“Movimento Diário e Anual Aparente do Sol” (Uma proposta de atividades em sala de aula)
Curso de Especialização em Astronomia (2009)-EACH-USP leste.
Alunos: Ricardo Augusto Viana de Lacerda, Artur Roberto Viana de Lacerda, Alexandre
Cachone Pinto, Eloiza Hitomi Wakate Hieda e Geraldo Majela da Silva
Registro da Apresentação do Grupo no Curso “O Sistema Solar na Sala de Aula” realizado na
“Estação Ciência” na data de 03/10/2009.
Uso do Gnômon
Até onde se sabe, o primeiro instrumento utilizado pelos nossos ancestrais como
relógio foi o gnômon. Na sua versão mais simples, o gnômon é simplesmente uma
estaca vertical, posicionada firmemente sobre o solo. A variação
contínua da sombra dessa estaca, à medida que o Sol se desloca ao
longo do dia pela esfera celeste, informa a fração do dia naquele
momento (Figura-01). Você conhece alguém que já utilizou um
instrumento como esse para medir o tempo? Até poucas décadas
atrás, era comum o seu uso por pessoas de comunidades rurais.
Através do gnômon, podemos extrair uma série de informações importantes do ponto de
vista da Astronomia. Uma delas, que o professor junto aos seus alunos pode obter, é o
meridiano do seu lugar. Esse meridiano é a linha norte-sul geográfica que passa pelo
lugar onde você se encontra.
[Fig.01]
Trajetória diurna do Sol e a direita, Sombra do gnômon em diversos horários durante o dia.
O Movimento Anual do Sol na Perspectiva Topocêntrica
A Figura abaixo (fig.02) oferece uma visão esquemática do que pode ser uma seqüência
dessas observações numa perspectiva topocêntrica. No caso, o observador, à
semelhança daquela tribo, utilizou a posição do Sol em relação às montanhas para
identificar diariamente o local do nascente.
Se um observador registrar o nascer do Sol de um mesmo lugar, dia após dia,
descobrirá que, embora o Sol “nasça” sempre numa mesma direção, o local exato em
que o astro desponta no horizonte varia dentro de um intervalo de pontos, em torno de
um ponto central que é o verdadeiro ponto cardeal Leste. Mas, não varia de qualquer
jeito: muda continuamente; de um local um pouco mais ao sul, por exemplo, percorre
pontos intermediários no sentido Sul-Norte, até chegar ao outro extremo do intervalo,
ao norte. Em seguida, faz um caminho de volta, também contínuo, desse extremo norte
do intervalo até o ponto de onde começamos a acompanhar as observações.
É esse ciclo de mudanças no local do nascer do Sol, em torno de um ponto médio,
que convencionamos chamar de ano solar. Não é muito complicado entender por que o
ano solar se associa a mudanças cíclicas no ambiente, uma vez que a variação no local
do nascer do Sol, na verdade, se relaciona com variações no ciclo claro-escuro, num
dado local. Na Figura (03), temos um esquema que ilustra essa relação.
[fig.02]
Registros dos locais do nascimento do Sol no horizonte, ao longo do ano.
[fig.03]
Nascer do Sol e seu movimento ao longo do dia, em diferentes meses do ano, para um observador com latitude Sul.
Para o observador ilustrado na Figura 3, quando o Sol nasce mais ao norte segue um
caminho mais baixo em relação ao horizonte, ao longo do Dia. Os dias para esse
observador são mais curtos nesse período, ao passo que se tornam mais longos quando o
Sol nasce mais ao sul. Com isso, altera-se o período de luz e calor naquele local, o que
contribui para mudanças no ambiente.
Verifica-se que quanto mais alta a latitude, maiores são as diferenças entre o dia e a
noite, e mais perceptíveis tornam-se essas mudanças.
Se considerarmos, num determinado local, a duração dos dias e das noites e, ainda, a
tendência na variação desses períodos, é possível definir quatro fases no ciclo solar
anual. Tais fases, que passaremos a chamar de estações astronômicas, que chamamos
também de Solstícios e Equinócios, encontram-se delimitadas pelas datas em que o
nascer do Sol ocorre nos extremos mais ao norte e mais ao sul do ponto cardeal Leste,
como também por duas datas intermediárias a esses extremos, em destaque na Figura
04. Acompanhe, por meio desta, a descrição do ciclo das estações astronômicas para um
observador no hemisfério Sul, feita a seguir.
Solstício e Equinócio
O movimento anual aparente do Sol na esfera celeste pode ser entendido através da
translação da Terra em torno do Sol (visão heliocêntrica em conjunto com a visão
geocêntrica), ou da observação do pôr do Sol (visão topocêntrica).
A Figura 4 mostra a Terra em quatro ocasiões especiais de sua órbita ao redor do
Sol. São os dias em que ocorrem os solstícios e equinócios. Tomemos como referência
o hemisfério sul da Terra. Na posição 1, fixando nossa visão a partir da Terra, o Sol está
na distância angular máxima ao norte do plano do equador celeste, parecendo parar na
esfera celeste para depois retroceder, para o sul, em seu movimento anual aparente. Os
raios solares, nessa época do ano, incidem mais obliquamente sobre a superfície do
hemisfério sul da Terra, de forma que a incidência de calor é menor. Esse dia é
denominado solstício do inverno austral (solstício significa Sol parado; em latim:
[Fig.04]
1 e 3 são os Solstícios, 2 e 4 são os Equinócios. Visão heliocêntrica em conjunto com a
visão geocêntrica. A ilustração está fora de escala
solstitium), o qual ocorre por volta de 22 de junho. A noite do solstício do inverno
austral é a mais longa do ano. A partir do solstício de inverno, tanto os “dias claros”
como os dias civis e astronômicos voltam a aumentar de duração, lentamente.
De modo análogo, na posição 3 da Figura 4, quando ocorre o “dia claro” mais
longo do ano para o hemisfério sul, o Sol atinge a posição angular mais ao sul do
equador celeste. É o dia do solstício do verão austral, que ocorre por volta de 21 de
dezembro. No verão, a incidência dos raios solares acontece de forma menos oblíqua à
superfície. Em lugares próximos ao Trópico de Capricórnio, a incidência é quase
perpendicular. Portanto, a insolação é maior. Após o solstício de verão, os “dias claros”
se tornam cada vez mais curtos novamente.
Em duas ocasiões especiais intermediárias (posições 2 e 4 ainda da Figura 4), o “dia
claro” e a noite têm a mesma duração (isso ocorre para todo o globo terrestre). São
os dias dos equinócios de primavera e outono, que ocorrem, respectivamente, em torno
de 22 de setembro e 21 de março no hemisfério sul. A palavra equinócio, de origem
latina, significa noites de iguais durações. Os equinócios ocorrem quando o Sol está
sobre o círculo do equador celeste, deslocando-se do hemisfério celeste norte para o sul,
no caso do equinócio da primavera austral, e fazendo o caminho inverso, no equinócio
do outono austral. Nesses dias, ambos os hemisférios terrestres recebem a mesma
quantidade de insolação. Entre o início do outono austral e o fim do inverno, os “dias
claros” são mais curtos do que as noites (a noite mais longa ocorre no início do
inverno), e entre o início da primavera e o fim do verão, a situação se inverte (o dia
mais longo ocorre no início do verão).
Seqüencialmente, para o hemisfério sul da Terra, tem-se: o equinócio de outono em
20 ou 21 de março, o solstício de inverno entre 21 e 23 de junho, o equinócio de
primavera em 22 ou 23 de setembro e o solstício de verão entre 21 e 23 de dezembro.
As estações do ano acontecem de forma inversa em cada um dos hemisférios terrestres.
Enquanto é verão no hemisfério sul, é inverno no hemisfério norte.
A fim de complementar o entendimento, vamos pensar na observação do nascer e
pôr do Sol nos dias dos equinócios e solstícios, como está representado na Figura 5
[Fig.5]
Visão topocêntrica para o nascer do Sol nos Solstícios e Equinócios para um lugar tropical do hemisfério Sul da Terra.
acima, para um local na região tropical do hemisfério sul (entre o equador e o Trópico
de Capricórnio). Somente nos equinócios o Sol surge no horizonte exatamente a partir
do ponto cardeal leste, deslocando-se ao longo do dia sobre o equador do céu e
escondendo-se, exatamente também, no ponto cardeal oeste (isso ocorre para quase
toda a Terra; as exceções são os pólos geográficos). Os solstícios são os dias quando
o Sol mais se distancia dos pontos cardeais leste e oeste, no nascer e ocaso,
respectivamente. No solstício do verão austral, o Sol surge mais ao sul do ponto leste e
esconde-se, com o mesmo distanciamento, ao sul do ponto oeste. No solstício do
inverno austral, o Sol nasce com o maior afastamento angular ao norte do ponto leste e
põe-se, com o mesmo distanciamento, ao norte do ponto oeste (veja a Figura 5). O
distanciamento angular máximo que a direção do Sol pode assumir em relação ao
equador celeste é exatamente igual à inclinação entre o plano da eclíptica e o plano do
equador (≅ 23°,5). O ângulo entre a direção do Sol e a do ponto cardeal leste, medido
sobre o círculo do horizonte no momento do nascer do Sol em qualquer dia do ano
depende da latitude do lugar e da declinação do Sol, exceto nos equinócios quando esse
ângulo é nulo.
Sol a Pino e Trópicos
Somente na região tropical, o Sol pode ficar a pino ao meio-dia (solar). Entre os
trópicos isto acontece duas vezes por ano, como no caso da Figura 5, e os dias
correspondentes são determinados pela latitude do lugar. Para um local no equador
terrestre, o Sol cruza a pino o meridiano local nos dias dos equinócios. Já para os locais
situados exatamente sobre um dos trópicos, o Sol cruza a pino somente uma vez, no
solstício de verão. Os Trópicos de Capricórnio e Câncer são nomeados desta maneira
porque durante os solstícios, na Antigüidade, o Sol se encontrava na direção dessas
constelações zodiacais.
Os pontos cardeais
A direção norte (N), em quase todo o ano, é aquela onde o Sol está quando está mais
alto no céu, isto é, no momento em que a sombra do gnômon está mais curta. Este
instante pode variar entre 11:00h e 13:00h, pois depende do local e a data. A direção
oposta é a direção sul (S). À direita da direção sul-norte está a direção leste (L) e à
esquerda a direção oeste (O ou W). As direções intermediárias são o Nordeste (NE),
Noroeste (NO), Sudoeste (SO) e Sudeste (SE). O diagrama que as representa tem o
nome de “Rosa dos Ventos”.
As estações em diferentes épocas e hemisférios
1) De dezembro a março
No solstício de dezembro o sol atinge a superfície perpendicularmente no Trópico de
Capricórnio (23,5ºS). A energia solar fica mais concentrada nessa região, provocando
aumento de temperatura. Já nas demais regiões, principalmente nas altas latitudes do
hemisfério Norte, os raios solares atingem a superfície com maior inclinação em relação
ao zênite. A energia solar é espalhada por uma área maior, diminuindo a temperatura.
Nos demais dias de verão, com a Terra se deslocando em sua órbita, os raios solares vão
atingir perpendicularmente outros pontos de menor latitude no hemisfério sul, e deixam
de ter altura máxima no Trópico de Capricórnio.
Características do solstício de dezembro:
- O Sol está com máximo deslocamento para o sul do equador, por isso está mais alto
nos céus austrais.
- O Sol nasce e se põe com o maior afastamento para sul, em relação aos pontos
cardeais leste e oeste.
- O Pólo Sul está sempre iluminado e o Pólo Norte sempre às escuras.
- Dia mais longo do ano no hemisfério Sul e o mais curto no hemisfério norte.
2) De março a junho
Ao chegar em 22 de março, o sol estará incidindo perpendicularmente no Equador,
latitude 0º. Nessa ocasião ocorre o equinócio de março. A energia do sol se distribui
igualmente nos dois hemisférios, demarcando o início da primavera no hemisfério norte
e do outono no hemisfério sul. A partir dessa data, o Sol aumentará sua altura em
Simulação das Estações do Ano: Solstícios de Verão e Inverno e os
Equinócios de Primavera e Verão.
relação ao horizonte no hemisfério norte, até atingirem perpendicularmente o Trópico
de Câncer.
Características do equinócio de março:
- O Sol está cruzando o equador celeste de sul para norte, exatamente sobre o ponto
Vernal.
- È um dos dois dias do ano em que o Sol nasce exatamente no ponto cardeal leste e se
põe exatamente no ponto cardeal oeste.
- Todas as regiões da Terra são igualmente iluminadas.
- Sol incide perpendicularmente no equador terrestre.
3) De junho a setembro
No solstício de junho, o Sol atinge a Terra com altura máxima no Trópico de Câncer
(23,5ºN). Há maior concentração de energia solar nessa região, nessa data, elevando as
temperaturas. É a vez do hemisfério Sul conviver com as baixas temperaturas e com os
dias curtos enquanto os europeus estão em pleno verão.
Características do solstício de junho:
- O Sol está com máximo deslocamento para o norte, ficando mais baixo em relação a
nós.
- O Sol nasce e se põe com o maior afastamento para norte, em relação aos pontos
cardeais leste e oeste.
- O Pólo Sul convive com uma longa noite de praticamente 6 meses (Sol sempre abaixo
do horizonte), enquanto o Pólo Norte curte o espetáculo do Sol da meia-noite.
- Dia mais curto do ano no hemisfério sul e o mais longo no hemisfério norte.
4) De setembro a dezembro
Com o decorrer dos dias, os raios solares perpendiculares à superfície migram para o
equador, que novamente em 23 de setembro receberá a energia solar
perpendicularmente. Mais uma vez, haverá igual distribuição de energia entre norte e
sul. É o equinócio de setembro, início da primavera para o sul e do outono para o norte.
Serão temperaturas amenas e dias e noites de igual duração para todo o globo.
Características do equinócio de setembro:
- O Sol está cruzando o equador celeste de norte para sul.
- É segundo dia do ano em que o Sol nasce exatamente no Leste e se põe exatamente no
oeste.
- Todas as regiões da Terra são igualmente iluminadas.
- Novamente, o Sol incide verticalmente no equador terrestre.
À medida que a Terra se desloca em sua órbita, os raios solares perpendiculares à
superfície migram do equador (23 set) novamente para o Trópico de Capricórnio,
trazendo mais um verão para os habitantes austrais e um inverno para os nórdicos.
O Movimento Anual do Sol na Perspectiva Heliocêntrica
É a observação do local de nascimento do Sol. Um ano solar é o período mínimo que o
Sol leva para voltar a nascer numa mesma seqüência de locais, quando visto de uma
mesma posição por um observador na superfície da Terra.
Integrando informações de observadores em diferentes lugares do nosso planeta,
sabemos ainda que, à medida que esse ciclo do nascimento do Sol ocorre, os seguintes
fatos são observados:
a) a relação entre os dias e as noites varia continuamente ao longo do ano;
b) essa relação apresenta-se de forma inversa, nos dois hemisférios terrestres: quando
temos dias mais longos para o hemisfério Sul, no hemisfério Norte, as noites é que são
mais longas, sendo o inverso também verdade;
c) a direção com que os raios do Sol incidem num lugar da Terra, a uma determinada
latitude, varia continuamente ao longo do ano;
d) quanto maior a latitude do observador, maior a variação entre os dias e as noites;
e) a variação a que nos referimos no item a dá-se em quatro etapas ou “estações
astronômicas”. Cada estação é um conjunto de Dias em que podemos verificar os dias
se tornando continuamente mais longos ou mais curtos do que as noites, sendo
delimitados por equinócios e solstícios.
A Inclinação do eixo de rotação
A inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à reta perpendicular à direção
que une o seu centro ao do Sol – a qual passaremos a chamar simplesmente de
inclinação do eixo de rotação da Terra –, uma hipótese necessária para explicar a
iluminação diferenciada dos hemisférios terrestres que nos dá o dia e a noite.
Ela permite explicar também outras características observadas para o ciclo solar
anual. Para verificar quais são elas, examine atentamente a Figura 3, na qual se pode
observar um registro da irradiação solar em diferentes pontos do globo num Dia
específico.
[Fig.06]
Trajetórias diurnas do Sol, em três dias do ano.
À medida a Terra gira, um observador qualquer sobre a sua superfície descreve no
espaço uma circunferência igual à do paralelo em que se situa. Como a rotação do
planeta em torno do seu próprio eixo se dá com velocidade uniforme, essa
circunferência é descrita também de maneira uniforme no tempo; com isso, frações
menores são percorridas em tempos menores. Tenha em mente, ainda, que a rotação da
Terra se dá em torno do eixo inclinado, e não da vertical que a divide numa metade
iluminada e em outra não iluminada. Com isso, vemos que, no momento ilustrado na
Figura 3, se nosso observador estiver situado em qualquer latitude entre o Equador e o
Pólo Sul, passará um período maior no lado iluminado do espaço do que no lado escuro,
ou seja, o dia para ele será mais longo do que a noite. O inverso será verdade, por sua
vez, para um observador entre o Equador e o Pólo Norte, o que mostra que a inclinação
no eixo de rotação gera uma inversão de comportamento nos dois hemisférios, tal
como se verifica no planeta.
Veja, ainda na Figura 3, que a diferença entre o período claro do Dia e o período
escuro é maior para observadores em latitudes mais elevadas (Norte ou Sul). Compare,
por exemplo, um observador no Trópico de Câncer com um que esteja próximo ao
Equador. Quanto mais próximo do Equador, mais próximo o eixo de rotação se encontra
da reta divisória do claro e escuro na Terra, e os dias ficam com duração semelhante às
noites.
Situações bastante drásticas ocorrem na região que vai do paralelo denominado por
Círculo Polar Ártico até o Pólo Norte: no Dia focalizado, durante todo o giro da Terra
ao redor do seu eixo Norte-Sul, os raios solares não atingirão nenhuma localidade
daquela região, ou seja, haverá somente noite. O Sol não será visível nessa região! Da
mesma forma, nesse mesmo Dia, durante todo o “giro da Terra”, o Sol permanecerá
iluminando a região que abrange do paralelo Círculo Polar Antártico até o Pólo Sul:
não haverá noite nessa região, ocorrendo o fenômeno conhecido como Sol da Meia
Noite!
[Fig.3]
Esquema de um momento da Terra em sua órbita ao longo do Sol, ilustrando a iluminação recebida por diferentes pontos da sua superfície num determinado instante.
O anglo de incidência dos raios solares
A translação da Terra e a inclinação do seu eixo de rotação são dois fatores que
permitem explicar o ciclo solar anual conforme percebido nas diferentes partes do
globo. Contudo, para entendermos de forma mais satisfatória a influência desse ciclo
nos diferentes pontos da Terra, devemos ainda olhar para um terceiro fator que ocorre
paralelamente ao ciclo solar; no caso, o ângulo com que os raios solares incidem na
superfície da Terra, num dado lugar, ao longo do ano.
Alguém poderia se perguntar, por exemplo, por que os pólos terrestres são tão frios,
congelados, o ano todo. Essa pergunta faz sentido, pois apesar de passarem cerca de 3
meses praticamente sem incidência de radiação solar, os pólos também experimentam,
de outro lado, cerca de 3 meses de Sol acima do horizonte. Dessa forma, não deveriam
se tornar excessivamente quentes nesse período?
O que deve ser considerado, ainda, é que nos pólos, em qualquer época, os raios
solares incidem de forma sempre mais “rasante” do que em outras partes do globo. A
implicação disso, como ilustra a Figura 6, é que a densidade de radiação por unidade de
área que atinge os pólos é bem menor do que se a incidência dos raios solares fosse
frontal, como em algumas partes do globo, em períodos específicos do ano.
Na Figura 6, um mesmo feixe de radiação incide com ângulos diferentes sobre
superfícies planas. Para cada ângulo de incidência, a energia do feixe acaba
distribuindo-se em áreas distintas, produzindo diferentes intensidades de radiação. O
ângulo de incidência da radiação é medido em relação à direção normal à superfície em
[Fig.6]
Um mesmo feixe de radiação incide com ângulos diferentes sobre superfícies planas, produzindo diferentes densidades ou intensidades de radiação..
Hemisfério1(N)-Simulação do
dia mais curto
Hemisfério2(S)-Simulação do
dia mais longo
que ela incide; quanto maior esse ângulo, menor a intensidade de radiação. Examine, na
atividade 7, a incidência da radiação solar nos pólos e em outros pontos da Terra, num
dia específico do ano.
Quanto mais frontal a incidência dos raios solares, maior a intensidade com que a
radiação atinge a superfície. Esse fator, aliado à diferença na duração dos dias e das
noites, acaba contribuindo para criar faixas ou zonas térmicas diferenciadas no globo
terrestre, demarcadas pelos pólos e pelos cinco paralelos onde se situam os pontos que
você acabou de analisar: Círculo Polar Ártico (67,5ºN), Trópico de Câncer (23,5ºN),
Equador, Trópico de Capricórnio (23,5ºS) e Círculo Polar Antártico (67,5ºS). Entre
cada pólo e o Círculo Polar do hemisfério correspondente estão as zonas mais frias:
zona Polar Ártica, no hemisfério Norte, e zona Polar Antártica, no hemisfério Sul. Entre
cada Círculo Polar e o Trópico do hemisfério correspondente estão as zonas temperadas
Norte e Sul, e entre os dois trópicos, temos uma faixa climática contínua, chamada zona
tropical.
Do ponto de vista astronômico, somente observadores que estejam na zona tropical
têm o Sol passando pelo zênite, em algum momento do ano. Para os observadores das
zonas temperadas (do Norte ou do Sul) e das zonas polares, em momento algum isso
ocorre.
Ano Solar
Vimos que o ciclo anual do Sol implica uma seqüência de mudanças na relação entre
os dias e as noites para um ponto qualquer na superfície da Terra e que essa seqüência
pode ser visualizada em quatro etapas, às quais nos referimos como estações
astronômicas: primavera, verão, outono e inverno. É comum encontrarmos materiais
didáticos com uma abordagem inapropriada das “estações”, associando-as às seguintes
imagens:
Muito provavelmente você já deve ter percebido que esta não corresponde à realidade
dos ciclos pelos quais passa o Nordeste, ou ainda o Norte, o Centro-Oeste ou o Sudeste
do Brasil. Na atividade 2, você sistematizou as ocorrências significativas no seu
ambiente que ocorrem paralelamente às mudanças do ciclo solar anual. Retome aqueles
dados para a atividade a seguir.
Tais ocorrências certamente não incluem a presença da neve, da mesma forma que
alguém na região do Círculo Polar Ártico não vai poder falar de folhas avermelhadas
caindo das árvores, ou de qualquer outro cenário diferente da neve, no ambiente em que
vive. E isso ocorre, ainda que o hemisfério a que pertença passe globalmente por
diferentes etapas do ciclo solar anual: apresentando ora dias mais longos, ora dias mais
curtos do que as noites.
A questão é que os fenômenos no ambiente em que vivemos expressam mais
claramente ciclos climáticos, e estes não correspondem diretamente às etapas
astronômicas ligadas à posição global do planeta em relação ao Sol.
Por um lado, aspectos climáticos do globo como um todo podem ser compreendidos
em função da diferença de temperatura entre a zona tropical e as regiões dos pólos,
causada pelas diferentes intensidades de radiação que as atingem. Essa diferença dá
origem a movimentos de grandes massas de vento e oceanos que se repetem ao longo
dos anos com relativa regularidade e que, como já mencionamos antes, determinam uma
série de ocorrências e padrões climáticos nas diferentes partes do globo. Contudo, as
características do clima de qualquer localidade específica se constituem de forma
complexa, na interação dessa influência global com informações locais, tais como
mananciais de água, matas e florestas na vizinhança, altitude e materiais dos quais é
constituída a crosta terrestre local.
Assim, para compreendermos os sinais do ambiente, em cada lugar, numa dada
estação astronômica, é preciso aprofundar o conhecimento de como o ciclo planetário
ao redor do Sol interage com outros aspectos locais.
Essa diferença entre os ciclos ambientais e os ciclos solares que caracterizam as
estações astronômicas é algo que deve ficar bem claro, porque é causa de muita
confusão na aprendizagem do tema.
Por exemplo, as palavras “inverno” e “verão” são usadas, principalmente, no Norte e
Nordeste do Brasil para fazer referência a sinais do ambiente (chuva ou ausência de
chuva, respectivamente) que na verdade ocorrem em períodos opostos ao das estações
astronômicas de mesmo nome. O nosso entendimento coincide com o de Queiroz, Lima
e Vasconcellos (2004): é essencial diferenciar estações astronômicas – associando-as
ao ciclo solar anual –, de estações climáticas – associando-as aos ciclos anuais de cada
ambiente.
É errado dizer que a primavera, por exemplo, é a estação das flores. Do ponto de
vista astronômico, o que a define, num dado hemisfério, é que os dias se tornarão cada
vez maiores do que as noites. A primavera é “a estação das flores” em locais como
Estados Unidos, Japão ou Canadá, entre outros, porque nesses lugares é assim que o
ambiente se apresenta durante essa fase astronômica. Mas, deverá ser vista como
“estação das chuvas”, por exemplo, em locais onde vivem as tribos Guarani do Sul do
Brasil, e em várias outras localidades no planeta, como, por exemplo, na cidade do
Joãozinho da Maré, um amigo que você pode conhecer lendo o excelente texto do
Professor Caniato (1985), o qual trata dos equívocos no ensino das Estações do Ano. E
na sua cidade, a primavera é a estação de quê?
ATIVIDADES DEMOSNTRATIVAS
Após a leitura deste texto junto aos alunos, o professor pode usar o material
apresentado nas atividades de astronomia: “Dia e Noite”, “Estações do Ano”
,“Movimento Aparente Diurno e Anual do Sol”, “Duração do Dia em Várias Partes
do Planeta” e “Uso do Gnômon: Acelerando o Dia” para verificar o aprendizado dos
alunos e o entendimento da leitura. Estas atividades são encontradas no site “Ciência a
Mão” [http://www.cienciamao.if.usp.br/] no link “Atividades de Astronomia”, elas
permitem ao professor demonstrar em 3D os movimentos que promovem o dia e a noite
e os solstícios e equinócios numa visão heliocêntrica e geocêntrica. Confira!
Questionário:
01- O que significa a data chamada de Solstício? Quais as estações que ao iniciarem são
marcadas por essa data?
R: Datas em que o Sol atinge a altura máxima (solstício de verão) ou altura mínima
(solstício de inverno) em cada hemisfério terrestre. São as datas de início do verão e do
inverno.
02- Quando ocorrem os equinócios, qual a relação entre a duração dos dias e das noites?
Essas datas marcam o início de quais estações?
R: Próximo aos dias 21 de março e 23 de setembro, nesses dias, o dia tem a mesma
duração da noite. Os equinócios marcam o início da primavera e do outono.
03- Em latitudes mais afastadas da Linha do Equador, o que podemos notar sobre a
posição do Sol no céu em relação ao Inverno e o Verão?
R: É bem claro que no inverno o Sol fica mais “baixo” no céu do que no verão.
04- Por que é desnecessário falar em estações para localidades próximas à Linha do
Equador?
R: Porque não há grandes variações da posição do Sol no céu ao longo do ano. O
tempo de claridade (dia) e de escuridão (noite) é praticamente igual o ano todo, 12h
para cada um.
Não existe variações significativas de temperaturas ao longo do ano.
05- Nos Solstícios de 22 de Junho e 22 de Dezembro, o que ocorre com a posição do
Sol no céu em localidades próximas à Linha do Equador?
R: No Solstício de 22 de junho o Sol passa a aproximadamente 23,5° ao norte do zênite
e em 22 de dezembro, 23,5° ao sul.
06- Para as localidades que estão nos Trópicos de Capricórnio ou de Câncer, o que
ocorre com a posição do Sol durante os Solstícios de Verão?
R: O Sol passa a pino (um poste vertical não produz sombra nenhuma) duas vezes ao
ano em todas as localidades que estão entre as latitudes de 23,5°norte e 23,5° sul.
07- O que é o Sol da Meia-Noite?
R: Como nos pólos temos 6 meses de dia e 6 meses de escuridão, verificamos que há
Sol à meia noite.
08- Utilize a Figura abaixo para desenhar o caminho do Sol acima do horizonte, num
dia de primavera e num dia de verão. R: Linha azul = Verão e Linha vermelha = Primavera.
09- Liste os nomes de três países localizados em continentes diferentes e,
localizando-os num globo, identifique a estação que vigora atualmente em cada um deles.
10- Qual seria a estação para o hemisfério sul, na situação descrita pela figura abaixo? Qual seria a estação para o Hemisfério Sul, na situação descrita pela Figura 3?
OUTRAS SUGESTÕES DE DEMONSTRAÇÃO:
Modelos de isopor
Utilizando-se uma bola de isopor de uns 20 centímetros de diâmetro, transpassada por
uma agulha de tricô ou algo semelhante, fixada em uma base de madeira com uma
inclinação de 23 graus em relação à vertical, teremos um modelo da Terra com seu eixo
de rotação. Marcam-se agora os pólos e a linha do equador. Sobre uma mesa instale o
modelo e uma lâmpada para simular o Sol. Mantendo o eixo de rotação "apontado" para
a mesma direção, pode-se demonstrar que ora um hemisfério receberá mais
luminosidade, ora o outro. Percebe-se ainda que durante seis meses um pólo receberá
continuamente a luz solar, enquanto o outro permanecerá de noite no mesmo período.
Ainda sobre este assunto, sugerimos um experimento que permita compreender porque
a altura do Sol no céu influencia a temperatura, tanto anualmente como diariamente. O
efeito é causado pela variação do ângulo de incidência dos raios solares, que se
espalham sobre uma superfície maior no planeta (ou volume maior da atmosfera) nas
regiões em que o Sol está baixo, e menor nas regiões em que está mais alto no céu.
Solstícios (verão ou inverno)
Ocorrem quando o Sol atinge seu máximo afastamento angular do equador celeste. O
hemisfério da Terra em que estiver acontecendo o solstício de verão, terá o dia (período
de insolação) com duração mais longa, enquanto o hemisfério oposto marca o solstício
de inverno, quando as noites têm duração mais longa.
Quanto mais afastados estivermos do equador terrestre, maiores serão as diferenças
entre os dias e as noites ao longo do ano. No equador, em qualquer época, os dias e as
noites têm sempre a mesma duração.
Equinócios (primavera ou outono) - Ocorrem quando o Sol cruza o equador celeste.
Nestes dias, em qualquer ponto da Terra, dias e noites têm igual duração (12 horas).
Quando em um hemisfério estiver acontecendo o equinócio de outono, no outro estará
ocorrendo o de primavera.
Os equinócios podem ocorrer em 20 ou 21 de março e 22 ou 23 de setembro, já os
solstícios nos dias 21 ou 22 de dezembro e 20 ou 21 de junho. Essa variação é
conseqüência de o ano civil ter um número inteiro de dias, 365 ou 366, e o período
decorrido entre uma mesma estação consecutiva ser de 365,2422 dias.
Dias e horários do início das estações para o ano 2005 no hemisfério Sul (tempo legal
de Brasília)
outono: 20/3 às 9h33min
inverno: 21/6 às 3h46min
primavera: 22/9 às 19h23min
verão: 21/12 às 15h35min
No horário de verão adicione 1h ao valor listado.
No desenho acima vemos, além do equador, outras duas linhas denominadas Trópico de
Câncer e Trópico de Capricórnio. Estas linhas delimitam a faixa na superfície da Terra
em que ocorre o "Sol a pino". No equador isso ocorre no dia dos equinócios; já no Rio
de Janeiro, que está pertinho do Trópico de Capricórnio, o Sol a pino acontece em dois
dias muito próximos: 10 de dezembro e 2 de janeiro. Em alguns anos pode ocorrer nos
dias 11 e 3.
Fora da região intertropical, no dia em que se dá o solstício de verão, o Sol estará
culminando com a sua altura máxima, perto do meio-dia. No dia do solstício de inverno,
a altura será mínima na culminação.
Nas regiões polares e equatoriais, as estações têm características bastante particulares.
Próximo aos pólos o ano é dividido simplesmente em períodos claro e escuro, e cada
um deles dura vários meses. Já nas proximidades do equador, o ano se divide em
períodos de chuva e estiagem. A conhecida descrição das estações - primavera (período
das flores), outono (período dos frutos), etc. - é válida apenas em locais de clima
temperado.
Em alguns livros explicam-se de maneira equivocada as estações do ano. Segundo estas
publicações, as estações ocorreriam devido à variação da distância entre a Terra e o Sol
(no verão a Terra estaria mais perto do Sol e no inverno mais afastada). De fato a órbita
da Terra é uma elipse, mas a variação da distância ao longo do ano em termos
percentuais é muito pequena, menos de 2%. Além disso, por esta explicação, teria que
ocorrer a mesma estação em toda a Terra ao mesmo tempo. A variação anual da
distância entre o Sol e a Terra afeta, contudo, a duração das estações do ano, em função
da segunda lei de Kepler (o planeta se desloca mais rápido quanto mais próximo ele
estiver do Sol). Com isso, o verão no hemisfério Sul e o inverno no hemisfério Norte
são as estações mais curtas, atualmente duram 88,99 dias, pois a Terra passa pelo
periélio em 2 ou 3 de janeiro. Já o inverno do hemisfério Sul e o verão do hemisfério
Norte duram 93,65 dias, sendo as estações mais longas.
Bibliografia:
A ASTRONOMIA NO DIA-A-DIA (André de Castro Milone) – Capítulo 1: Solstícios
e Equinócios, p.29-32. (Curso promovido pelo INPE-Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais).
CANALLE, João Batista Garcia. Oficina de Astronomia Online. Instituto de Física,
UFRJ. Disponível em: http://www.oba.org.br/cursos/astronomia.
QUEIROZ, G. P.; LIMA, M. C. B.; VASCONCELLOS, M. M. N. Física e arte nas
estações do ano. Revista Latino-Americana de Educação em Astronomia - RELEA,
n.1, p.33-54, 2004.
OLIVEIRA FILHO, Kepler de Souza; SARAIVA, Maria de Fátima Oliveira. Astronomia e astrofísica. Porto Alegre: Ed. Universidade/UFRGS, 2000. Disponível em: <http://astro. if.ufrgs.br/index.htm>. Acesso em: 15 jul. 2009.
Textos de Apoio ao Professor de Física - IF-UFRGS – Autor: Andréia Pessi Uhr
v.18 n.4.
Sugestão de site com explicações e simulações relevantes:
http://www.observatorio.ufmg.br/pas44.htm.