Os dois principais movimentos da Terra são a rotação em torno de si mesma, de Oeste para Leste, em 23h 56min 4s, e a
translação (ou revolução) em torno do Sol com duração de 365 dias 5h 48min 50s. A órbita da Terra em redor do Sol tem a
forma de uma elipse, e o plano definido por essa elipse é chamado “plano da eclíptica” ou
simplesmente “eclíptica”. Ocorre que o eixo de rotação da Terra não é perpendicular ao plano da eclíptica, ele tem uma
inclinação de 23º 26’ 21”, isto é, a Terra gira meio “tombada” em relação à sua órbita (ver figura 1). A figura também
mostra o terceiro movimento que será considerado neste ensaio, a precessão do eixo de rotação.
Figura 1
A inclinação do eixo de rotação de um planeta tem importantes conseqüências para a duração dos dias e noites, e para as
estações do ano. A figura 2 mostra o caso do eixo de rotação com inclinação nula : teremos dias e noites sempre iguais, e
também estações do ano iguais nos dois hemisférios.
Figura 2
A figura 3 mostra o eixo de rotação na eclíptica (ou inclinação de 90º em relação à perpendicular da eclíptica). Este
seria um planeta de extremos, se fosse a Terra teríamos dias e noites de 24 horas, e verões e invernos com enormes
diferenças de temperatura.
Figura 3
A figura 4 mostra o caso da Terra, com seu eixo de rotação inclinado aproximadamente 23º, o que produz dias e noites com
durações diferentes e estações do ano diferentes nos dois hemisférios.
Figura 4
Vamos ver primeiro a questão dos dias e noites; para isso imaginemos um círculo (meridiano) passando pelos Pólos Norte e
Sul, com os pontos 6, 4, 2, 1, 3, 5 e 7. O ponto 1 está sobre a linha do equador. Para uma melhor visualização, a figura 5
mostra uma vista vertical do Pólo Norte, a área de sombra (noite) aparece maior porque nesta vista a luz solar está
incidindo obliquamente de baixo para cima.
Figura 5
Agora dando um giro de 12 horas no planeta, o que acontece ?
Ponto 1 : percorre todo o seu trajeto na área iluminada, é um dia de 12 horas.
Ponto 2 : leva um tempo para sair da sombra (ponto 2’) e também entra novamente na sombra antes de completadas as
12 horas, é um dia D2 menor que 12 horas.
Ponto 4 : mesma coisa que o ponto 2, só que o dia D4 será menor que D2.
Ponto 6 : não chega a sair da sombra, não há dia.
Ponto 3 : já estava na área iluminada, isto é, o dia começara no ponto 3’, e o Sol vai se pôr depois de decorridas
12 horas, é um dia D3 maior que 12 horas.
Ponto 5 : mesma coisa que o ponto 3, só que o dia D5 será maior que D3.
Ponto 7 : não chega a entrar na sombra, não há noite, é o chamado Sol da meia-noite.
Na verdade o nascer e o pôr do Sol são influenciados por outros fatores como a sua dimensão angular no céu, e a refração
dos raios solares na atmosfera em ângulos baixos de incidência. Para o objetivo deste ensaio não entraremos nestes
detalhes.
A figura 6 mostra a Terra em outro ponto de sua órbita, agora é o Hemisfério Norte que tem uma área maior exposta à luz
solar.
Figura 6
As regiões acima dos pontos 6 e 6’, ou abaixo dos pontos 7 e 7’, são definidas pelo Círculo Polar Ártico (Hemisfério Norte)
e o Círculo Polar Antártico (Hemisfério Sul). Como as latitudes são medidas a partir da linha do equador, devemos subtrair
de 90º o valor da inclinação do eixo de rotação da Terra. Obtemos assim as latitudes de 66º 33’ 39” Norte ou Sul para os
Círculos Polares Ártico e Antártico respectivamente.
Com a figura 7 introduzimos o conceito de “declinação do Sol” : é o arco do meridiano entre o equador e o centro do disco
solar. A máxima declinação do Sol é igual ao valor da inclinação do eixo de rotação da Terra. Nas latitudes correspondentes
a este ângulo encontram-se o Trópico de Câncer (23º 26’ 21” Norte) e o
Trópico de Capricórnio (23º 26’ 21” Sul), veja a
figura 8.
Figura 7
Figura 8
Podemos considerar a orientação do plano que contém a perpendicular à eclíptica e o eixo de rotação APROXIMADAMENTE
invariável (mais adiante veremos o efeito da precessão) durante o ano. Isto fará com que o ângulo de incidência da luz
solar varie o tempo todo ao longo de um ano, é o que mostra as figuras 9 e 10. Note que as posições 1 e 3 correspondem às
figuras 4 e 6 respectivamente, são os dois dias do ano em que o Sol apresenta a maior declinação.
Figura 9
Figura 10
As posições 1 e 3 receberam o nome de “solstícios” :
Posição 1 :
Solstício de Inverno no Hemisfério Norte (noite mais longa do ano, início do Inverno)
Solstício de Verão no Hemisfério Sul (dia mais longo do ano, início do Verão)
Acontece em 21/22 de dezembro
Posição 3 :
Solstício de Verão no Hemisfério Norte (dia mais longo do ano, início do Verão)
Solstício de Inverno no Hemisfério Sul (noite mais longa do ano, início do Inverno)
Acontece em 20/21 de junho
A figura 11 mostra a incidência do Sol no solstício de Verão no Hemisfério Sul, o Sol estará a pino sobre o Trópico de
Capricórnio (ângulo zenital zero).
Figura 11
A condição de Sol a pino acontece :
Sobre os Trópicos de Câncer e Capricórnio = nos solstícios de Verão
Latitudes maiores que os Trópicos = nunca
Latitudes entre os dois Trópicos = dois dias por ano
Sobre o Equador = nos equinócios
É importante ressaltar que a variação da distância da Terra ao Sol tem pouca importância nessa questão das estações, pois
a órbita da Terra é quase circular, isto é, a elipse tem uma excentricidade muito baixa (um círculo é uma elipse com
excentricidade zero). Na posição 1 tem início o Inverno no Hemisfério Norte, e no entanto a Terra está próxima ao seu
periélio. Do mesmo modo, a posição 3 marca o início do Verão no Hemisfério Norte, quando a Terra está próxima ao afélio.
Nas posições 2 e 4, a linha Sol-Terra faz um ângulo reto com o plano formado pela perpendicular à eclíptica e o eixo de
rotação. Essas duas posições receberam o nome de “equinócios” :
Posição 2 :
Equinócio de Primavera no Hemisfério Norte (início da Primavera)
Equinócio de Outono no Hemisfério Sul (início do Outono)
Acontece em 20/21 de março
Posição 4 :
Equinócio de Outono no Hemisfério Norte (início do Outono)
Equinócio de Primavera no Hemisfério Sul (início da Primavera)
Acontece em 22/23 de setembro
A posição do Sol no equinócio de Primavera é chamada "Ponto Vernal", e no equinócio de Outono,
de "Ponto Outonal".
A figura 12 representa o que acontece na posição 2. É fácil observar que nos equinócios os dias e noites são iguais, com
12 horas de duração.
Figura 12
Nos equinócios, o caminho aparente do Sol visto da Terra cruza o plano do equador celeste.
Dizendo de outra maneira, os equinócios são os dois pontos onde o equador celeste cruza o plano da eclíptica.
A Terra pode ser vista como uma bola de material pastoso, pois a crosta sólida, por mais importância que tenha para nós, é
finíssima e pode ser desprezada. Depois de bilhões de anos girando, o planeta se expandiu no equador e se achatou nos
pólos, assumindo a forma que conhecemos hoje. Vivemos então sobre um esferóide achatado e com um eixo de rotação inclinado.
A Terra sofre atração gravitacional do Sol e da Lua. A ação desses dois corpos celestes (principalmente a Lua, por estar
mais próxima), produz um torque que tenderia a “endireitar” o eixo de rotação da Terra. Mas isso não acontece, esse torque
combinado com o momentum angular de rotação da Terra, faz com que o eixo de rotação PRECESSIONE em torno da perpendicular
à eclíptica, assim como um pião precessiona em torno da vertical ao solo. A precessão do eixo de rotação da Terra, ou
giro retrogrado de Leste para Oeste, é muito lento para a escala humana, pois leva 25.770 anos para se completar. Isso
equivale a apenas 50 segundos de arco por ano, mas é o bastante para incomodar os astrônomos, que são obrigados a
introduzir correções para compensar as variações na ascensão reta e declinação das estrelas.
Esse é o terceiro movimento do nosso planeta a ser considerado, e para o propósito deste ensaio, ficamos com apenas esses
três. A figura 13 mostra a precessão do eixo de rotação.
Figura 13
Devido à precessão, a cada ano não é exatamente a mesma face da Terra que passa pelos pontos 1, 2, 3 e 4 (equinócios e
solstícios). Na figura 14 chamamos o plano definido pelo eixo perpendicular à eclíptica e pelo eixo de rotação atual de
“plano ano 2009”, o ponto 1 é o Pólo Norte. Recuando no tempo até o ano zero, teríamos o eixo de rotação deslocado de
aproximadamente 28 graus em relação ao atual, definindo outro plano, o “plano ano 0”.
Figura 14
O eixo de rotação da Terra define a posição do equador celeste. Se o equador celeste muda de posição, os dois pontos onde
ele cruza a eclíptica também mudarão. Essa variação dos pontos de ocorrência dos equinócios em um ciclo de 25.770 anos, é
que recebeu o nome de “PRECESSÃO DOS EQUINÓCIOS”.
Nota 1 : Algumas definições
Afélio = ponto mais afastado da órbita de um corpo gravitando ao redor do Sol.
Ângulo Zenital = é o ângulo que faz a direção de um astro com a direção do zênite.
Declinação = de um astro é o ângulo (arco) medido ao longo do meridiano do astro, com origem no plano do equador
celeste e extremidade no astro. Se o astro estiver no zênite do local, sua declinação será igual à latitude geográfica.
Distância Zenital = mesmo que ângulo zenital.
Equador Celeste = círculo máximo da esfera celeste perpendicular ao eixo de rotação
da Terra. Divide a esfera celeste em hemisfério boreal (norte) e hemisfério austral (sul).
Esfera Celeste = esfera fictícia de raio indefinido cujo centro é o olho do observador, e sobre cuja superfície
estão as estrelas fixas. A esfera celeste gira em torno da linha dos pólos ou linha do eixo do mundo.
Latitude Geográfica = ângulo (arco) medido ao longo do meridiano do lugar, com origem no equador e extremidade no
zênite do lugar.
Meridiano = círculo máximo que passa pelos pólos. O meridiano origem é o de Greenwich.
Movimento diurno = movimento aparente das estrelas fixas em torno da Terra, em virtude da rotação do nosso planeta
em torno do seu eixo.
Nadir = ponto da esfera celeste diametralmente oposto ao zênite.
Órbita = trajetória descrita por um astro em torno de outro.
Periélio = ponto mais próximo da órbita de um corpo gravitando ao redor do Sol.
Ponto Outonal = ponto onde se encontra o Sol no dia do equinócio de Outono.
Ponto Vernal = ponto onde se encontra o Sol no dia do equinócio da Primavera.
Vertical = plano que passa por um astro e a vertical do lugar de observação.
Zênite = ponto situado na esfera celeste na vertical acima de um observador.