AS ESTAÇÕES DO ANO

Prof. Renato Las Casas (01/09/02)

Você sabe que a Terra translada em torno do Sol em uma órbita plana quase circular, com período definindo o ano. Enquanto isso ela vai girando em torno de si mesma, originando os dias.

Você sabe que a orientação espacial do eixo de rotação da Terra é fixa? De um lado (hemisfério norte) ele "aponta" para uma estrela bem brilhante, conhecida como Estrela Polar; do outro lado (hemisfério sul) aponta para uma estrela bem "fraquinha", perto do limite humano de visualização a olho nu, a Sigma da constelação do Octante. Durante a sua volta anual em torno do Sol o eixo de rotação da Terra está sempre apontando para essas estrelas.

Uma outra particularidade do movimento Terra - Sol muito importante: além de ter direção fixa, o eixo de rotação da Terra é inclinado de 23,5o em relação à normal ao plano da translação da Terra.

Como conseqüência disso, hora um hemisfério está voltado para o Sol; seis meses depois é o outro hemisfério que está voltado para o Sol.

Essas posições da Terra em relação ao Sol são conhecidas como Solstícios: Solstício de Verão para o hemisfério voltado para o Sol; Solstício de Inverno para o hemisfério voltado contra o Sol. (Note que um mesmo solstício é chamado de Solstício de Inverno em um hemisfério enquanto é chamado de Solstício de Verão no outro hemisfério; e vice-versa.)

Entre os Solstícios, temos posições intermediárias, conhecidas como equinócios, onde os dois hemisférios estão simetricamente dispostos em relação ao Sol: Equinócio de Primavera para o hemisfério que está indo do Inverno para o Verão e Equinócio de Outono para o hemisfério que está indo do Verão para o Inverno.

Daqui da superfície da Terra, notamos um movimento anual do Sol na direção Norte - Sul. Nos dias de inverno, pra nós do hemisfério sul, o Sol passa "mais pro norte" e nos dias de verão passa "mais pro sul".

Imagine uma linha, que chamamos de "equador celeste", que fica exatamente sobre o equador terrestre. Nos equinócios vemos o Sol sobre essa linha. No nosso Solstício de Inverno, vemos o Sol 23,5o ao norte e no Solstício de Verão 23,5o ao sul dessa linha.

EQUINÓCIOS E SOLSTÍCIOS: 2002 a 2004

Data:

Hora (TU)*

20/março/02

19h 16m 15,1618s

Equinócio

21/junho/02

13h 24m 22,2168s

Solstício

23/setembro/02

04h 55m 25,2033s

Equinócio

22/dezembro/02

01h 14m 30,2728s

Solstício

21/março/03

00h 59m 53,8487s

Equinócio

21/junho/03

19h 10m 20,1759s

Solstício

23/setembro/03

10h 46m 51,5557s

Equinócio

22/dezembro/03

07h 03m 46,4641s

Solstício

20/março/04

06h 48m 36,7287s

Equinócio

21/junho/04

00h 56m 48,7443s

Solstício

22/setembro/04

16h 29m 49,0017s

Equinócio

21/dezembro/04

12h 41m 32,0381s

Solstício

* Definimos o momento de um solstício como aquele em que o Sol, visto da Terra, se encontra o mais distante possível do equador celeste (23,5o para o norte ou para o sul); o que corresponde ao instante em que um hemisfério está o mais voltado possível para o Sol.

O momento de um equinócio é aquele em que o Sol passa sobre o equador celeste; o que corresponde ao instante em que os dois hemisférios estão igualmente iluminados.

Os horários aqui são dados em Tempo Universal (TU). O horário brasileiro normal corresponde a TU - 3 horas; o horário brasileiro de verão corresponde a TU - 2 horas.

Linhas dos Trópicos e Círculos Polares

Não é em toda a superfície da Terra que acontece do Sol "ficar a pino" (sombra zero, de um poste na vertical) em algum dia do ano.

Para localidades a 23,5o do equador terrestre, norte ou sul, o Sol fica a pino apenas no dia do solstício de verão (ao meio dia solar, quando o Sol passa pelo meridiano do lugar).

Localidades a mais de 23,5,o do equador terrestre, ao norte ou ao sul, nunca têm o Sol a pino.

Localidades entre 23,5o sul e 23,5o norte, têm o Sol a pino dois dias por ano. Esses dias estão simétricamente dispostos em relação ao solstício de verão e tanto mais próximos do dia desse solstício, quanto mais próxima da latitude 23,5o estiver a localidade.

(Localidades sobre o equador terrestre, têm o Sol a pino nos equinócios.)

As linhas dos trópicos, delimitam a região do nosso planeta por onde o Sol passa a pino algum dia do ano.

Os círculos polares delimitam a região onde o Sol não se põe pelo menos um dia do ano e não nasce, pelo menos uma noite seis meses depois. Note que no solstício de verão toda a calota interna ao círculo polar fica iluminada. No solstício de inverno não chega luz do Sol a nenhum ponto dessa calota.

O Sol sobre Belo Horizonte

Belo Horizonte está entre as linhas dos trópicos, a aproximadamente 20º sul. Estamos bem próximos do Trópico de Capricórnio, o que faz com que no solstício de verão tenhamos o Sol quase a pino. Aqui, nessa data, o ângulo que os raios solares formam com a vertical, ao meio dia solar, é de apenas 3,5º. Estando o Sol mais ao sul, nesse dia e horário os objetos apresentarão uma pequena sombra no chão, dirigida para o norte.

O Sol está a pino sobre Belo Horizonte, aproximadamente um mes antes do solstício de verão (quanto o Sol está "se dirigindo" para o sul) e um mes depois (quando o sol está "voltando" para o norte.

Nos equinócios, o ângulo que os raios solares formam com a vertical, ao meio dia solar, em Belo Horizonte, é de aproximadamente 20º e no solstício de inverno de aproximadamente 43º. Em ambos os casos, nesses dias e horários, as sombras dos objetos sobre o chão, estarão apontando para o sul.

OS PRÓXIMOS "SÓIS A PINO" SOBRE B.Hte.

Data

Ângulo entre os raios solares e a vertical (ao meio dia solar)

Sol indo para o sul:

16/nov/02

1,0º

Sol ao norte

17/nov/02

0,8º

Sol ao norte

18/nov/02

0,5º

Sol ao norte

19/nov/02

0,3º

Sol ao norte

20/nov/02

0,1º

Sol ao norte

21/nov/02

0,1º

Sol ao sul

22/nov/02

0,4º

Sol ao sul

23/nov/02

0,6º

Sol ao sul

24/nov/02

0,8º

Sol ao sul

25/nov/02

1,0º

Sol ao sul

Sol voltando para o norte:

17/jan/93

1,0º

Sol ao sul

18/jan/93

0,7º

Sol ao sul

19/jan/93

0,5º

Sol ao sul

20/jan/93

0,3º

Sol ao sul

21/jan/93

0,1º

Sol ao sul

22/jan/93

0,2º

Sol ao norte

23/jan/93

0,4º

Sol ao norte

24/jan/93

0,6º

Sol ao norte

25/jan/93

0,9º

Sol ao norte

26/jan/93

1,1º

Sol ao norte

Note que apenas em um instante temos o Sol exatamente sobre a latitude de Belo Horizonte. Esse instante pode acontecer antes ou depois do Sol (devido à rotação da Terra) "chegar" a Belo Horizonte.

Pelos dados acima vemos que o Sol passará exatamente sobre a latitude -20º (latitude de B.Hte.) entre os meios dias dos dias 20 e 21 de novembro (indo para o sul) e 21 e 22 de janeiro (voltando para o norte) próximos.

Note também como esse movimento norte-sul do Sol é lento (aproximadamente 2º em 10 dias). Com uma boa tolerância podemos dizer que o Sol passará a pino sobre Belo Horizonte por alguns dias antes e outros depois dos dias 21 de novembro e 21 de janeiro.

A Duração dos dias

Sempre temos metade do nosso planeta iluminada pelo Sol. A linha que divide o dia da noite é um círculo cujo plano é sempre perpendicular à linha Terra-Sol. Nos equinócios os dois hemisférios estão igualmente iluminados. Fora essas datas, sempre temos um hemisfério melhor iluminado que o outro.

Devido ao movimento de rotação da Terra, a trajetória no espaço de uma localidade, como Belo Horizonte por exemplo, sempre será uma circunferência em um plano perpendicular ao eixo de rotação da Terra. Nos hemisférios voltados para o Sol, mais da metade do comprimento de cada uma dessas "trajetórias de localidades" fica na região iluminada pelo Sol, resultando em dias mais longos que as noites. A diferença entre a duração do dia e da noite, em cada localidade, fica extremada nos solstícios.

Maior dia do ano: solstício de verão; maior noite do ano: solstício de inverno; duração igual do dia e da noite: equinócios.

Localidades ao longo do equador terrestre sempre têm dias e noites de 12 horas cada. Quanto mais distante uma localidade está do equador, maior a diferença entre o dia e a noite, em qualquer data. Os pólos terrestres passam períodos de seis meses iluminados e seis meses às escuras (de equinócio a equinócio).

NASCER E POR DO SOL EM BELO HORIZONTE EM 2002

Data:

Nascer

Por

21/janeiro

"Sol a Pino"

05h 32m

18h 39m

20/março

Equinócio

05h 58m

18h 05m

21/junho

Solstício Inverno

06h 28m

17h 24m

23/setembro

Equinócio

05h 43m

17h 50m

21/novembro

"Sol a Pino"

05h 06m

18h 14m

22/dezembro

Solstício Verão

05h 13m

18h 33m

Calor ou Frio?

Inverno é época de frio e verão é época de calor. Dois fatores determinam essa variação climática.
1-no verão os raios solares incidem mais verticalmente à superfície da localidade;
2-no verão os raios solares ficam incidindo sobre a localidade por mais tempo.

Pelo fato dos raios solares incidirem mais verticalmente à superfície de uma localidade, eles vão aquecer mais, por unidade de tempo de incidência, essa localidade. Pelo fato dos raios solares incidirem por mais tempo sobre uma localidade, o aquecimento daquela localidade em 24 horas será ainda maior.

A órbita da Terra em torno do Sol não é uma circunferência perfeita, o que faz com que a Terra hora esteja mais próxima, hora mais distante do Sol. O ponto da órbita de um planeta mais próximo do Sol, chamamos de perihélio, e o mais distante de afélio. A primeira vista poderíamos pensar que temos verão no perihélio e inverno no afélio. Isso seria correto se a diferença entre as distância Terra-Sol no perihélio e no afélio não fosse tão pequena (aproximadamente, apenas 2%).

A Terra passa por seu perihélio no início de janeiro, quando é verão no hemisfério sul e inverno no norte e passa por seu afélio no início de julho, quando é verão no hemisfério norte e inverno no sul.

Uma outra questão que surge: Porque as estações têm seus inícios nos solstícios e equinócios, ao invés de estarem centradas nessas datas?

Cada hemisfério recebe maior incidência solar no solstício de verão; não era para esse dia ser o mais quente do ano e corresponder ao meio do verão? Da mesma forma, uma vez que é no solstício de inverno que um hemisfério recebe menor incidência solar, não era para esse dia ser o mais frio do ano e ficar bem no meio do inverno?

Todavia, o que observamos em geral, é que o dia mais quente do ano acontece depois do solstício de verão, assim como o dia mais frio acontece depois do solstício de inverno. Aí então convencionou-se corresponder os inícios das estações aos solstícios e equinócios.

Isso se dá devido a um fenômeno que chamamos "inércia térmica". Os hemisférios demoram algum tempo para se aquecerem quando do aumento da incidência solar; assim como demoram algum tempo para se esfriarem, quando da diminuição dessa incidência.

Isso acontece principalmente devido à grande quantidade de água espalhada pela superfície do planeta. A água tem uma grande "capacidade térmica", "demorando" para variar sua temperatura. No solstício de inverno os oceanos ainda retêm uma boa parte do calor absorvido no verão. No solstício de verão os oceanos ainda estão "absorvendo calor" e se aquecendo.

Conexão para

U.S. Naval Observatory :

"Softwares" para cálculos de órbitas; nascer/por do Sol e da Lua; Equinócios; Solstícios; Perihélios; Afélios; etc.