Movimento aparente diurno e anual Sistemas geocêntrico e heliocêntrico Leis de Kepler Rotação e translação da Terra Definição de dia e ano Precessão e nutação Estações do ano Movimentos da Terra Gastão B. Lima Neto Vera Jatenco-Pereira IAG/USP Agradecimento ao Prof. Roberto Boczko pelo material cedido AGA 210 1 semestre/2017
Gravura do livro de Camille Flammarion (1888) mostrando um homem da Idade Média procurando entender como funciona o universo. Até ao século XVII pensava-se que o universo era finito e que as estrelas estavam todas fixas, imóveis, na superfície de uma esfera: a Esfera Celeste. Só depois se começou a supor que havia mais mundos e que as estrelas estavam a diferente distâncias de nós.
Nascer do Sol e das estrelas Movimento diurno observado na direção do leste em fevereiro, em Ubatuba.
Zênite PS Meio-dia Nascer L Movimento diurno N aparente do Sol Os astros nascem no lado leste e se põem no lado oeste. Ocaso O Horizonte
Movimento aparente do Sol Movimento aparente dos astros frequência quotidiana. Interpretação? (1) movimento dos astros em torno da Terra?? (2) rotação da Terra?? Na antiguidade, a opção (1) era praticamente unânime. Egito antigo
Aristóteles (~320 a.c.) Sistema geocêntrico Busto de Aristóteles no museu do Louvre em Paris. Terra imóvel, no centro do universo. O Sol e os astros se movem em círculos ao redor da Terra. Quanto mais rápido o movimento aparente, mais próximo da Terra.
Eudoxo de Cnidus (~370 a.c.) Sistema geocêntrico Cnidus, hoje Tekir na Turquia Terra imóvel, no centro do universo. O Sol e os astros se movem em vários círculos ao redor da Terra: complexidade do movimento aparente do Sol, Lua e Planetas.
Eudoxo (~370 a.c.) Sistema geocêntrico Movimento aparente do Sol depende da estação do ano. início do inverno primavera ou outono verão Terra imóvel, no centro do universo. O Sol e os astros se movem em vários círculos ao redor da Terra: complexidade do movimento aparente do Sol, Lua e Planetas.
Sistema geocêntrico Movimento aparente dos planetas leste oeste Os planetas apresentam movimento direto em relação às estrelas(de oeste para leste) na maior parte do tempo, mas também apresentam movimento retrógrado (de leste para oeste). http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/retrogrado/retrogrado.html
Sistema geocêntrico Movimento aparente dos planetas: exemplo de Marte. +20 31/01 2010 06/03 2010 Castor Pollux Gemini trajetória de Marte +10 0 12 h Denebola 11 h Leo 13/06 2010 20/12 2009 Regulus Cancer 11/10 2009 10 h 9 h 8 h Procyon 7 h Alhena Via Láctea Betelgeuse 6 h Orion Mintaka Alnilam Alnitak Note que o planeta está mais brilhante no meio da laçada. Os planetas apresentam movimento direto em relação às estrelas(de oeste para leste) na maior parte do tempo, mas também apresentam movimento retrógrado (de leste para oeste).
Sistema geocêntrico Apolônio (~230 a.c.); Hiparco (~140 a.c.); Ptolomeu (~130 d.c.) Terra imóvel, no centro do universo. O Sol e os astros se movem em vários círculos ao redor da Terra: complexidade do movimento aparente dos astros: Teoria dos epiciclos.
Aristarco (~260 a.c.) A Terra se move? Universo heliocêntrico. A Terra se move em torno do Sol. Nicolau Copérnico (1473 1543) Órbitas circulares em torno do Sol (1543).
A Terra se move? Giordano Bruno (1548 1600) Universo infinito, heliocêntrico. Queimado pela inquisição. Galileu Galilei (1564 1642) Primeira observação com luneta. Epur si muove. Quase queimado pela inquisição.
Geocêntrico Heliocêntrico Com sua luneta Galileu observa as fases de Vênus.
Geocêntrico Heliocêntrico Movimento retrógrado dos planetas: explicação geocêntrica (sem epiciclos) http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/retrogrado/retrogrado.html
Tycho Brahe (~ 1590) A Terra se move! observações detalhadas do movimento dos planetas, em particular de Marte (mas acreditava no universo geocêntrico). Johannes Kepler (1609) Nesta mesma época, Galileu começou a observar com uma luneta. Utiliza dados de Tycho Brahe. Inicialmente acredita no universo geocêntrico, mas adota a visão heliocêntrica devido à sua própria análise.
Johannes Kepler 3 leis empíricas dos movimentos planetários (entre 1609 1619): A Terra se move! (1) Os planetas se movem em elipses, com o Sol em um dos focos; (2) A linha que liga o Sol a um dado planeta varre áreas iguais em tempos iguais; (3) O quadrado da razão dos períodos de translação de 2 planetas é igual ao cubo da razão entre as distâncias dos planetas ao Sol,. Explicadas pela teoria da gravitação de Newton (1687). Créditos: Dr. Michael Gallis, Penn State Schuylkill
Rotação da Terra Norte Oeste Leste Sol Sul O dia claro e a noite são resultados do movimento de rotação da Terra em torno de seu eixo de rotação. Corresponde ao movimento aparente diurno dos astros, de leste p/ oeste. Período de rotação: tempo que leva para girar 360 graus (uma volta completa) em relação às estrelas é de 23h56m04s.
Movimento noturno aparente olhando ao Sul 20 horas 22 horas 24 horas Polo Sul celeste Sul Leste Oeste
Rotação da Terra Polo Sul celeste sentido da rotação Céline Péroux, ESO (hemisfério Sul) 4 horas de exposição Corresponde ao movimento aparente diário dos astros.
Movimento noturno aparente olhando ao Norte desde o Hemisfério Sul 24 horas 20 horas 22 horas Leão Norte Oeste Leste
Outras evidências da rotação da Terra Se a Terra não girasse teríamos a invariabilidade do plano de oscilação de um pêndulo. Plano de oscilação Força perpendicular ao plano de oscilação Na ausência de forças perpendiculares ao plano de oscilação, esse plano se mantém com direção fixa no espaço.
Outras evidências da rotação da Terra Pêndulo de Léon Foucault (1819 1868), Paris 1851 Plano de oscilação se desloca durante um dia. Se a Terra não girasse, o plano de oscilação do pêndulo permaneceria imóvel. Esta experiência não funciona no equador terrestre. Nos polos, o plano de oscilação daria uma volta completa em um dia. www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/foucault_pendulum.html www.reddit.com/r/physicsgifs/
Outras evidências da rotação da Terra Achatamento da Terra A Terra (e o Sol, os Planetas ) se comportam em grande escala como um fluido. A rotação provoca um aumento do diâmetro equatorial em relação ao diâmetro polar. Na Terra, a razão entre estes diâmetros é 0,997 (21km de diferença entre estes diâmetros).
Translação da Terra em torno do Sol Eclíptica Sol Plano da eclíptica Plano da Eclíptica 23,5º Eixo de rotação Afélio Periélio
Ofiúco Translação da Terra Scorpius 24/03/2022 25/03/2022 26/03/2022 Lua Escorpião Ofiúco Escorpião Ofiúco Escorpião Ofiúco 27/03/2022 Escorpião Lua Eclíptica Sagitário Eclíptica Sagitário Eclíptica Sagitário Lua Eclíptica Sagitário Aquila Aquila Aquila Aquila Lua Marte Vênus Capricórnio Saturno Marte Vênus Capricórnio Saturno Marte Vênus Capricórnio Saturno Marte Vênus Capricórnio Saturno Pégasso Aquário Pégasso Aquário Pégasso Aquário Pégasso Aquário Peixes Leste Júpiter Mercúrio Peixes Leste Júpiter Mercúrio Imagens feitas para o mesmo horário (5h) em 4 dias consecutivos. As estrelas nascem ~4 min mais cedo cada dia (repare nas constelações próximas do horizonte e da borda superior da imagem). Peixes Leste Júpiter Mercúrio Leste Peixes Júpiter Mercúrio
Translação da Terra Movimento aparente do Sol entre fevereiro e maio. www.astro.iag.usp.br/~gastao/anima/mov/sol_ecliptica.mp4 Movimento aparente do Sol ao longo da eclíptica. (note que há outros astros em movimento em relação às estrelas).
Translação da Terra +40 +30 +20 +10 0-10 -20-30 -40 Perseus junho Touro 4h maio Outono Verão Primavera Inverno Áries Peixes 2h abril março Aquário Pegasus fevereiro Capricórnio Via Láctea Aquila janeiro Sagitário Hercules Ophiuchus dezembro Bootes Libra Escorpião Virgo novembro outubro Leo setembro Gemeos Cancer agosto julho Via Láctea Cão Maior 0h 22h 20h 18h 16h 14h 12h 10h 8h 6h Movimento aparente do Sol ao longo da eclíptica: 12 Constelações do zodíaco e Ophiuchus (ou Ofiúco).
Translação da Terra www.astro.iag.usp.br/~gastao/anima/mov/movimentoterra_ecliptica.mp4 Movimento da Terra visto do Sol Composição de 2 movimentos: Rotação em torno de si própria => DIA Translação ao redor do Sol => ANO
Ponto Vernal ( γ ): intersecção da Eclíptica com o Equador Celeste no início do outono no hemisfério sul PN Meridiano principal Polo norte celeste M Equador celeste Eclíptica Movimento anual aparente do Sol Polo sul celeste solstício γ Equador equinócio
Translação da Terra: Ano Ano trópico: 365d 5h 48m 45s em relação às estações do ano (ponto vernal) Ano sideral: 365d 6h 9m 10s em relação às estrelas Diferença vem do movimento do ponto vernal: Precessão
Precessão do equinócio precessão rotação Precessão é causada por uma força externa (torque) em um corpo em rotação. O eixo de rotação gira em torno do eixo de precessão Na Terra atuam forças externas, principalmente do Sol e da Lua
Precessão do equinócio Precessão é causada por uma força externa (torque) em um corpo em rotação. O eixo de rotação gira em torno do eixo de precessão www.astro.iag.usp.br/~gastao/anima/mov/precessaoterra_piao.mp4 Na Terra atuam forças externas, principalmente do Sol e da Lua
Precessão do equinócio hemisfério Sul O eixo de rotação da Terra percorre um círculo em ~ 26000 anos. Efeito descoberto por Hiparco em ~ 140 a.c.
Precessão do equinócio hemisfério Norte Hoje, o eixo da Terra aponta quase diretamente para a Estrela Polar; Daqui ~ 12 mil anos, apontará para a estrela Vega.
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Translação da Terra: Ano Ano trópico: 365d 5h 48m 45s em relação às estações do ano (ponto vernal) Ano sideral: 365d 6h 9m 10s em relação às estrelas Diferença vem do movimento do ponto vernal: Precessão
Nutação precessão Causado pela ação do Sol e, principalmente, da Lua; Pequena amplitude (segundos de arco) e período de ~ 18,6 anos; Descoberto em 1747 por James Bradley.
Principais movimentos da Terra Rotação dia (24h) Translação em torno do Sol ano (365,25 dias) Precessão do eixo precessão do equinócio (26 mil anos) Nutação oscilação do eixo de rotação (18,6 anos)
Motivo das Estações Sol Verão Inverno Sol Inverno Inclinação do eixo de rotação. Sol Primavera ou Outono Verão A distância Terra Sol não é responsável pelas estações do ano. Outono ou Primavera
Equador e Trópicos Solstício de Verão no Hemisfério Sul
Estações do ano Em um ano o eixo da Terra é praticamente imóvel O principal efeito da variação da distância Terra Sol (órbita elíptica) é que as estações do ano não têm todas exatamente a mesma duração (hemisfério Sul)
Estações do ano solstício de inverno ponto vernal equinócio de primavera equinócio de outono solstício de verão No hemisfério norte os nomes são trocados: verão <=> inverno; primavera <=> outono (hemisfério Sul)