Universidade Federal do ABC Ensino de Astronomia UFABC Michelle Rosa Aula n 5: Sistema solar: Terra, Lua e Sol

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1 Universidade Federal do ABC Ensino de Astronomia UFABC Michelle Rosa Aula n 5: Sistema solar: Terra, Lua e Sol

2 Forma e Dimensões da Terra Diâmetro equatorial: Km Diâmetro polar: Km Volume: Km³ Massa: Kg

3 EXISTEM MAIS DE 30 MILHÕES DE ESPÉCIES

4 A Terra é o terceiro planeta mais próximo do Sol, o mais denso; e o quinto maior dos oito planetas do Sistema Solar.

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9 Planeta Água? 1 Toda água ( esfera sobre o Estados Unidos Ocidental aprox km de diâmetro) 2 Toda água líquida fresca em lençóis freáticos, lagos, pântanos e rios ( esfera sobre o Kentucky, aprox. 272 km de diâmetro) 3 Toda água de lagos e rios de água doce ( esfera sobre a Georgia, aprox. 56 km de diâmetro)

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12 Atmosfera Terrestre

13 A vida na Terra A temperatura média do planeta é de 15 C, graças ao efeito estufa. Isso nos garante água nos 3 estados. No planeta Terra temos diversos habitats, para se ter uma ideia, a maior temperatura registrada na terra é de 58 C em El Azizia, na Líbia; e a menor -82,9 C, na estação de Vostók, Antártida.

14 Estrutura da Terra A gravidade é uma força com que um astro atrai as coisas para seu centro. Assim, essa força influencia na disposição dos materiais, organizando-os por sua densidade.

15 Estrutura da Terra Além da gravidade, outras forças atuam no centro da Terra, como a pressão, o que influencia na superfície terrestre causando terremotos, vulcões e formações geológicas como cadeias de montanhas e fissuras, e até para a formação do campo magnético.

16 Campo Magnético O campo magnético nos protege da radiação do universo e principalmente dos ventos solares. Existe uma anomalia magnética que está centralizada em Santa Catarina, a Anomalia Magnética do Atlântico Sul

17 Aurora Boreal: Polo norte Aurora Austral: Polo Sul

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19 Movimentos da Terra A Terra, assim como os demais planetas do sistema solar, está em constante movimento. Seus movimentos fazem com que ocorram o dia e a noite, e determinam as estações do ano. Este fato causa consequências diretas à vida na Terra.

20 Rotação

21 Rotação Movimento que a terra faz em torno de seu próprio eixo. Uma volta completa leva um dia. Com o passar das horas os astros no céu nascem no leste e se põem no Oeste, isso é o reflexo do movimento de rotação da Terra, que gira do Oeste para o Leste

22 Rotação Se pudéssemos observar os astros durante o dia e a noite, veríamos que alguns nunca se põem, e que eles descrevem uma circunferência no sentido horário no céu. Estes astros são chamados circumpolares.

23 Dia Solar x Dia Sideral O dia sideral é o tempo que decorre entre duas passagens sucessivas do ponto vernal no meridiano do lugar, i.e., o tempo desde que uma estrela está numa posição, dá a volta toda à esfera celeste, e volta a estar na posição anterior. Isto demora 23:56h. Decorre do movimento de rotação. Do mesmo modo, o dia solar é medido entre duas passagens sucessivas do Sol nesse mesmo meridiano e dura 24h00. A diferença entre o tempo do dia solar e do sideral deve-se ao fato de que, ao longo do período que a terra realiza a rotação, o planeta continua o seu movimento em volta do sol translação -, movendo-se cerca de 1 grau.

24 Translação ou Revolução

25 A primeira lei de Newton que conhecemos como o princípio da inércia, nos mostra que um corpo parado tende a permanecer parado devido as forças que atuam sobre ele, e um corpo em movimento tende a permanecer em movimento, se nenhuma força estiver atuando sobre ele. Órbitas Lei da Gravitação Universal de Newton: "Dois corpos atraem-se com força proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que separa seus centros de gravidade."

26 Translação Ao mesmo tempo em que realiza a rotação, a Terra, faz o movimento de translação. O movimento é contínuo em torno do sol, e descreve uma órbita elíptica. Uma volta completa é feita em 365 dias, 5 horas e 48 minutos. Devido essas 6h a mais, a cada 4 anos temos um ano bissexto, ou seja, um ano com 1 dia a mais. Fazemos isso para ajustar nosso calendário com a translação da Terra.

27 Eclíptica A eclíptica é a projeção sobre a esfera celeste da trajetória aparente do Sol observada a partir da Terra.

28 Translação A consequência mais importante da translação da Terra em torno do Sol, aliada à inclinação do eixo da Terra em relação ao eixo da eclíptica (23,5 ), é que, ao longo do ano, os raios solares incidem com intensidades diferentes sobre um determinado local. Isso origina as grandes zonas climáticas (quentes, temperadas e frias) e a sucessão das estações (primavera, verão, outono e inverno).

29 Translação As estações ocorrem de maneira invertida nos dois hemisférios: por exemplo, quando em um é verão, no outro é inverno (e vice-versa). As mudanças de temperatura ficam cada vez mais nítidas quanto mais nos aproximamos dos polos.

30 Translação A eclíptica é inclinada (por 23,5 ) em relação ao equador celeste. Por causa disso, o Sol fica no hemisfério sul de ~23/9 a ~20/3, e no norte na outra metade do ano. Por isto, de março a setembro ele passa mais alto no céu no hemisfério sul, causando estações mais quentes (primavera e verão) e dias mais longos, e o oposto no hemisfério norte (Sol baixo, estações frias, dias curtos).

31 Translação O momento de posição mais austral do Sol, em torno de 21/12, é chamado solstício de verão no hemisfério sul, e solstício de inverno no norte. O oposto vale para ~21/06, dia da posição mais pro norte. O Sol cruza o equador celeste nos equinócios, ~20/03 e ~23/09, quando dia e noite têm a mesma duração na Terra inteira (tirando os polos), isto explica o nome equinócios.

32 A região do Equador recebe ao longo de todo o ano uma quantidade de radiação solar quase constante, por isso todas as estações são muito parecidas e em todos os dias do ano o Sol fica 12 horas acima do horizonte e 12 horas abaixo do horizonte; a única diferença é a máxima altura que ele atinge.

33 Translação A duração dos dias e noites varia com a época do ano e com a latitude: Do lado voltado pro Sol, os dias são mais compridos, e mais perto dos polos, ainda mais compridos. Nos polos ocorre o dia polar, respectivamente a noite polar (o Sol não se põe, e não nasce). Anoitecer e amanhecer duram mais tempo perto dos polos.

34 Lua A Lua é o único satélite natural da Terra e o quinto maior do Sistema Solar

35 Diâmetro equatorial: 3474,8 Km Volume: Km³ Massa: Kg

36 Assim como os outros planetas e satélites, a Lua apresenta uma órbita elíptica. Afélio: Km Periélio: km

37 Lua Apogeu: ponto mais distante da órbita da Lua. Perigeu: ponto mais próximo da órbita da Lua.

38 As fases da Lua À medida que a Lua viaja ao redor da Terra ao longo do mês, ela passa por um ciclo de fases, durante o qual sua forma parece variar gradualmente. O ciclo completo dura 29 dias 12 horas, 44 segundos e 2,9 segundos

39 As fases da Lua Acredita-se que o grego Anaxágoras ( 430 a.c.), já conhecia sua causa, e Aristóteles ( a.c.) registrou a explicação correta do fenômeno: as fases da Lua resultam do fato de que ela não é um corpo luminoso, e sim um corpo iluminado pela luz do Sol.

40 A face iluminada da Lua é aquela que está voltada para o Sol. A fase da Lua representa o quanto dessa face iluminada pelo Sol está voltada também para a Terra. Tradicionalmente apenas as quatro fases mais características do ciclo - Lua Nova, Quarto-Crescente, Lua Cheia e Quarto-Minguante - recebem nomes. A fase da Lua é definida em termos do número de dias decorridos desde a Lua Nova (de 0 a 29,5) e em termos da fração iluminada da face visível (0 a 100%).

41 Lua Nova A Lua Nova acontece quando a face visível da Lua não recebe luz do Sol, pois os dois astros estão na mesma direção. Nessa fase, a Lua está no céu durante o dia, nascendo aproximadamente às 06h00 e se pondo aproximadamente junto com o Sol às 18h00. Durante os dias subsequentes, a Lua vai ficando cada vez mais a leste do Sol e, portanto, a face visível vai ficando crescentemente mais iluminada a partir da borda que aponta para o oeste, até que aproximadamente 1 semana depois temos o Quarto-Crescente, com 50% da face iluminada. Somente nessa fase ocorrem eclipses solares.

42 Lua Quarto-Crescente A Lua tem a forma de um semi-círculo com a parte iluminada voltada para o oeste. Lua e Sol, vistos da Terra, estão separados de aproximadamente 90. A Lua nasce aproximadamente ao meio-dia e se põe aproximadamente à meia-noite. Após esse dia, a fração iluminada da face visível continua a crescer pelo lado voltado para o oeste, até que atinge a fase Cheia.

43 Lua Cheia Na fase cheia 100% da face visível está iluminada. A Lua está no céu durante toda a noite, nasce aproximadamente às 18h00 quando o Sol se põe, e se põe no nascer do Sol, aproximadamente às 06h00. Lua e Sol, vistos da Terra, estão em direções opostas, separados de aproximadamente 180, ou 12h. Nos dias subsequentes a porção da face iluminada passa a ficar cada vez menor à medida que a Lua fica cada vez mais a oeste do Sol; o disco lunar vai dia a dia perdendo um pedaço maior da sua borda voltada para o oeste. Aproximadamente 7 dias depois, a fração iluminada já se reduziu a 50%, e temos o Quarto-Minguante. Somente nessa fase ocorrem eclipses lunares.

44 Lua Quarto-Minguante A Lua está aproximadamente 90 a oeste do Sol, e tem a forma de um semi-círculo com a parte iluminada voltada para o leste. A Lua nasce aproximadamente à meia-noite e se põe aproximadamente ao meio-dia. Nos dias subsequentes a Lua continua a minguar, até atingir o dia 0 do novo ciclo.

45 The lunar farside as never seen before! LROC WAC orthographic projection centered at 180 longitude, 0 latitude. Credit: NASA/Goddard/Arizona State University The Dark Side of the Moon

46 O Lado oculto da Lua A duração do período de rotação da Lua é igual ao do período de translação (27,3 dias) e, consequentemente, a Lua tem uma face sempre voltada para a Terra e outra que não é visível do nosso planeta: a face oculta da Lua. A imagem ao lado foi tirada pela sonda de reconhecimento lunar da NASA em 2011, mas a primeira observação por satélite ocorreu em Rotação e translação demoram o mesmo tempo para serem completadas, porque, ao longo de bilhões de anos, a interação gravitacional entre a Terra e a Lua forçou essa sincronização. É o chamado acoplamento de maré.

47 Six orthographic views of the Moon created from the new WAC global mosaic. From upper left to lower right the central longitude is 0, 60, 120, 180, 240, 300. Credit: NASA/Goddard/Arizona State University.

48 Mês Sideral x Mês Sinódico A Lua faz uma volta de dias, chamado mês sideral em relação às estrelas fixas. Já que, neste tempo, o Sol avança um pouco no céu, a Lua leva 29,53 dias, chamado mês sinódico, para alcançar a mesma posição em relação ao Sol, que também é o tempo entre duas luas cheias.

49 Efeito das Marés Marés são as alterações do nível das águas do mar causadas pela interferência gravitacional da Lua e do Sol (esta última com menor intensidade, devido à distância) sobre o campo gravitacional da Terra.

50 Efeito das Marés

51 Efeito das Marés Por causa da rotação da Terra e da revolução da Lua, estas elevações se propagam pela superfície da Terra, causanda marés altas a cada 12 horas e 25 minutos, e marés baixas entre as marés altas. As marés também acontecem com a crosta da Terra, elevando o chão por 10 cm durante maré alta.

52 Efeito das Marés Quando Terra, Lua e Sol estão alinhados, o Sol amplifica as forças da Lua sobre a Terra, causando marés extra altas e baixas, chamadas de sizígia (alinhamento) ou vivas. Durante os quartos crescente e minguante, as forças são menores, e causam as marés de quadratura, ou mortas.

53 Efeito das Marés As marés se propagando pela Terra causam forças de fricção, que freiam a rotação da Terra, tal que a duração de um dia aumenta por s cada século. O momento angular perdido pela Terra é transferido pra Lua, aumentando a órbita desta, tal que ela se afasta da Terra por 3 a 4 cm cada ano, e a duração do mês aumenta (mas a uma taxa menor que a rotação da Terra).

54 Efeito das Marés O efeito das marés é recíproco entre a Terra e a Lua. Como a Terra possui uma massa maior que a massa da Lua, ela causa uma força de maré muito maior na mesma. É muito provável que a sincronização dos períodos de rotação e translação da Lua tenham ocorrido devido a esse efeito. Por outro lado, isso implica que a interação entre esses dois corpos faz com que a velocidade de rotação da Terra diminua, aumentado a duração de um dia por 0,0016s a cada século, e consequentemente a distância entre a Terra e a Lua aumentam a uma taxa de 4 cm/ano por causa da conservação do momento angular.

55 Efeito das Marés Teoricamente, isto continua até que a rotação da Terra e a revolução da Lua estejam sincronizadas. A chamada ressonância dos períodos. Naquele momento, a Terra ficará sempre com o mesmo lado voltado pra Lua. Visto da Terra, a Lua ficará sempre na mesma posição no céu. O dia e o mês durarão o mesmo tempo de 47 dias atuais.

56 Precessão do eixo da Terra Outro efeito causado pelo Sol e pela Lua além das forças de maré, é o movimento de precessão do eixo da Terra, que se assemelha ao movimento de precessão de um pião. A Terra não é perfeitamente esférica, mas sim achatada nos pólos, além disso, o plano do equador terrestre está inclinado 23,5 com o plano da eclíptica, por causa disso, as forças gravitacionais da Lua e do Sol produzem um torque que tende a alinhar o eixo de rotação da Terra com o eixo da eclíptica, mas como esse torque é perpendicular ao momento angular de rotação da Terra, seu efeito é mudar a direção do eixo de rotação, sem alterar sua inclinação.

57 Precessão do eixo da Terra Por causa disso, os pólos celestes¹ não ocupam uma posição fixa no céu: cada pólo celeste se move lentamente em torno do respectivo pólo da eclíptica, descrevendo uma circunferência em torno dele com raio de 23,5. O tempo necessário para descrever uma volta completa é anos. Atualmente o Pólo Celeste Norte está nas proximidades da estrela Polar, na constelação da Ursa Menor, mas isso não será sempre assim. Daqui a cerca de anos ele estará nas proximidades da estrela Vega, na constelação de Lira. Caminho aparente do Polo Norte celeste no céu

58 Polo Celeste Polos celestes são pontos imaginários onde o eixo de rotação da Terra intercepta a esfera celeste. Polo sul celeste é a projeção do polo sul geográfico sobre a esfera celeste. De modo complementar, polo norte celeste é a projeção do polo norte geográfico sobre a esfera celeste.

59 Distancia média da Terra: KM Diâmetro equatorial: km Massa: 1, quilogramas x Terra Volume: 1, km Terra

60 Sol O diâmetro do Sol é de cerca de km. O diâmetro da Lua é aprox km. Portanto, o diâmetro solar vale cerca de 400 vezes o diâmetro lunar. Mas o Sol também está cerca de 400 vezes mais longe de nós do que a Lua. Desta coincidência espantosa resulta o fato de ambos os astros, vistos da Terra, apresentarem o mesmo tamanho aparente.

61 Sol O diâmetro aparente do Sol e da Lua variam ligeiramente no decorrer do ano, em resultado da forma elíptica da órbita da Terra em relação ao Sol e da órbita elíptica da Lua em relação à Terra. Estas pequenas variações nas distâncias Terra-Lua e Terra-Sol vão traduzir-se por diferenças nos diâmetros aparentes com que, da Terra, vemos a Lua (variação de 14% do seu diâmetro aparente), e o Sol (variação de 3,3%). Se um eclipse do Sol ocorrer com a Lua no apogeu (ou quase no apogeu), ela vai aparecer mais pequena e não conseguirá ocultar totalmente o Sol, mesmo que (para o observador terrestre) ela passe centrada com o Sol.

62 Eclipses Um eclipse é um evento astronômico que acontece quando um objeto celeste se move para a sombra de outro.

63 Eclipses Solares Os eclipses solares ocorrem quando a Lua, em seu movimento de translação em torno da Terra, passa à frente do Sol e cobre a luz, projetando um cone de sombra sobre a superfície terrestre. Nos locais que ficam essa sombra observa-se o eclipse total. A seu redor, onde existe uma zona de penumbra, o disco solar é parcialmente visível. Desta forma, nessa região, observa-se um eclipse parcial. Um eclipse do Sol só é visto no mesmo local da Terra a cada 360 anos (em média).

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65 Eclipse Híbrido Um caso especial é o eclipse híbrido, um eclipse que é anelar por parte da sua duração, e total por outra parte. Condição de ocorrência de um eclipse total 'híbrido'. A trajetória de totalidade ocorre de A para B. Em A o eclipse é anular porque o ângulo aparente da Lua é menor do que do Sol. Em B, a Lua está 'mais próxima' e, seu diâmetro aparente é suficiente para cobrir o Sol, causando um eclipse total.

66 Eclipses Lunares Os eclipses lunares ocorrem quando a Terra se posiciona entre a Lua e o Sol. Nessas condições a sombra da Terra cobre totalmente a Lua que, por não ter luz própria, perde seu brilho e deixa de ser vista. Os eclipses são totais ou parciais dependendo do quanto a Lua penetra no cone de sombra produzido pela Terra.

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68 Os eclipses lunares são menos frequentes do que os solares, mas quando ocorrem são visíveis em grandes extensões do planeta Terra.

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70 Sol Vimos que o efeito das Marés causa um aumento da distância entre a Terra e a Lua com o passar do tempo. Uma das consequências é que no futuro não teremos mais eclipses solares totais

71 Referências USGS FESPMG UFRGS NASA nasa.gov/sun Nasa.gov/moon Khan Academy Slides e aulas dos anos anteriores e curso de noções de Astrofísica e Cosmologia por Pieter Westera

72 1. Qual movimento da Terra causa o dia e a noite? a) Rotação b) Translação c) Revolução Teste 2. Qual movimento da Terra causa a mudança de estações durante o ano? a) Rotação b) Translação c) Precessão do eixo da Terra

73 3. A lua interage com a Terra. Um dos efeitos dessa interação é: a) Efeito das Marés altas e baixa b) Estações do Ano c) Dias e noites Teste 4. Sobre as estações do ano, é correto afirmar: a) Que a lua tem grande papel neste fenômeno, pois as fases influenciam diretamente na temperatura terrestre b) O sol é responsável pelas estações do ano, pois quando a terra está mais próxima à ele é verão e no ponto mais longe é o inverno c) A inclinação do eixo da Terra em relação ao eixo da eclíptica, aliada a revolução da Terra são as principais causas das estações do ano.