Sistema Sol-Terra-Lua

Transcrição

1 Sistema Sol-Terra-Lua Parte 1 As estações do ano Parte 2 As fases da Lua Parte 3 Eclipses Parte 4 - Marés 1

2 Parte 1 As estações do ano A latitudes medianas (como a nossa) há variações significativas de clima. Isso faz com que dividamos o ano em estações. Porque é que existem estações do ano (Primavera, Verão, Outono, Inverno)? Porque é mais quente no Verão do que no Inverno? Porque é que as estações no hemisfério Norte são opostas relativamente às do hemisfério Sul? Movimento orbital da Terra As estações são uma consequência da inclinação do eixo de rotação da Terra relativamente ao plano da sua órbita. Primavera no hemisfério Norte; Outono no hemisfério Sul Pólo Norte Pólo Sul Pólo Sul Pólo Norte Pólo Norte Inverno no hemisfério Norte; Verão no hemisfério Sul Pólo Sul Pólo Norte Verão no hemisfério Norte; Inverno no hemisfério Sul Plano da Eclíptica Pólo Sul Outono no hemisfério Norte; Primavera no hemisfério Sul O eixo de rotação terrestre não é perpendicular ao plano da órbita terrestre (plano da eclíptica); O eixo está inclinado cerca de 23.5 relativamente à perpendicular do plano da órbita; A Terra mantém a inclinação enquanto orbita em torno do Sol (o pólo Norte terrestre aponta para o pólo norte celeste). 2

3 Primeiro dia de Verão no hemisfério Norte (Solstício de Verão) Primeiro dia de Inverno no hemisfério Norte (Solstício de Invermo) Equinócio Vernal ou Equinócio da Primavera Equinócio do Outono Porque é que o Verão é mais quente que o Inverno? Mas eu pensava que no Verão as temperaturas eram mais elevadas devido ao Sol estar mais próximo da Terra! Movimento da Terra durante Janeiro Movimento da Terra durante Julho Se isto fosse verdade: A Terra seria mais quente em Dezembro-Janeiro e mais fria em Junho- Julho? De qualquer modo a diferença de distância S-T só varia cerca de 3%. Porque é que o hemisfério Sul tem as estações opostas às do hemisfério Norte? 3

4 Círculo Ártico Tróp. de Cancer Círculo Ártico Tróp. de Cancer Equador Equador Trópico de Capric. Círculo Antártico Trópico de Capricórnio Círculo Antártico Solstício de Inverno Solstício de Verão No solstício de Verão, no hemisfério Norte os raios solares são menos inclinados e há mais horas de exposição à luz solar. Simultaneamente no hemisfério Sul é o início do Inverno (raios solares mais inclinados e menor tempo de exposição à luz solar). A intensidade dos raios solares que atingem o "topo" da atmosfera é de 1380 W/m 2. 1 m 2 1 m 2 73º 26º 1.04 m m 2 Verão Inverno No Inverno o Sol está mais baixo e permanece menos tempo acima do horizonte. A mesma quantidade de luz espalha-se por uma área maior menor energia por unidade de área e por unidade de tempo. 4

5 Solstício de Verão No primeiro dia de Verão no Hemisfério Norte (Solstício de Verão): O Sol está à maior distância angular, para Norte, relativamente ao equador celeste (declinação 23.5 N). O hemisfério Norte está inclinado para o Sol e corresponde ao maior dia do ano (por volta de 21 de Junho), para os habitantes deste hemisfério. O hemisfério Sul tem inclinação contrária. Aqui é o começo do Inverno e o dia mais pequeno do ano. O Sol nasce e põe-se na posições mais a Norte de todo o ano. Solstício de Inverno No primeiro dia de Inverno para o Hemisfério Norte (Solstício de Inverno): O Sol está à maior distância, para Sul, do equador celeste (declinação 23.5 S). O hemisfério Norte está inclinado em oposição ao Sol e corresponde ao menor dia do ano (por volta de 21 de Dezembro), para os habitantes deste hemisfério. O hemisfério Sul está inclinado para o Sol. Aqui é o começo do Verão e o maior dia do ano. O Sol nasce e põe-se na posições mais a Sul de todo o ano. 5

6 Equinócios de Primavera e Outono O Sol cruza o equador celeste, na sua trajectória aparente para Norte no primeiro dia de Primavera (Equinócio da Primavera ou Vernal, por volta de 21 de Março). E cruza de novo o equador celeste na sua trajectória aparente para Sul, no primeiro dia de Ountono (Equinócio de Outono, por volta de 21 de Setembro). Os dias e as noites são iguais em ambos os hemisférios. Serão iguais? As estações a latitudes diferentes Os efeitos sazonais são diferentes a latitudes diferentes. No equador todas as estações são muito semelhantes. Há 12 horas com luz solar e durante 12 h é noite. Os autóctones definem as estações mais em função da quantidade de chuva. A deslocação para Norte (ou para Sul) as estações vão-se tornando mais diferenciadas. No Pólo Norte todos os objectos celestes acima do equador celeste encontram-se acima do horizonte. À medida que a Terra roda, os objectos celestes parecem rodar paralelos ao horizonte. O Sol está a Norte do equador celeste a partir do equinócio Vernal (por volta de 21 de Março) até ao equinócio de Outono (por volta de 23 de Setembro). 6 meses de Sol e 6 meses de escuridão. Será assim? 6

7 Clarificações no mundo real A atmosfera tem um papel determinante nos efeitos do Sol sobre a Terra. A atmosfera é transparente a grande parte da radiação solar. Havendo uma mudança de meio óptico (do vazio sideral para a atmosfera), há fenómenos de refracção, fazendo flectir os raios luminosos provenientes do Sol. Devido a este factor, o Sol parece nascer mais cedo e pôr-se mais tarde do que se não houvesse atmosfera. n i n t θ t n senθ = n senθ i i t t θ i Posição aparente Raio proveniente do Sol Direcção do Sol A atmosfera difunde cerca de 10% da radiação solar que recebe. Esta é uma das razões porque antes do Sol nascer (a partir de cerca de 18º abaixo do horizonte) há Aurora e após o Sol se pôr (até cerca de 18º abaixo do horizonte) há Crepúsculo. Estes efeitos conjugados provocam alterações: 1 - Nos equinócios o Sol parece estar acima do horizonte alguns minutos mais do que 12h e alguns minutos menos que as 12h abaixo do horizonte. 2 - Este efeito é ainda mais dramático nos pólos onde o Sol nasce mais de uma semana antes de realmente chegar ao equador celeste!!! Realmente a noite completa nos pólos, devido a este efeito, dura cerca de 3 meses. Não são aqui discutidos os efeitos do ozono (absorção de fotões de alta energia), do vapor de água, do CO 2 (absorção de radiação Infravermelha), das núvens, 7

8 Todos sabemos também que o dia mais quente não corresponde ao Solstício de Verão (22 de Junho) apesar de ser o dia mais longo. Os meses mais quentes são Julho e Agosto. Este facto deve-se ao efeito da atmosfera e da água sobre a superfície terrestre. Estes grandes reservatórios de energia não aquecem imediatamente. A absorção de energia não é imediata. Tal como a água de uma piscina fica mais quente ao fim da tarde. Do mesmo modo o dia mais frio não é no Solstício de Inverno (cerca de 22 de Dezembro), mas um mês (ou mais) mais tarde. Esta é uma das razões porque o clima junto ao mar é mais ameno, com menores amplitudes térmicas, do que numa zona do interior. Em escalas de tempo maiores há outro facto que tem consequência nas estações: a precessão. A Terra não é uma esfera perfeita (ligeiramente achatada nos polos) e essa característica associada ao efeito gravitacional da Lua e do Sol contribuiem para a precessão, um movimento cónico lento do eixo de rotação da Terra (50.3 /ano 1º/71.6 anos). O eixo de rotação muda de direcção (precessão) Actracção gravitacional do Sol Rotação da Terra Actracção gravitacional da Lua 8

9 A precessão provoca uma mudança gradual da estrela que marca o Pólo Norte Celeste (o ciclo de precessão completo da Terra tem um período de ~ anos ano platónico) A figura ilustra o efeito da precessão axial nas estações do hemisfério norte, relativamente ao periélio e afélio. A precessão contribui para alterações climáticas periódicas Ciclo de Milankovitch. 9

10 As diferentes estações têm a mesma duração? Não e a explicação pode encontrar-se na segunda lei de Kepler. A mecânica orbital exige que áreas iguais sejam varridas em tempos iguais. No hemisfério norte, o Outono e Inverno acontecem quando a distância Terra-Sol é Ano menor e portanto a Terra tem a sua maior 2005 velocidade orbital. No hemisfério Norte, o Verão 2006 é 4.66 dias maior que o Inverno e a Primavera é 2.9 dias maior que o Outono. Durante os 2006 próximos anos, o Verão do hemisfério 2006 norte vai sendo cada vez menor. Poderão ser 2006 criadas condições para uma nova era glaciar Sols. Inv. Eq. Prim. Sols. Ver. Eq. Out. Sols. Inv. Eq. Prim. Data (TMG) 21/12-18:35 20/3-18:26 21/6-12:26 23/9-4:03 22/12-0:22 21/3-0:07 Duração 88.99d 92.75d 93.65d 89.85d 88.99d Parte 2 As Fases da Lua Porque é que há fases da Lua? Há um dark side of the Moon? Movimento orbital da Lua - Fases 10

11 As fases da Lua são devidas ao seu movimento orbital Primeira falcada Primeiro quarto ou quarto crescente Órbita da Lua Lua Nova Primeira giba Segunda falcada Lua Cheia Segunda giba Terceiro quarto ou quarto minguante 11

12 Quando esta fotografia foi tirada, a Lua estava em fase crescente ou minguante, ao ser observada da Terra? Há um dark side of the Moon? 12

13 A Lua mantem sempre a mesma face virada para a Terra devido à sincronia do seu movimento Se a Lua não rodasse veríamos todos os lados da lua. A Lua de facto roda e só vemos uma das faces da Lua. O que é um mês lunar? Qual a duração de um mês lunar? Sol Para constelações distantes Órbita da Terra Mês sinódico (29.53 dias) Mês sideral (27.32 dias) Lua Nova Lua Nova 13

14 Mês lunar Há 2 modos de classificar um mês lunar: Relativamente às estrelas, a Lua completa uma orbita nem torno da Terra num mês sideral (em média dias). A Lua completa um ciclo de fases (uma órbita em torno da Terra em relação com o Sol) num mês sinódico (em média dias). 14