. A longitude de um lugar, por sua vez, a distncia angular de um lugar com relao ao Meridiano de Greenwich (o primeiro meridiano). Este meridiano passava sobre o Observatrio Astronmico Real, localizado em Greenwich, um distrito da cidade de Londres. O observatrio foi construdo em 1794 e a aceitao do Meridiano de Greenwich como referncia mundial, deu-se na Conferncia Internacional do Primeiro Meridiaa no, realizada na cidade de Washington D.C., nos Estados Unidos, em 1884.

Hemisfrio Norte

Sentido da rotao

Primeiro Meridiano 0 de longitude Equador 0 de latitude

EquadorHemisfrio Sul

Eixo de rotao

F igura 25 paralelos e meridianos terrestres.

Veja na plataforma um instrumento astronmico muito antigo: a esfera armilar. A palavra latina armilla quer dizer argola. Esse instrumento permite ler as coordenadas celestes de uma estrela em funo das coordenadas locais.UAB| Cincias Naturais e Matemtica |Sistema Solar|

27

fuS o h o r r i oToda criana sabe que quando no Brasil dia, no Japo noite e vice-versa. O Sol ilumina todos os pontos da superfcie da Terra, porm no ao mesmo tempo e nem com a mesma intensidade. Para entendermos a conveno utilizada a respeito das horas do dia, vamos considerar, durante o equincio de primavera, dois pontos sobre a Linha do Equador: a cidade de Macap, Capital do Estado do Amap (longitude aproximada: 51 O) e o monumento Quitsato no Equador (longitude aproximada: 70). Agora meio-dia em Macap. O Sol est a pino? Em Quitsato, que horas so e que horas marca o relgio de Sol? Antes de 1884, cada lugar escolhia a sua marcao de hora. A referncia era o meio-dia, no qual o Sol est mais alto no cu e algumas vezes exatamente sobre a cabea do observador. Em 1883, a Gr-Bretanha (Inglaterra, Esccia e Pas de Gales) adotou uma nica hora legal. Em 1884, apenas passado um ano, foi realizada a Conferncia Internacional que padronizou o uso de um sistema internacional de fusos. So 24 faixas ou fusos horrios centrados nos meridianos das longitudes mltiplas de 15 graus a contar do Meridiano de Greenwich. A lgica muito simples: o Sol leva exatamente 24 horas entre um nascer e outro seguinte (dia civil). Logo, ele percorre, em 24 horas, 360 graus no cu, o que equivale a 15 graus a cada hora. Porm, as linhas que separam os fusos horrios no seguem exatamente os meridianos, ajustam-se ao mapa poltico do planeta, como pode ser visto no mapa da FIGURA 27.

(a)

(b)

F igura 26 dois pontos sobre o equador: (a) estdio zero. a linha do equador Corta o estdio ao meio. Fonte: http:// WWW.skysCraperCity.Com/shoW thread.php?t=632344. (b) a linha do equador passa exatamente sobre o monumento reloj del sol quitsato. as palavras quitsa e to so da lngua tsaFiqui (etnia tsChilas da Costa equatoriana), signiFiCam metade e mundo, respeCtivamente. Fonte: http://WWW.quitsato.org/espanol

Regressando s perguntas formuladas anteriormente. O Sol est a pino ao meiodia em Macap? No, porque Macap (e toda a regio em verde escuro no mapa da Amrica do sul) tem o mesmo horrio civil (FIGURA 27) e o Sol estar a pino (marcado com um Sol no mapa) exatamente sobre o meridiano mdio do fuso horrio GMT+3 28| Cincias Naturais e Matemtica | UAB

(em azul). O fuso a faixa entre as linhas vermelhas, verticais sobre o oceano, porm se ajustam ao mapa poltico. Essas linhas aparecem no mapa da FIGURA 28, distinguindo as regies de cores diferentes. Em Quitsato so duas horas da tarde porque est no fuso GMT+5. Os horrios solares locais so ligeiramente diferentes. A diferena longitudinal da cidade de Macap ao meridiano mdio do fuso horrio GMT+3 seis graus (51- 45). Se a cada hora corresponde quinze graus de distncia longitudinal, a seis graus corresponde 24 minutos (seis quinze avos de hora). Por isso que em Macap o Sol estar no Znite s 12h24 nos equincios de primavera e outono37. Com base no meridiano que fica a 180 graus de Greenwich est a Linha Internacional de Mudana de Data ou simplesmente Linha de Data. Se a leste desta linha dia 31 de dezembro, a oeste o dia 1 de janeiro. Isto , ao cruzar essa linha de leste para oeste somase um dia no calendrio. Ao contrrio, ao passar de oeste para leste subtrai-se um dia. Para ilustrar as diferenas de horrios de cada lugar na Terra, transcrevemos abaixo um dos trechos finais do memorvel Volta ao Mundo em Oitenta Dias, de Jlio Verne38: Phileas Fogg tinha, sem dvida, ganho um dia sobre seu itinerrio e isto unicamente porque tinha feito a volta ao mundo indo para leste, e teria, pelo contrrio, perdido este dia indo no sentido inverso, ou seja, para oeste. Com efeito, andando para o leste, Phileas Fogg ia frente do Sol, e, por conseguinte, os dias diminuam para ele tantas vezes quatro minutos quanto os graus que percorria naquela direo. Ora, temos trezentos e sessenta graus na circunferncia terrestre, e estes trezentos e sessenta graus, multiplicados por quatro minutos, do precisamente vinte e quatro horas isto , o dia inconscientemente ganho. Em outros termos, enquanto Phileas Fogg, andando para leste, viu o Sol passar oitenta vezes pelo meridiano, seus colegas que tinham ficado em Londres s o viram passar setenta e nove vezes. Eis porque, naquele dia, que era sbado e no domingo, como supunha Mr. Fogg, eles o esperaram no salo do Reform Club. E o que o famoso relgio de Passeportout que tinha sempre conservado a hora de Londres teria constatado se, ao mesmo tempo que os minutos e as horas, tivesse marcado os dias!39

F igura 27 - Fusos horrios gmt+3 a gmt+5. a Cidade de maCap e o monumento reloj del sol esto marCados por alFinetes verde e azul, respeCtivamente. marCado Com a imagem do sol est o ponto sobre a superFCie da terra, onde o sol nos equinCios estar no znite quando For meio-dia Civil em toda a regio verde esCura. marCado Com um CrCulo vermelho preenChido em azul Claro a posio em que o sol estar no znite de duas horas depois. a linha traCejada laranja e azul marCa o meridiano no qual se baseia a diviso dos Fusos gmt+3 e gmt+5. porm, so as linhas vermelhas que Fazem essa diviso. [Crditos do autor]37 Veja na plataforma uma atividade de pesquisa sobre o assunto. 38 Baixe o livro completo no endereo http://www.dominiopublico.gov.br/pesquisa/DetalheObraForm.do?select_ action=&co_obra=3527. 39 Traduo para eBooksBrasil.com de Teotnio Simes


29

F igura 28- planisFrio Com os Fusos horrios. Fonte: http://upload.Wikimedia.org/Wikipedia/ Commons/e/e7/ timezones2008.png. aCesse para obter em melhor resoluo.

aS

e S ta e S d o a n o

Inverno, primavera, vero e outono. Essas so as estaes do ano. No inverno, os dias so mais curtos que as noites, enquanto que, no vero, o inverso acontece. um erro comum associar-se o inverno, estao mais fria do ano, ao maior afastamento da Terra com relao ao Sol. s lembrar que quando vero no hemisfrio norte, inverno no hemisfrio sul. Na seo 3.4 fizemos uma atividade que mostrava que um disco em rotao mantm a direo do seu eixo de rotao. As estaes do ano so devidas a isso: o eixo de rotao da Terra mantm-se inclinado de 23,45 com relao reta perpendicular ao plano da eclptica, durante o percurso de sua rbita.

Outono

Vero

Inverno40 Segundo o modelo de Safronov (1972).

PrimaveraF igura 29 o eixo de rotao da terra mantm sempre a mesma direo, a qual Faz um ngulo de 23,7Com a reta perpendiCular ao plano da eClptiCa.

30


4.2. eStrutura

da

te r r a

H quatro bilhes e meio de anos, a condensao da nebulosa em resfriamento, possibilitou a formao de pequenos corpos slidos a uma temperatura de aproximadamente 1.700 K. A fora gravitacional agregou esses pequenos corpos na formao do protoplaneta. O aumento da massa promoveu a acreso de corpos maiores planetsimos devido ao gravitacional, at atingir o tamanho prximo ao atual40. O estgio seguinte, de fuso planetria, deveu-se a energia da desintegrao de grande quantidade de istopos radioativos, somada energia liberada na coliso dos planetsimos. O resfriamento superficial permitiu a formao de uma crosta slida, porm, as camadas internas ainda mantm grande parte da energia da formao, devido crosta ser pssima condutora calorfica. A existncia de fontes de energia radioativas permite a manuteno das altas temperaturas no interior do planeta. Assim, o material abaixo da crosta lquido, com exceo do ncleo interno, que slido devido s altas presses.

4 . 2 .1. i n t e r i o rComo se pode saber a respeito dessas camadas geolgicas? Diretamente, por meio de perfurao; analisando o magma que sai dos vulces; a gravidade em cada ponto e o campo magntico tambm revelam a estrutura do interior da Terra e, principalmente, por meio da sismologia, isto , estudando os terremotos. Desde 1970, tem-se perfurado um poo na pennsula de Kola, no rtico Russo. Em 1984, o poo j tinha 12 quilmetros de profundidade. A temperatura que aumenta entre 30 a 40 graus Celsius a cada quilmetro perfurado e a presso das camadas de terra, que fora o buraco a se fechar, so algumas das dificuldades da perfurao, de modo que no se espera alcanar profundidade superior a 15 quilmetros. A pesquisa revelou a existncia de gua a uma profundidade considerada anteriormente impossvel. Tambm foi encontrada uma zona anmala de rochas metamrficas desagregadas, abaixo do basalto, que ocorre a 9000 metros (Kozlovskii, 1984). A perfurao de poos deve auxiliar a interpretao dos dados ssmicos. Os tremores de terra, que causam tanta destruio na superfcie, do uma tima imagem do interior da Terra. As ondas ssmicas, ao se propagarem, variam de velocidade e de trajetria em funo das caractersticas do meio em que trafegam. possvel, assim, supor, com base nas leis da fsica, sobre o estado dessas estruturas internas. As diferenas de presso e temperatura impem diferenas de rigidez e de composio qumica, o que implica em dois critrios de classificao das camadas, segundo a rigidez (tambm chamado modelo fsico) ou segundo a composio (modelo qumico), como mostra a FIGURA 30. A crosta a camada mais externa da Terra. Sua espessura varia de 10 a 35 km, alcanando 65 km de espessura, nas regies montanhosas.


31

Crosta Manto Superior Manto Inferior Ncleo Externo Ncleo Interno

Litosfera Astenosfera Mesosfera Endosfera

F igura 30 dois modelos da estrutura de Camadas da terra: (a) Baseado na composio material e (B) Baseado na rigidez do material do interior da terra. O Manto constitui aproximadamente 80% do volume do planeta. grosseiramente homogneo, dividindo-se em superior e inferior. Da profundidade de 2900 km at o centro do planeta encontramos o ncleo com aproximadamente 1/3 da massa terrestre. Sua alta densidade resulta da sua composio ser praticamente metlica (ferro e nquel). Observa-se sua diviso em ncleo interno slido onde as ondas propagam-se bem e ncleo externo, onde so fortemente atenuadas devido ser uma camada lquida de metal fundido. Veja detalhes das caractersticas de cada uma dessas camadas na plataforma, assim como algumas atividades.

4.2.2. a

SuperfCie da

te r r a

A crosta terrestre no uniforme. As diferentes irregularidades apresentadas na crosta terrestre constituem o seu relevo. O relevo a forma assumida pelo terreno, que sofreu mudanas impostas pelos agentes internos e externos. Os agentes externos ou erosivos so as chuvas, os ventos, rios, geleiras, o homem, etc. Os agentes internos so as foras geodinmicas que se originam do movimento das placas tectnicas (movimentos orogenticos41, terremotos e vulcanismo). O relevo pode ser continental ou submarino.

a lt i t u d eAproximadamente, trs quartos da superfcie terrestre so cobertos por oceanos. Devido fora gravitacional, a gua dos oceanos fica, em mdia, a uma mesma distncia do centro da Terra. Este nvel denominado nvel mdio do mar ou simplesmente nvel do mar. As principais flutuaes devem-se ao efeito de mar42.41 42 Movimentos que determinam a formao de montanhas. Causado pela fora gravitacional da Lua sobre a Terra.

32


F igura 31- a Cordilheira do himalaia e o p lanalto do tibet. em tons Castanhos, Com vrios lagos proFundos, em azul esCuro, o planalto tem elevao mdia de 4880 m. tambm ConheCido Como o "teto do mundo", o himalaia possuias montanhas mais altas do planeta, Culminando Com o everest (8850 m). (Fonte: nasa).

A altitude a terceira coordenada geogrfica. Corresponde distncia de um lugar, em metros, medida na vertical, ao nvel mdio das guas do mar. As formas do relevo dependem dos agentes modeladores que podem ser internos ou externos. So exemplos de agentes internos o vulcanismo e os abalos ssmicos. As geleiras, os ventos e o homem so exemplos de agentes externos. H, na plataforma material para leitura complementar sobre os diversos tipos de relevo, tanto continental como submarino, bem como dados a respeito dos continentes e de sua formao no decorrer das eras geolgicas.

4 . 2 . 3. h i d r o S f e r aA hidrosfera compreende toda a gua da crosta terrestre, contida nos rios, lagos, mares, guas subterrneas e glaciais. A hiptese mais aceita da origem da gua na Terra extraterrestre, tendo ocorrido em um perodo de constantes bombardeios de cometas e asterides ricos em gua. Com uma massa aproximadamente de 1,38 x 1018 toneladas de oceanos e mares e 3,8 x 1016 toneladas de guas continentais, a hidrosfera corresponde a cerca de 1/4400 da massa total da Terra. Trs so os oceanos do mundo. O Pacfico, o Atlntico e o ndico, com cerca de 189, 106 e 75 milhes de km, respectivamente. Os mares so pores desses oceanos em parte contidas pelos continentes. O mais importante o Mediterrneo que banha o sul da Europa, o Norte da frica e o Oriente Mdio. Sobre os continentes correm rios, que formam as bacias hidrogrficas definidas como a regio por onde correm um rio principal e seus afluentes. A gua evapora devido, principalmente, energia solar. A atmosfera contm tambm grande parte da gua do planeta, a qual retorna superfcie na forma de chuvas, que iro formar os rios. Esses ltimos correm de altitudes maiores para menores, desaguando no mar, em lagos ou outros rios que, finalmente, vo desaguar no mar. Esse ciclo, chamado hidrolgico ou da gua um pouco mais complexo, pois inclui as guas subterrneas, as nevadas, as geleiras, a transpirao das plantas e animais, etc. O maior rio do mundo o Rio Amazonas, em volume de gua e em extenso (6.992 km). O Rio Nilo o segundo com 6.852 km de extenso. A Bacia Amaznica a maior do Mundo, assim como tambm a Floresta Amaznica o maior ecossistema do planeta.UAB| Cincias Naturais e Matemtica |Sistema Solar|

33

4 . 2 . 4 . a t m o S f e r a te r r e S t r eA atmosfera uma camada de gases, de vapor dgua e de partculas slidas muito pequenas (aerossis) que, devido ao campo gravitacional, envolve nosso planeta. relativamente fina: cerca de 99% da massa da atmosfera est contida numa camada de aproximadamente 32 km de espessura (0,25% do dimetro da Terra). Se no houvesse atmosfera no haveria vida em nosso planeta. Ela age como um escudo protetor da radiao solar ultravioleta; contm os gases necessrios aos processos de respirao celular e de fotossntese; permite o ciclo da gua que a purifica e a disponibiliza por toda a superfcie do planeta; eleva a temperatura do planeta a nveis adequados para manuteno da vida; reduz consideravelmente a queda de meteoritos sobre a superfcie, dentre outras propriedades. A composio do ar seco e limpo relativamente estvel. Prximo ao nvel do mar a anlise de ar registra a seguinte composio aproximada: 78,08% de Nitrognio, 20,95% de Oxignio e 0,93% de Argnio. O dixido de Carbono (CO2) est presente na atmosfera com uma concentrao de aproximadamente 370 partes por milho (ou 0,037%). Apesar da pequena percentagem, sua importncia enorme: ingrediente essencial fotossntese e ao efeito F igura 32 Composio do ar seCo. a rea direita uma ampliao da pequena estufa. A concentrao de toFaixa do grFiCo de pizza e representa a ConCentrao dos gases minoritrios: Co2, nenio etC. (menos de 1% da ConCentrao dos gases da atmosFera). tambm dos os outros gases somados h traos de xidos de nitrognio (no, no2 e n2o), monxido de Carbono (Co), no ultrapassa 0,005%. oznio (o3), amnia (nh2), dixido de enxoFre (so2) e sulFeto de hidrognio(h2s), dentre outros. [Crditos do autor]

CamadaS

da

at m o S f e r a

A atmosfera terrestre, quanto temperatura, divide-se em quatro camadas:

(1) Troposfera (do grego, tropos quer dizer movimento): a camada mais prxima da superfcie. O topo da troposfera est aproximadamente a 16 km de altitude, podendo variar, conforme a latitude, de 6 (plos) at 20 km (equador). Nela que se formam as nuvens, os ventos, chuvas, relmpagos, etc. Seu aquecimento acontece a partir do solo. A superfcie absorve radiao solar e a irradia, aquecendo as camadas prximas de ar, que aquecem as imediatamente acima, que transferem energia para a prxima camada e assim sucessivamente. Por isso, a temperatura na troposfera diminui de baixo para cima.

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(2) Estratosfera: camada em que o ar bastante rarefeito (aproximadamente 50 km de altitude do topo da camada). nela que se concentra a maior quantidade de oznio, sendo chamada de camada de oznio, ou ozonosfera, contendo cerca de 90% desse gs da atmosfera. Esse gs absorve radiaes ultravioletas, nocivas aos organismos vivos. (3) Mesosfera: camada em que o ar volta a se esfriar, chegando a -90 C em seu topo (estende-se at 85 km de altitude). nesta camada que os meteoros se incendeiam em sua entrada na atmosfera terrestre. Na sua base est a camada (4) Termosfera: camada de ar extremamente rarefeito que absorve fortemente a radiao solar nas faixas do ultravioleta, raios X e gama, pela presena do oxignio atmico e molecular, de modo que sua temperatura pode chegar a 2000 K. Estende-se para alm dos 650 km de altitude. Acima disso chamada de Exosfera.

F igura 33 perFil da atmosFera. devido a diFerenas na absoro e reemisso da radiao solar, a temperatura diminui Com a altitude, na troposFera e na mesosFera, e aumenta Com altitude, na estratosFera e na termosFera. a densidadeno topo da estratosFera. a 100 km de altitude, na termosFera est a linha de

no entanto Cai exponenCialmente Com a altitude Chegando a nveis muito baixos

karman, inCio do espao astronutiCo. [Crditos do autor]

Entre uma camada e outra, existem as pausas, camadas nas quais a temperatura permanece constante antes da sua inverso. A ideia de definir uma altitude, acima da qual est o espao exterior, partiu de Theodore Von Karman, fsico hngaro-americano. Karman calculou que acima de 100 Km de altitude, o ar to rarefeito que no h como utilizar o efeito da diferena de presso sobre as superfcies das asas (como acontece com um avio) para manter a nave em voo. A essa altitude a nave deve ter velocidade acima da sua velocidade orbital. A linha Karman separa os espaos nacionais (areos) do espao exterior (astronutico).UAB| Cincias Naturais e Matemtica |Sistema Solar|

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pr eSSo

at m o S f r i C a

a presso (fora por unidade de rea) exercida pelo ar contra uma superfcie. A presso atmosfrica medida, por meio de um equipamento conhecido como barmetro, geralmente em unidades de atmosferas (atm), milmetros de mercrio (mmHg), quilopascal (kPa) ou milibar (mbar). O valor medido sofre influncia da temperatura e da umidade do ar, dentre outras variveis meteorolgicas. Ao nvel do mar, a presso atmosfrica aproximadamente 1 atmosfera, o que equivale a 101,325 kPa ou 760 mmHg. Para se ter uma ideia, 100 kPa equivalente presso exercida por um quilograma de matria em um quadrado de 1 cm de lado. A presso atmosfrica diminui exponencialmente com a altitude, como mostra o grfico da FIGURA 33.

4 . 2 . 5. a

i o n oSfe r a e o C am po m aG n ti Co da

te r r a

Basta uma pequena agulha magntica para se perceber que o planeta se comporta como um m, que tem o plo sul magntico prximo do plo norte geogrfico e com o plo norte magntico prximo ao sul geogrfico. A agulha da bssola por interagir com o Campo Magntico Terrestre - CMT - utilizada desde a antiguidade para orientao. No apenas o homem, mas tambm os animais, como vrios pssaros migratrios, por exemplo, orientam-se pelo CMT. A teoria do dnamo auto-sustentvel a mais aceita sobre como formado o CMT. Correntes de conveco no ncleo externo, bastante turbulentas por estarem associadas diferena de velocidade de rotao do ncleo externo e interno, produzem correntes eltricas e por consequncia um campo magntico intenso. A interao do vento solar com o campo magntico terrestre gera estruturas chamadas cintures de Van Allen (FIGURA 34), assim denominadas em honra ao seu descobridor. Consiste em regies com partculas de alta energia capturadas pelo CMT, situadas a uma altura de 3.000 e 22.000 km sobre o equador. Essas regies so comprimidas no lado voltado para o Sol e alongadas no lado oposto, devido ao fluxo do vento solar. A regio de ionizao (ionosfera) situa-se entre os cintures (magenta) e preenchida por um plasma frio originrio da interao do vento solar com a atmosfera. As linhas vermelhas mostram o caminho traado pelos raios, tal como a emisso de ondas de rdio saindo da ionosfera. A potncia da radiao tal, que os cintures so evitados pelas misses espaciais tripuladas, dado que poderiam aumentar o risco de cncer nos astronautas e prejudicar gravemente os dispositivos eletrnicos.

auror aS

Bo r e aiS e auStr aiS

As auroras boreais e austrais so fenmenos luminosos das noites polares. O vento solar colide com tomos da alta atmosfera ionizando-os. O campo magntico terrestre canaliza as partculas ionizadas, para os plos. Quando os ons se descarregam emitem luz. 36| Cincias Naturais e Matemtica | UAB

As auroras boreais de cores verde-amareladas e vermelhas so resultado do choque do vento solar com tomos de oxignio. As azuis se devem aos

sistema_solar - com correções

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