I Curso Introdução à Astronomia Jan A Terra e a Lua. Daniel R. C. Mello. Observatório do Valongo - UFRJ

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1 I Curso Introdução à Astronomia Jan 2017 A Terra e a Lua Daniel R. C. Mello Observatório do Valongo - UFRJ

2 Nesta aula veremos: O sistema Terra-Lua (dimensões e distâncias) Os Movimentos da Terra, da Lua e suas consequências As fases da Lua, eclipses e marés

3 Terra e Lua possuem dimensões e movimentos tão peculiares e inter-relacionados que muitos especialistas cunharam o termo Sistema Terra- Lua para se referir aos dois objetos; Fato importante: A Lua é um satélite natural Satélites são corpos esféricos ou irregulares que giram em torno de planetas.

4 Ao contrário de outros planetas que têm satélites cujas dimensões podem ser desprezíveis em relação ao planeta pai (Marte, Saturno, Netuno), O tamanho da Lua é relevante frente à dimensão da Terra, apesar da Terra ter um raio quase que 4 vezes o da Lua e massa 81 vezes maior.

5 Diâmetro: km Massa: 7.4 X kg Distância média da Terra: km Diâmetro: km Massa: 6 X kg Distância média do Sol: km

6 As dimensões, formas e massa da Terra: Os gregos fora os primeiros a estimar de forma correta as dimensões da Terra; Aristóteles ( ~ estádios = aproximadamente km Arquimedes ~ estádios = aproximadamente km Eratóstenes ( a.c.) ~ estádios = aproximadamente km

7 Eratóstenes de Cirênia ( a.c): Diretor da biblioteca de Alexandria; Foi o primeiro a medir a circunferência da Terra utilizando trigonometria; Seu cálculo do raio da Terra discorda em somente 1% do valor correto

8 As dimensões, formas e massa da Terra: Apesar da massa da Terra pode ser estimada pela densidade, é difícil precisar a densidade média da Terra; H. Cavendish em 1798 foi o primeiro a estimar de forma correta a massa da Terra com o uso de esferas metálicas e o conceito de Newton da atração da gravidade; Massa da Terra: kg

9 As dimensões e forma da Terra e Lua:

10 As dimensões e forma da Terra e Lua:

11 Os movimentos da Terra A Terra realiza diversos movimentos; Alguns são em grandes escalas, outros bastantes locais. Apesar de não parecer óbvio, nosso planeta está em constante mudança; Podemos citar os principais movimentos da Terra:

12 Os movimentos da Terra Rotação em torno do seu eixo; Revolução em torno do Sol; Precessão do eixo de rotação (mudança na direção do eixo de rotação);

13 Os movimentos da Terra Rotação em torno do seu eixo: Proposto por Copérnico em 1543; Realizado em 23h 56min 04s (dia solar sideral); Este valor não é fixo e está sujeito a mudanças na escala de milhares a milhões de anos devido ao efeitos gravitacionais principalmente da Lua

14 Os movimentos da Terra Consequências da rotação da Terra: Alternância entre dia e noite; Movimento aparente das estrelas no céu

15 Os movimentos da Terra Consequências da rotação da Terra: Alternância entre dia e noite; Movimento aparente das estrelas no céu

16 Os movimentos da Terra Consequências da rotação da Terra: Alternância entre dia e noite: O Sol da meia noite. Qual a altura do Sol da meia noite no polo Sul no dia 22 De dezembro?

17 Os movimentos da Terra A revolução (translação) da Terra: É realizada em órbita em torno da estrela Sol em 365,25 dias

18 Os movimentos da Terra Consequências da revolução da Terra: Estações do Ano; Regiões climáticas na Terra; Mudança do aspecto do céu observado de mês a mês

19 Os movimentos da Terra Consequências da revolução da Terra: Estações do Ano;

20 Os movimentos da Terra Consequências da revolução da Terra: Estações do Ano; Outono: 21/03 Duração: 92 dias; Inverno: 22/06 Duração: 93 dias; Primavera: 23/09 Duração: 90 dias Verão: 22/12 Duração: 89 dias

21 Os movimentos da Terra Consequências da revolução da Terra: Estações do Ano; A quantidade de radiação solar incidente na Terra se dilui em superfície maior quando os raios estão oblíquos e se concentra em superfície menor quando os raios estão perpendiculares (Insolação I) I = E S A t

22 Os movimentos da Terra Consequências da revolução da Terra: Regiões climáticas pelo globo;

23 Os movimentos da Terra Consequências da revolução da Terra: Mudança do aspecto do céu

24 Os movimentos da Terra A precessão dos equinócios: Vimos nas aulas anteriores que o eixo de rotação da Terra não possui orientação fixa, mas oscila como um pião completando uma volta a cada 26 mil anos; Como decorrência, o ponto vernal de desloca retrogradamente na esfera celeste, movimento conhecido como precessão dos equinócios.

25 Os movimentos da Terra A precessão do eixo de rotação: Este movimento é imperceptível em escala de poucos anos, mas importante em escalas de milhares de anos; Mas qual é a explicação física para a precessão dos equinócios?

26 Ação gravitacional diferencial do Sol, planetas e Lua em nosso planeta O Sistema Terra-Lua Os movimentos da Terra A precessão dos equinócios:

27 Nosso satélite natural: A Lua Três teorias de origem: Colisão de um enorme asteroide com a Terra a 4.5 bilhões de anos atrás que teria retirado parte da crosta terrestre onde se localiza atualmente o oceano pacífico; Capturada pela Terra; Formação conjunta com a Terra

28 Nosso satélite natural: A Lua Órbita: Órbita em torno da Terra com inclinação de ~ 5 o em relação ao plano da eclíptica Período de translação da Lua (Mês sideral) = 27 dias, 7h, 43 min; Mês sinódico (das lunações) = 29 dias, 12h, 44 min.

29 Fases: O Sistema Terra-Lua Nosso satélite natural: A Lua

30 Nosso satélite natural: A Lua Eclipses: Os eclipses estão entre os fenômenos celestes mais belos e mais temerosos para as culturas pré-históricas; Dois tipos: Lunares e Solares; O eclipse solar ocorre devido a uma feliz coincidência: o diâmetro angular do Sol e da Lua são iguais como vistos da Terra (~ 0.5 o )

31 Nosso satélite natural: A Lua Eclipses Lunares: Ocorrem quando a Lua em sua órbita fica total ou parcialmente encoberta pela sombra da Terra

32 Nosso satélite natural: A Lua Eclipses Solares: Ocorrem quando a Lua em sua órbita encobre total ou parcialmente a luz solar que chega na Terra

33 Nosso satélite natural: A Lua Eclipses Solares: Ocorrem quando a Lua em sua órbita encobre total ou parcialmente a luz solar que chega na Terra

34 Nosso satélite natural: A Lua E então a pergunta que não quer calar: Mas por que não ocorrem Eclipses em todas lunações, ou em todos os meses? R: A órbita da Lua é inclinada de ~ 5º. Somente quando a Lua intercepta a eclíptica, podem ocorrer os eclipses.

35 Nosso satélite natural: A Lua Somente quando a Lua intercepta a eclíptica (linha dos nodos), podem ocorrer os eclipses.

36 Nosso satélite natural: A Lua

37 Nosso satélite natural: A Lua Fatos importantes sobre os eclipses: Os eclipses solares são bem mais curtos que os lunares, pois a sombra da Lua é bem menor se comparada à sombra da Terra; A duração de um eclipse Solar total: ~ 7,5 minutos; eclipse Lunar: mais de 100 minutos; A linha dos nodos não é fixa, mas gira em torno da órbita lunar com período de 18.6 anos (Período de Saros); > influência gravitacional do Sol.

38 Por que a Lua mostra sempre a mesma face? Período de translação = Período de rotação (27 dias); Rotação sincronizada

39 Por que a Lua mostra sempre a mesma face? A face visível e a face oculta da Lua

40 As marés As marés são os melhores exemplos da influência gravitacional da Lua (e do Sol em menor escala) na Terra, e vice-versa; Fato observado: O nível dos mares e oceanos se eleva duas vezes ao dia acima do valor médio e 2 vezes ao dia ele também está abaixo do valor médio = >> Duas marés altas e duas marés baixas por dia.

41 As marés Perfeitamente esférica = toda massa concentrada no centro Desvio na simetria esférica = cálculos gravitacionais mais complicados

42 As marés As marés são resultado de atrações gravitacionais diferenciadas entre os corpos; Diferenciada porque as forças de atração são diferentes em diferentes pontos da superfície da Terra; Normalmente mede-se a diferença entre as forças gravitacionais tomando a força gravitacional no centro da Terra como referência;

43 As marés Como a força de maré é inversamente proporcional ao cubo da distância, a força de maré da Lua na Terra é mais que o dobro da força de maré devido ao Sol, apesar deste possuir massa e cerca de 27 milhões de vezes a massa da Lua; As forças de maré atuam na crosta terrestre, na atmosfera, mas é nos mares e oceanos que são mais percebidas devido ao caráter fluído da água; A interação Sol-Terra-Lua cria marés altas sempre que os três corpos estão alinhados.

44 As marés A interação Sol-Terra-Lua cria marés altas sempre que os três corpos estão alinhados; As regiões 90º a leste ou oeste terão neste caso, marés baixas.

45 As marés As forças de maré atuam reduzindo o peso das massas de água na direção do Sol e principalmente da Lua, reduzindo assim a pressão hidrostática localmente elevando o nível dos oceanos e marés; Fato importante: A altura da maré alta tem forte relação também com a geografia local e com o fluxo e refluxo das águas numa dada região.

46 As marés As marés altas mais altas e as marés baixas mais baixas sempre ocorreram na Lua nova e lua cheia (marés das sizígias); As marés altas e baixas da quadratura ocorreram sempre na fase quarto crescente e quarto minguante e serão menos pronunciadas (marés da quadratura).

47 As marés

48 As marés

49 As marés e a interação Terra-Lua As marés são responsáveis pela rotação lunar ser idêntica ao seu período orbital em torno da Terra. Chamamos isto de rotação sincronizada; A Terra exerce na Lua uma força de maré bem mais intensa que a Lua exerce na Terra. Todavia, o efeito de maré na crosta da Lua já foi mais intenso e, em bilhões de anos, produziu a rotação síncrona que temos hoje; Como o efeito de maré provoca perda de energia da órbita, a Lua se afasta da Terra ao mesmo tempo que a rotação da Terra é freada pela ação da Lua;

50 As marés e a interação Terra-Lua Enfim podemos afirmar que os dois corpos têm relação muito estreita, de forma que são as interações gravitacionais nestes 4.5 bilhões de anos que moldaram muitas das características importantes dos dois objetos.

51 Aula IV: Na próxima aula falaremos sobre o Sistema Solar. Planetas, satélites, asteroides, cometas; seus movimentos, estruturas e as as relações físicas existentes entre estes astros

52 O universo é tudo que já foi, tudo que é, e tudo que será Carl Sagan ( ), astrônomo estadunidense