2. Alguns conceitos e convenções na relação da Terra com o Céu
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- Isaque Bandeira Valgueiro
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1 2. Alguns conceitos e convenções na relação da Terra com o Céu Luís Cunha Depº de Física Universidade do Minho Esfera Celeste Equador Celeste Equador Pólo Norte Celeste Pólo Sul Celeste Pólo Norte Pólo Sul A Esfera Celeste é uma construção imaginária que não tem uma base física real. É contudo um modelo útil para a astronomia posicional. Os pontos de referência na esfera celeste são projecções das da Terra. O Eixo de rotação terrestre é uma linha imaginária que une os 2 pólos terrestres. Prolongando o eixo tem-se os Pólos Norte e Sul Celestes. O Equador Celeste é uma extensão do Equador Terrestre e divide o Céu em 2 hemisférios. 1
2 Equador Celeste Meridiano Zénite Pólo Norte Celeste Horizonte Para um observador a Terra aparenta ser plana e o Céu aparenta ser uma cúpula. O Horizonte é onde o Céu se encontra com a Terra. O Zénite é o ponto no Céu directamente sobre o observador. O Nadir é o ponto no Céu oposto ao Zénite. A linha imaginária que cruza os céus desde o horizonte Norte ao horizonte Sul, que passa pelo Zénite e pelos pólos é o Meridiano Local. Pólo Sul Celeste Nadir O meio-dia local corresponde ao momento em que o Sol cruza o meridiano local. Só conseguimos ver a parte do Céu acima do horizonte. As estrelas, o Sol, a Lua, e os planetas aparentam nascer a este e pôr-se a oeste (se tivermos tempo para apreciar ) 2
3 Tudo no céu parece rodar em torno dos pólos celestes. A Estrela Polar (Polaris) está muito perto do Pólo Norte Celeste. Nunca nasce ou se põe. É sempre visível do Hemisfério Norte e nunca é visível do Hemisfério Sul. O que vemos no céu depende da latitude a que nos encontramos Estrela Polar O movimento aparente das estrelas no céu depende da latitude em que o observador se encontra. A uma latitude intermédia no hemisfério norte. 3
4 No Pólo Norte a Estrela Polar está no Zénite. Movimento aparente das estrelas no Pólo Norte No Equador, a Estrela Polar está no horizonte Movimento aparente das estrelas no Equador 4
5 Polo Norte Celeste Eclíptica Devido ao movimento de translação da Terra em torno do Sol, este parece deslocar-se gradualmente em sentido contrário, relativamente às estrelas, seguindo uma linha imaginária designada por Eclíptica. Equador Celeste Movimento do Sol ao longo da eclíptica ao longo de um dia (não está à escala) Pólo Norte Celeste Equinócio de Outono Eclíptica Solstício de de Verão Verão A trajectória circular que o Sol parece traçar na esfera celeste (Eclíptica) está inclinada 23.5º relativamente ao equador A eclíptica e o equador celeste só se intersectam em 2 pontos. Cada um destes pontos designa-se por equinócio (Vernal e de Outuno). Solstício de Inverno Equador Celeste Pólo Sul Celeste Equinócio Vernal No início do Inverno no hemisfério Norte, a eclíptica está no ponto mais afastado a Sul relativamente ao equador: solstício de Inverno. O ponto da eclíptica mais afastado para Norte do equador celeste (corresponde ao início do Verão no hemisfério Norte) chama-se solstício de Verão. 5
6 Localizações na Terra Sistema de coordenadas na Terra: Latitude (Equador como paralelo de referência Latitude = 0º) Longitude. (Meridiano de Greenwich como referência - Longitude = 0 ) Localização de Braga (41º35 N, 8 25 W) Localizações no Céu A Estrela Polar está afastada menos de 1 relativamente ao polo norte celeste. BOIEIRO = 6
7 Navegação/Orientação Medindo a altitude da Estrela Polar, obtém-se a latitude no hemisfério Norte. A Sul do equador a Estrela Polar nunca é visível. Quanto mais a Norte for a nossa localização na Terra, maior a altitude da Estrela Polar. Existe mais de um sistemas de coordenadas para localizar objectos no Céu. Uma das soluções é o uso de Coordenadas Horizontais (dependentes da posição do observador e do movimento da Terra): Altitude (a): arco vertical compreendido entre o horizonte e o astro (Horizonte a 0º e Zénite a 90º). Distância Zenital (ξ): arco vertical compreendido entre o Zénite e o astro. Relaciona-se com a altura através de: ξ = 90º - a Azimute: Arco compreendido entre o ponto cardeal Norte e a vertical do astro medido em sentido horário (0º a 360º). Zénite Estrela Polar Altitude 40º Ursa maior Este (90º) Este sistema tem um grande inconveniente. Qual é? Norte Azimute=0º Azimute = 330º Oeste Azimute = 250º (270º) Sul (180º) 7
8 As Coordenadas Equatoriais são independentes da posição do observador e do movimento da Terra. Têm origem no Equador Celeste e no Ponto Vernal: Declinação (δ): Arco vertical compreendido entre o Equador Celeste e o astro. A Ascensão Recta (α) arco medido a partir do Ponto Vernal até ao meridiano do astro, no sentido directo (ou anti-horário). Também se usa o Ângulo Sideral (AS) que corresponde ao arco medido a partir do Ponto Vernal até ao meridiano do Astro medido no sentido horário. 8
9 Determinação do meridiano local A determinação do meridiano local permite identificar com rigor os pontos cardeais e é útil na montagem equatorial dos telescópios. Crava-se uma vara (cca 60 cm) verticalmente no solo. Antes do meio-dia solar observa-se a sombra S 1 e com um cordel e lápis atados à base da vara, traça-se um arco AC, de raio OA. Com o decorrer do tempo a sombra vai-se deslocando no sentido dos ponteiros do relógio, diminuindo de tamanho até determinado momento (meio-dia solar) e depois voltando a aumentar. Quando a sombra voltar a tocar o arco previamente desenhado. A direcção Norte-Sul corresponde à bissectriz do ângulo AÔB. A sombra ao passar nessa bissectriz aponta o Norte. Se a vara estiver bem alinhada verticalmente também se pode medir a altura do Sol a qualquer hora do dia. y y tg h = h = arctg x x Construção de um quadrante (in O Observatório ) 9
10 Medir a latitude (in O Observatório ) Quando se encontravam no hemisfério norte, desfrutando da visibilidade da Estrela Polar, os navegadores portugueses utilizavam o quadrante para calcular a latitude a partir desta estrela, uma vez que, em primeira aproximação, a sua altura é igual à latitude do lugar de observação. Para simular este processo, basta localizar a Estrela Polar e efectuar a medição da sua altura com o quadrante. Compare-se os valores obtidos por vários observadores; depois façase a comparação com um valor da latitude tabelado para o local de observação, e, se possível, com o valor fornecido por um receptor de GPS. Estes procedimentos darão matéria para uma discussão sobre a precisão das medições e a importância da tecnologia no aumento dessa precisão. Uma actividade igualmente interessante consiste em comparar o comportamento da Polar em relação às outras estrelas, no que se refere à sua posição aparente. Para tal, escolha algumas estrelas de comparação na constelação da Ursa Maior, e, em intervalos de uma hora, ao longo de uma mesma noite, meça e registe a altura dessas estrelas e da Polar. IMPORTANTE: Nunca olhar directamente para o Sol. Medição de distâncias angulares entre objectos astronómicos (in O Observatório ) O quadrante pode ser utilizado para medir a separação angular entre objectos astronómicos. Faz-se pontaria a um dos objectos, e depois coloca-se o fio de prumo na posição correspondente à posição do segundo objecto. Este procedimento poderá ser aplicado em várias actividades. Por exemplo poder-seá efectuar a medição da distância angular entre um planeta e uma ou mais estrelas de referência, de preferência pertencentes a constelações do zodíaco e nas proximidades do planeta; Bastará fazer uma observação por semana ou de 15 em 15 dias. As observações devem ser acompanhadas do registo, numa carta celeste, das posições relativas dos objectos observados. O mesmo tipo de actividade pode (e deve, até preferencialmente) ser feito relativamente à Lua, mas nesse caso as observações devem ser efectuadas com muito maior frequência, de preferência a um ritmo diário, sendo importante registar a hora a que as observações são feitas. Deve-se igualmente registar: a direcção em que a Lua é observada; a sua altura, medida com o quadrante; em que fase se encontra. Subsequentemente, deve-se procurar relacionar as observações efectuadas e interpretá-las esquematicamente. 10
11 Determinação da altura do Sol Constrói-se um disco de um material relativamente rígido e gradua-se. Se o diâmetro do disco for 34.4 cm 1º 3 mm Se o diâmetro for 57.3 cm 1º 5 mm Perpendicularmente ao disco e no seu centro fixa-se uma haste (4 a 6 cm). Um fio de prumo permite orientar a marcações dos 90º. Orienta-se o disco de tal modo que o seu plano esteja paralelo aos raios solares (rasantes à superfície do disco) e lê-se na escala a altura do Sol. 11
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