Movimento Diário e Anual Aparente do Sol (Uma proposta de atividades em sala de aula) Curso de Especialização em Astronomia (2009)-EACH-USP leste. Alunos: Ricardo Augusto Viana de Lacerda, Artur Roberto Viana de Lacerda, Alexandre Cachone Pinto, Eloiza Hitomi Wakate Hieda e Geraldo Majela da Silva Registro da Apresentação do Grupo no Curso O Sistema Solar na Sala de Aula realizado na Estação Ciência na data de 03/10/2009. Uso do Gnômon Até onde se sabe, o primeiro instrumento utilizado pelos nossos ancestrais como relógio foi o gnômon. Na sua versão mais simples, o gnômon é simplesmente uma estaca vertical, posicionada firmemente sobre o solo. A variação contínua da sombra dessa estaca, à medida que o Sol se desloca ao longo do dia pela esfera celeste, informa a fração do dia naquele momento (Figura-01). Você conhece alguém que já utilizou um instrumento como esse para medir o tempo? Até poucas décadas atrás, era comum o seu uso por pessoas de comunidades rurais. Através do gnômon, podemos extrair uma série de informações importantes do ponto de vista da Astronomia. Uma delas, que o professor junto aos seus alunos pode obter, é o meridiano do seu lugar. Esse meridiano é a linha norte-sul geográfica que passa pelo lugar onde você se encontra. [Fig.01] Trajetória diurna do Sol e a direita, Sombra do gnômon em diversos horários durante o dia.
O Movimento Anual do Sol na Perspectiva Topocêntrica A Figura abaixo (fig.02) oferece uma visão esquemática do que pode ser uma seqüência dessas observações numa perspectiva topocêntrica. No caso, o observador, à semelhança daquela tribo, utilizou a posição do Sol em relação às montanhas para identificar diariamente o local do nascente. [fig.02] Registros dos locais do nascimento do Sol no horizonte, ao longo do ano. Se um observador registrar o nascer do Sol de um mesmo lugar, dia após dia, descobrirá que, embora o Sol nasça sempre numa mesma direção, o local exato em que o astro desponta no horizonte varia dentro de um intervalo de pontos, em torno de um ponto central que é o verdadeiro ponto cardeal Leste. Mas, não varia de qualquer jeito: muda continuamente; de um local um pouco mais ao sul, por exemplo, percorre pontos intermediários no sentido Sul-Norte, até chegar ao outro extremo do intervalo, ao norte. Em seguida, faz um caminho de volta, também contínuo, desse extremo norte do intervalo até o ponto de onde começamos a acompanhar as observações. É esse ciclo de mudanças no local do nascer do Sol, em torno de um ponto médio, que convencionamos chamar de ano solar. Não é muito complicado entender por que o ano solar se associa a mudanças cíclicas no ambiente, uma vez que a variação no local do nascer do Sol, na verdade, se relaciona com variações no ciclo claro-escuro, num dado local. Na Figura (03), temos um esquema que ilustra essa relação. [fig.03] Nascer do Sol e seu movimento ao longo do dia, em diferentes meses do ano, para um observador com latitude Sul.
Para o observador ilustrado na Figura 3, quando o Sol nasce mais ao norte segue um caminho mais baixo em relação ao horizonte, ao longo do Dia. Os dias para esse observador são mais curtos nesse período, ao passo que se tornam mais longos quando o Sol nasce mais ao sul. Com isso, altera-se o período de luz e calor naquele local, o que contribui para mudanças no ambiente. Verifica-se que quanto mais alta a latitude, maiores são as diferenças entre o dia e a noite, e mais perceptíveis tornam-se essas mudanças. Se considerarmos, num determinado local, a duração dos dias e das noites e, ainda, a tendência na variação desses períodos, é possível definir quatro fases no ciclo solar anual. Tais fases, que passaremos a chamar de estações astronômicas, que chamamos também de Solstícios e Equinócios, encontram-se delimitadas pelas datas em que o nascer do Sol ocorre nos extremos mais ao norte e mais ao sul do ponto cardeal Leste, como também por duas datas intermediárias a esses extremos, em destaque na Figura 04. Acompanhe, por meio desta, a descrição do ciclo das estações astronômicas para um observador no hemisfério Sul, feita a seguir. Solstício e Equinócio O movimento anual aparente do Sol na esfera celeste pode ser entendido através da translação da Terra em torno do Sol (visão heliocêntrica em conjunto com a visão geocêntrica), ou da observação do pôr do Sol (visão topocêntrica). [Fig.04] 1 e 3 são os Solstícios, 2 e 4 são os Equinócios. Visão heliocêntrica em conjunto com a visão geocêntrica. A ilustração está fora de escala A Figura 4 mostra a Terra em quatro ocasiões especiais de sua órbita ao redor do Sol. São os dias em que ocorrem os solstícios e equinócios. Tomemos como referência o hemisfério sul da Terra. Na posição 1, fixando nossa visão a partir da Terra, o Sol está na distância angular máxima ao norte do plano do equador celeste, parecendo parar na esfera celeste para depois retroceder, para o sul, em seu movimento anual aparente. Os raios solares, nessa época do ano, incidem mais obliquamente sobre a superfície do hemisfério sul da Terra, de forma que a incidência de calor é menor. Esse dia é denominado solstício do inverno austral (solstício significa Sol parado; em latim:
solstitium), o qual ocorre por volta de 22 de junho. A noite do solstício do inverno austral é a mais longa do ano. A partir do solstício de inverno, tanto os dias claros como os dias civis e astronômicos voltam a aumentar de duração, lentamente. De modo análogo, na posição 3 da Figura 4, quando ocorre o dia claro mais longo do ano para o hemisfério sul, o Sol atinge a posição angular mais ao sul do equador celeste. É o dia do solstício do verão austral, que ocorre por volta de 21 de dezembro. No verão, a incidência dos raios solares acontece de forma menos oblíqua à superfície. Em lugares próximos ao Trópico de Capricórnio, a incidência é quase perpendicular. Portanto, a insolação é maior. Após o solstício de verão, os dias claros se tornam cada vez mais curtos novamente. Em duas ocasiões especiais intermediárias (posições 2 e 4 ainda da Figura 4), o dia claro e a noite têm a mesma duração (isso ocorre para todo o globo terrestre). São os dias dos equinócios de primavera e outono, que ocorrem, respectivamente, em torno de 22 de setembro e 21 de março no hemisfério sul. A palavra equinócio, de origem latina, significa noites de iguais durações. Os equinócios ocorrem quando o Sol está sobre o círculo do equador celeste, deslocando-se do hemisfério celeste norte para o sul, no caso do equinócio da primavera austral, e fazendo o caminho inverso, no equinócio do outono austral. Nesses dias, ambos os hemisférios terrestres recebem a mesma quantidade de insolação. Entre o início do outono austral e o fim do inverno, os dias claros são mais curtos do que as noites (a noite mais longa ocorre no início do inverno), e entre o início da primavera e o fim do verão, a situação se inverte (o dia mais longo ocorre no início do verão). Seqüencialmente, para o hemisfério sul da Terra, tem-se: o equinócio de outono em 20 ou 21 de março, o solstício de inverno entre 21 e 23 de junho, o equinócio de primavera em 22 ou 23 de setembro e o solstício de verão entre 21 e 23 de dezembro. As estações do ano acontecem de forma inversa em cada um dos hemisférios terrestres. Enquanto é verão no hemisfério sul, é inverno no hemisfério norte. [Fig.5] Visão topocêntrica para o nascer do Sol nos Solstícios e Equinócios para um lugar tropical do hemisfério Sul da Terra. A fim de complementar o entendimento, vamos pensar na observação do nascer e pôr do Sol nos dias dos equinócios e solstícios, como está representado na Figura 5
acima, para um local na região tropical do hemisfério sul (entre o equador e o Trópico de Capricórnio). Somente nos equinócios o Sol surge no horizonte exatamente a partir do ponto cardeal leste, deslocando-se ao longo do dia sobre o equador do céu e escondendo-se, exatamente também, no ponto cardeal oeste (isso ocorre para quase toda a Terra; as exceções são os pólos geográficos). Os solstícios são os dias quando o Sol mais se distancia dos pontos cardeais leste e oeste, no nascer e ocaso, respectivamente. No solstício do verão austral, o Sol surge mais ao sul do ponto leste e esconde-se, com o mesmo distanciamento, ao sul do ponto oeste. No solstício do inverno austral, o Sol nasce com o maior afastamento angular ao norte do ponto leste e põe-se, com o mesmo distanciamento, ao norte do ponto oeste (veja a Figura 5). O distanciamento angular máximo que a direção do Sol pode assumir em relação ao equador celeste é exatamente igual à inclinação entre o plano da eclíptica e o plano do equador ( 23,5). O ângulo entre a direção do Sol e a do ponto cardeal leste, medido sobre o círculo do horizonte no momento do nascer do Sol em qualquer dia do ano depende da latitude do lugar e da declinação do Sol, exceto nos equinócios quando esse ângulo é nulo. Sol a Pino e Trópicos Somente na região tropical, o Sol pode ficar a pino ao meio-dia (solar). Entre os trópicos isto acontece duas vezes por ano, como no caso da Figura 5, e os dias correspondentes são determinados pela latitude do lugar. Para um local no equador terrestre, o Sol cruza a pino o meridiano local nos dias dos equinócios. Já para os locais situados exatamente sobre um dos trópicos, o Sol cruza a pino somente uma vez, no solstício de verão. Os Trópicos de Capricórnio e Câncer são nomeados desta maneira porque durante os solstícios, na Antigüidade, o Sol se encontrava na direção dessas constelações zodiacais. Os pontos cardeais A direção norte (N), em quase todo o ano, é aquela onde o Sol está quando está mais alto no céu, isto é, no momento em que a sombra do gnômon está mais curta. Este instante pode variar entre 11:00h e 13:00h, pois depende do local e a data. A direção oposta é a direção sul (S). À direita da direção sul-norte está a direção leste (L) e à esquerda a direção oeste (O ou W). As direções intermediárias são o Nordeste (NE), Noroeste (NO), Sudoeste (SO) e Sudeste (SE). O diagrama que as representa tem o nome de Rosa dos Ventos.
As estações em diferentes épocas e hemisférios Simulação das Estações do Ano: Solstícios de Verão e Inverno e os Equinócios de Primavera e Verão. 1) De dezembro a março No solstício de dezembro o sol atinge a superfície perpendicularmente no Trópico de Capricórnio (23,5ºS). A energia solar fica mais concentrada nessa região, provocando aumento de temperatura. Já nas demais regiões, principalmente nas altas latitudes do hemisfério Norte, os raios solares atingem a superfície com maior inclinação em relação ao zênite. A energia solar é espalhada por uma área maior, diminuindo a temperatura. Nos demais dias de verão, com a Terra se deslocando em sua órbita, os raios solares vão atingir perpendicularmente outros pontos de menor latitude no hemisfério sul, e deixam de ter altura máxima no Trópico de Capricórnio. Características do solstício de dezembro: - O Sol está com máximo deslocamento para o sul do equador, por isso está mais alto nos céus austrais. - O Sol nasce e se põe com o maior afastamento para sul, em relação aos pontos cardeais leste e oeste. - O Pólo Sul está sempre iluminado e o Pólo Norte sempre às escuras. - Dia mais longo do ano no hemisfério Sul e o mais curto no hemisfério norte. 2) De março a junho Ao chegar em 22 de março, o sol estará incidindo perpendicularmente no Equador, latitude 0º. Nessa ocasião ocorre o equinócio de março. A energia do sol se distribui igualmente nos dois hemisférios, demarcando o início da primavera no hemisfério norte e do outono no hemisfério sul. A partir dessa data, o Sol aumentará sua altura em
relação ao horizonte no hemisfério norte, até atingirem perpendicularmente o Trópico de Câncer. Características do equinócio de março: - O Sol está cruzando o equador celeste de sul para norte, exatamente sobre o ponto Vernal. - È um dos dois dias do ano em que o Sol nasce exatamente no ponto cardeal leste e se põe exatamente no ponto cardeal oeste. - Todas as regiões da Terra são igualmente iluminadas. - Sol incide perpendicularmente no equador terrestre. 3) De junho a setembro No solstício de junho, o Sol atinge a Terra com altura máxima no Trópico de Câncer (23,5ºN). Há maior concentração de energia solar nessa região, nessa data, elevando as temperaturas. É a vez do hemisfério Sul conviver com as baixas temperaturas e com os dias curtos enquanto os europeus estão em pleno verão. Características do solstício de junho: - O Sol está com máximo deslocamento para o norte, ficando mais baixo em relação a nós. - O Sol nasce e se põe com o maior afastamento para norte, em relação aos pontos cardeais leste e oeste. - O Pólo Sul convive com uma longa noite de praticamente 6 meses (Sol sempre abaixo do horizonte), enquanto o Pólo Norte curte o espetáculo do Sol da meia-noite. - Dia mais curto do ano no hemisfério sul e o mais longo no hemisfério norte. 4) De setembro a dezembro Com o decorrer dos dias, os raios solares perpendiculares à superfície migram para o equador, que novamente em 23 de setembro receberá a energia solar perpendicularmente. Mais uma vez, haverá igual distribuição de energia entre norte e sul. É o equinócio de setembro, início da primavera para o sul e do outono para o norte. Serão temperaturas amenas e dias e noites de igual duração para todo o globo. Características do equinócio de setembro: - O Sol está cruzando o equador celeste de norte para sul. - É segundo dia do ano em que o Sol nasce exatamente no Leste e se põe exatamente no oeste. - Todas as regiões da Terra são igualmente iluminadas. - Novamente, o Sol incide verticalmente no equador terrestre. À medida que a Terra se desloca em sua órbita, os raios solares perpendiculares à superfície migram do equador (23 set) novamente para o Trópico de Capricórnio, trazendo mais um verão para os habitantes austrais e um inverno para os nórdicos.
[Fig.06] Trajetórias diurnas do Sol, em três dias do ano. O Movimento Anual do Sol na Perspectiva Heliocêntrica É a observação do local de nascimento do Sol. Um ano solar é o período mínimo que o Sol leva para voltar a nascer numa mesma seqüência de locais, quando visto de uma mesma posição por um observador na superfície da Terra. Integrando informações de observadores em diferentes lugares do nosso planeta, sabemos ainda que, à medida que esse ciclo do nascimento do Sol ocorre, os seguintes fatos são observados: a) a relação entre os dias e as noites varia continuamente ao longo do ano; b) essa relação apresenta-se de forma inversa, nos dois hemisférios terrestres: quando temos dias mais longos para o hemisfério Sul, no hemisfério Norte, as noites é que são mais longas, sendo o inverso também verdade; c) a direção com que os raios do Sol incidem num lugar da Terra, a uma determinada latitude, varia continuamente ao longo do ano; d) quanto maior a latitude do observador, maior a variação entre os dias e as noites; e) a variação a que nos referimos no item a dá-se em quatro etapas ou estações astronômicas. Cada estação é um conjunto de Dias em que podemos verificar os dias se tornando continuamente mais longos ou mais curtos do que as noites, sendo delimitados por equinócios e solstícios. A Inclinação do eixo de rotação A inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à reta perpendicular à direção que une o seu centro ao do Sol a qual passaremos a chamar simplesmente de inclinação do eixo de rotação da Terra, uma hipótese necessária para explicar a iluminação diferenciada dos hemisférios terrestres que nos dá o dia e a noite. Ela permite explicar também outras características observadas para o ciclo solar anual. Para verificar quais são elas, examine atentamente a Figura 3, na qual se pode observar um registro da irradiação solar em diferentes pontos do globo num Dia específico.
À medida a Terra gira, um observador qualquer sobre a sua superfície descreve no espaço uma circunferência igual à do paralelo em que se situa. Como a rotação do planeta em torno do seu próprio eixo se dá com velocidade uniforme, essa circunferência é descrita também de maneira uniforme no tempo; com isso, frações menores são percorridas em tempos menores. Tenha em mente, ainda, que a rotação da Terra se dá em torno do eixo inclinado, e não da vertical que a divide numa metade iluminada e em outra não iluminada. Com isso, vemos que, no momento ilustrado na Figura 3, se nosso observador estiver situado em qualquer latitude entre o Equador e o Pólo Sul, passará um período maior no lado iluminado do espaço do que no lado escuro, ou seja, o dia para ele será mais longo do que a noite. O inverso será verdade, por sua vez, para um observador entre o Equador e o Pólo Norte, o que mostra que a inclinação no eixo de rotação gera uma inversão de comportamento nos dois hemisférios, tal como se verifica no planeta. [Fig.3] Esquema de um momento da Terra em sua órbita ao longo do Sol, ilustrando a iluminação recebida por diferentes pontos da sua superfície num determinado instante. Veja, ainda na Figura 3, que a diferença entre o período claro do Dia e o período escuro é maior para observadores em latitudes mais elevadas (Norte ou Sul). Compare, por exemplo, um observador no Trópico de Câncer com um que esteja próximo ao Equador. Quanto mais próximo do Equador, mais próximo o eixo de rotação se encontra da reta divisória do claro e escuro na Terra, e os dias ficam com duração semelhante às noites. Situações bastante drásticas ocorrem na região que vai do paralelo denominado por Círculo Polar Ártico até o Pólo Norte: no Dia focalizado, durante todo o giro da Terra ao redor do seu eixo Norte-Sul, os raios solares não atingirão nenhuma localidade daquela região, ou seja, haverá somente noite. O Sol não será visível nessa região! Da mesma forma, nesse mesmo Dia, durante todo o giro da Terra, o Sol permanecerá iluminando a região que abrange do paralelo Círculo Polar Antártico até o Pólo Sul: não haverá noite nessa região, ocorrendo o fenômeno conhecido como Sol da Meia Noite!
Hemisfério1(N)-Simulação do dia mais curto Hemisfério2(S)-Simulação do dia mais longo O anglo de incidência dos raios solares A translação da Terra e a inclinação do seu eixo de rotação são dois fatores que permitem explicar o ciclo solar anual conforme percebido nas diferentes partes do globo. Contudo, para entendermos de forma mais satisfatória a influência desse ciclo nos diferentes pontos da Terra, devemos ainda olhar para um terceiro fator que ocorre paralelamente ao ciclo solar; no caso, o ângulo com que os raios solares incidem na superfície da Terra, num dado lugar, ao longo do ano. Alguém poderia se perguntar, por exemplo, por que os pólos terrestres são tão frios, congelados, o ano todo. Essa pergunta faz sentido, pois apesar de passarem cerca de 3 meses praticamente sem incidência de radiação solar, os pólos também experimentam, de outro lado, cerca de 3 meses de Sol acima do horizonte. Dessa forma, não deveriam se tornar excessivamente quentes nesse período? O que deve ser considerado, ainda, é que nos pólos, em qualquer época, os raios solares incidem de forma sempre mais rasante do que em outras partes do globo. A implicação disso, como ilustra a Figura 6, é que a densidade de radiação por unidade de área que atinge os pólos é bem menor do que se a incidência dos raios solares fosse frontal, como em algumas partes do globo, em períodos específicos do ano. [Fig.6] Um mesmo feixe de radiação incide com ângulos diferentes sobre superfícies planas, produzindo diferentes densidades ou intensidades de radiação.. Na Figura 6, um mesmo feixe de radiação incide com ângulos diferentes sobre superfícies planas. Para cada ângulo de incidência, a energia do feixe acaba distribuindo-se em áreas distintas, produzindo diferentes intensidades de radiação. O ângulo de incidência da radiação é medido em relação à direção normal à superfície em
que ela incide; quanto maior esse ângulo, menor a intensidade de radiação. Examine, na atividade 7, a incidência da radiação solar nos pólos e em outros pontos da Terra, num dia específico do ano. Quanto mais frontal a incidência dos raios solares, maior a intensidade com que a radiação atinge a superfície. Esse fator, aliado à diferença na duração dos dias e das noites, acaba contribuindo para criar faixas ou zonas térmicas diferenciadas no globo terrestre, demarcadas pelos pólos e pelos cinco paralelos onde se situam os pontos que você acabou de analisar: Círculo Polar Ártico (67,5ºN), Trópico de Câncer (23,5ºN), Equador, Trópico de Capricórnio (23,5ºS) e Círculo Polar Antártico (67,5ºS). Entre cada pólo e o Círculo Polar do hemisfério correspondente estão as zonas mais frias: zona Polar Ártica, no hemisfério Norte, e zona Polar Antártica, no hemisfério Sul. Entre cada Círculo Polar e o Trópico do hemisfério correspondente estão as zonas temperadas Norte e Sul, e entre os dois trópicos, temos uma faixa climática contínua, chamada zona tropical. Do ponto de vista astronômico, somente observadores que estejam na zona tropical têm o Sol passando pelo zênite, em algum momento do ano. Para os observadores das zonas temperadas (do Norte ou do Sul) e das zonas polares, em momento algum isso ocorre. Ano Solar Vimos que o ciclo anual do Sol implica uma seqüência de mudanças na relação entre os dias e as noites para um ponto qualquer na superfície da Terra e que essa seqüência pode ser visualizada em quatro etapas, às quais nos referimos como estações astronômicas: primavera, verão, outono e inverno. É comum encontrarmos materiais didáticos com uma abordagem inapropriada das estações, associando-as às seguintes imagens: Muito provavelmente você já deve ter percebido que esta não corresponde à realidade dos ciclos pelos quais passa o Nordeste, ou ainda o Norte, o Centro-Oeste ou o Sudeste do Brasil. Na atividade 2, você sistematizou as ocorrências significativas no seu ambiente que ocorrem paralelamente às mudanças do ciclo solar anual. Retome aqueles dados para a atividade a seguir. Tais ocorrências certamente não incluem a presença da neve, da mesma forma que alguém na região do Círculo Polar Ártico não vai poder falar de folhas avermelhadas caindo das árvores, ou de qualquer outro cenário diferente da neve, no ambiente em que vive. E isso ocorre, ainda que o hemisfério a que pertença passe globalmente por diferentes etapas do ciclo solar anual: apresentando ora dias mais longos, ora dias mais curtos do que as noites.
A questão é que os fenômenos no ambiente em que vivemos expressam mais claramente ciclos climáticos, e estes não correspondem diretamente às etapas astronômicas ligadas à posição global do planeta em relação ao Sol. Por um lado, aspectos climáticos do globo como um todo podem ser compreendidos em função da diferença de temperatura entre a zona tropical e as regiões dos pólos, causada pelas diferentes intensidades de radiação que as atingem. Essa diferença dá origem a movimentos de grandes massas de vento e oceanos que se repetem ao longo dos anos com relativa regularidade e que, como já mencionamos antes, determinam uma série de ocorrências e padrões climáticos nas diferentes partes do globo. Contudo, as características do clima de qualquer localidade específica se constituem de forma complexa, na interação dessa influência global com informações locais, tais como mananciais de água, matas e florestas na vizinhança, altitude e materiais dos quais é constituída a crosta terrestre local. Assim, para compreendermos os sinais do ambiente, em cada lugar, numa dada estação astronômica, é preciso aprofundar o conhecimento de como o ciclo planetário ao redor do Sol interage com outros aspectos locais. Essa diferença entre os ciclos ambientais e os ciclos solares que caracterizam as estações astronômicas é algo que deve ficar bem claro, porque é causa de muita confusão na aprendizagem do tema. Por exemplo, as palavras inverno e verão são usadas, principalmente, no Norte e Nordeste do Brasil para fazer referência a sinais do ambiente (chuva ou ausência de chuva, respectivamente) que na verdade ocorrem em períodos opostos ao das estações astronômicas de mesmo nome. O nosso entendimento coincide com o de Queiroz, Lima e Vasconcellos (2004): é essencial diferenciar estações astronômicas associando-as ao ciclo solar anual, de estações climáticas associando-as aos ciclos anuais de cada ambiente. É errado dizer que a primavera, por exemplo, é a estação das flores. Do ponto de vista astronômico, o que a define, num dado hemisfério, é que os dias se tornarão cada vez maiores do que as noites. A primavera é a estação das flores em locais como Estados Unidos, Japão ou Canadá, entre outros, porque nesses lugares é assim que o ambiente se apresenta durante essa fase astronômica. Mas, deverá ser vista como estação das chuvas, por exemplo, em locais onde vivem as tribos Guarani do Sul do Brasil, e em várias outras localidades no planeta, como, por exemplo, na cidade do Joãozinho da Maré, um amigo que você pode conhecer lendo o excelente texto do Professor Caniato (1985), o qual trata dos equívocos no ensino das Estações do Ano. E na sua cidade, a primavera é a estação de quê? ATIVIDADES DEMOSNTRATIVAS Após a leitura deste texto junto aos alunos, o professor pode usar o material apresentado nas atividades de astronomia: Dia e Noite, Estações do Ano, Movimento Aparente Diurno e Anual do Sol, Duração do Dia em Várias Partes do Planeta e Uso do Gnômon: Acelerando o Dia para verificar o aprendizado dos alunos e o entendimento da leitura. Estas atividades são encontradas no site Ciência a Mão [http://www.cienciamao.if.usp.br/] no link Atividades de Astronomia, elas permitem ao professor demonstrar em 3D os movimentos que promovem o dia e a noite e os solstícios e equinócios numa visão heliocêntrica e geocêntrica. Confira!
Questionário: 01- O que significa a data chamada de Solstício? Quais as estações que ao iniciarem são marcadas por essa data? R: Datas em que o Sol atinge a altura máxima (solstício de verão) ou altura mínima (solstício de inverno) em cada hemisfério terrestre. São as datas de início do verão e do inverno. 02- Quando ocorrem os equinócios, qual a relação entre a duração dos dias e das noites? Essas datas marcam o início de quais estações? R: Próximo aos dias 21 de março e 23 de setembro, nesses dias, o dia tem a mesma duração da noite. Os equinócios marcam o início da primavera e do outono. 03- Em latitudes mais afastadas da Linha do Equador, o que podemos notar sobre a posição do Sol no céu em relação ao Inverno e o Verão? R: É bem claro que no inverno o Sol fica mais baixo no céu do que no verão. 04- Por que é desnecessário falar em estações para localidades próximas à Linha do Equador? R: Porque não há grandes variações da posição do Sol no céu ao longo do ano. O tempo de claridade (dia) e de escuridão (noite) é praticamente igual o ano todo, 12h para cada um. Não existe variações significativas de temperaturas ao longo do ano. 05- Nos Solstícios de 22 de Junho e 22 de Dezembro, o que ocorre com a posição do Sol no céu em localidades próximas à Linha do Equador? R: No Solstício de 22 de junho o Sol passa a aproximadamente 23,5 ao norte do zênite e em 22 de dezembro, 23,5 ao sul. 06- Para as localidades que estão nos Trópicos de Capricórnio ou de Câncer, o que ocorre com a posição do Sol durante os Solstícios de Verão? R: O Sol passa a pino (um poste vertical não produz sombra nenhuma) duas vezes ao ano em todas as localidades que estão entre as latitudes de 23,5 norte e 23,5 sul. 07- O que é o Sol da Meia-Noite? R: Como nos pólos temos 6 meses de dia e 6 meses de escuridão, verificamos que há Sol à meia noite.
08- Utilize a Figura abaixo para desenhar o caminho do Sol acima do horizonte, num dia de primavera e num dia de verão. R: Linha azul = Verão e Linha vermelha = Primavera. 09- Liste os nomes de três países localizados em continentes diferentes e, localizando-os num globo, identifique a estação que vigora atualmente em cada um deles. 10- Qual seria a estação para o hemisfério sul, na situação descrita pela figura abaixo? Qual seria a estação para o Hemisfério Sul, na situação descrita pela Figura 3?
OUTRAS SUGESTÕES DE DEMONSTRAÇÃO: Modelos de isopor Utilizando-se uma bola de isopor de uns 20 centímetros de diâmetro, transpassada por uma agulha de tricô ou algo semelhante, fixada em uma base de madeira com uma inclinação de 23 graus em relação à vertical, teremos um modelo da Terra com seu eixo de rotação. Marcam-se agora os pólos e a linha do equador. Sobre uma mesa instale o modelo e uma lâmpada para simular o Sol. Mantendo o eixo de rotação "apontado" para a mesma direção, pode-se demonstrar que ora um hemisfério receberá mais luminosidade, ora o outro. Percebe-se ainda que durante seis meses um pólo receberá continuamente a luz solar, enquanto o outro permanecerá de noite no mesmo período. Ainda sobre este assunto, sugerimos um experimento que permita compreender porque a altura do Sol no céu influencia a temperatura, tanto anualmente como diariamente. O efeito é causado pela variação do ângulo de incidência dos raios solares, que se espalham sobre uma superfície maior no planeta (ou volume maior da atmosfera) nas regiões em que o Sol está baixo, e menor nas regiões em que está mais alto no céu.
Solstícios (verão ou inverno) Ocorrem quando o Sol atinge seu máximo afastamento angular do equador celeste. O hemisfério da Terra em que estiver acontecendo o solstício de verão, terá o dia (período de insolação) com duração mais longa, enquanto o hemisfério oposto marca o solstício de inverno, quando as noites têm duração mais longa. Quanto mais afastados estivermos do equador terrestre, maiores serão as diferenças entre os dias e as noites ao longo do ano. No equador, em qualquer época, os dias e as noites têm sempre a mesma duração. Equinócios (primavera ou outono) - Ocorrem quando o Sol cruza o equador celeste. Nestes dias, em qualquer ponto da Terra, dias e noites têm igual duração (12 horas). Quando em um hemisfério estiver acontecendo o equinócio de outono, no outro estará ocorrendo o de primavera. Os equinócios podem ocorrer em 20 ou 21 de março e 22 ou 23 de setembro, já os solstícios nos dias 21 ou 22 de dezembro e 20 ou 21 de junho. Essa variação é conseqüência de o ano civil ter um número inteiro de dias, 365 ou 366, e o período decorrido entre uma mesma estação consecutiva ser de 365,2422 dias. Dias e horários do início das estações para o ano 2005 no hemisfério Sul (tempo legal de Brasília) outono: 20/3 às 9h33min inverno: 21/6 às 3h46min primavera: 22/9 às 19h23min verão: 21/12 às 15h35min
No horário de verão adicione 1h ao valor listado. No desenho acima vemos, além do equador, outras duas linhas denominadas Trópico de Câncer e Trópico de Capricórnio. Estas linhas delimitam a faixa na superfície da Terra em que ocorre o "Sol a pino". No equador isso ocorre no dia dos equinócios; já no Rio de Janeiro, que está pertinho do Trópico de Capricórnio, o Sol a pino acontece em dois dias muito próximos: 10 de dezembro e 2 de janeiro. Em alguns anos pode ocorrer nos dias 11 e 3. Fora da região intertropical, no dia em que se dá o solstício de verão, o Sol estará culminando com a sua altura máxima, perto do meio-dia. No dia do solstício de inverno, a altura será mínima na culminação. Nas regiões polares e equatoriais, as estações têm características bastante particulares. Próximo aos pólos o ano é dividido simplesmente em períodos claro e escuro, e cada um deles dura vários meses. Já nas proximidades do equador, o ano se divide em períodos de chuva e estiagem. A conhecida descrição das estações - primavera (período das flores), outono (período dos frutos), etc. - é válida apenas em locais de clima temperado. Em alguns livros explicam-se de maneira equivocada as estações do ano. Segundo estas publicações, as estações ocorreriam devido à variação da distância entre a Terra e o Sol (no verão a Terra estaria mais perto do Sol e no inverno mais afastada). De fato a órbita da Terra é uma elipse, mas a variação da distância ao longo do ano em termos percentuais é muito pequena, menos de 2%. Além disso, por esta explicação, teria que ocorrer a mesma estação em toda a Terra ao mesmo tempo. A variação anual da distância entre o Sol e a Terra afeta, contudo, a duração das estações do ano, em função
da segunda lei de Kepler (o planeta se desloca mais rápido quanto mais próximo ele estiver do Sol). Com isso, o verão no hemisfério Sul e o inverno no hemisfério Norte são as estações mais curtas, atualmente duram 88,99 dias, pois a Terra passa pelo periélio em 2 ou 3 de janeiro. Já o inverno do hemisfério Sul e o verão do hemisfério Norte duram 93,65 dias, sendo as estações mais longas. Bibliografia: A ASTRONOMIA NO DIA-A-DIA (André de Castro Milone) Capítulo 1: Solstícios e Equinócios, p.29-32. (Curso promovido pelo INPE-Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). CANALLE, João Batista Garcia. Oficina de Astronomia Online. Instituto de Física, UFRJ. Disponível em: http://www.oba.org.br/cursos/astronomia. QUEIROZ, G. P.; LIMA, M. C. B.; VASCONCELLOS, M. M. N. Física e arte nas estações do ano. Revista Latino-Americana de Educação em Astronomia - RELEA, n.1, p.33-54, 2004. OLIVEIRA FILHO, Kepler de Souza; SARAIVA, Maria de Fátima Oliveira. Astronomia e astrofísica. Porto Alegre: Ed. Universidade/UFRGS, 2000. Disponível em: <http://astro. if.ufrgs.br/index.htm>. Acesso em: 15 jul. 2009. Textos de Apoio ao Professor de Física - IF-UFRGS Autor: Andréia Pessi Uhr v.18 n.4. Sugestão de site com explicações e simulações relevantes: http://www.observatorio.ufmg.br/pas44.htm.