A sucessão dos dias e das noites
Observações sucessivas da esfera celeste, feitas em certa noite, e com intervalos de uma ou duas horas, dão claramente a ideia de que o céu "rodou" de oriente para ocidente. Para além disso, é possível perceber a amplitude do arco descrito por cada estrela, bem como a sua inclinação relativamente ao horizonte do observador.
É sabido que esse movimento aparente da esfera celeste, que tem a duração de um dia - e por isso também chamado movimento diurno - é o resultado do movimento real da Terra sobre si própria, e em sentido contrário.
É evidente que todos os lugares com a mesma latitude, ou colocados sobre o mesmo meridiano, completam uma rotação ao mesmo tempo - cerca de vinte e quatro horas. No entanto, se o perímetro da Terra, no equador, é muito próximo de 40 000 km, esse valor decresce com a latitude. Por isso, é diferente a velocidade de cada observador, colocado em latitudes diferentes, sendo de 1670 km/h na região equatorial, 1305 km/h em Lisboa, e cada vez menor quanto mais para norte, pois, num mesmo tempo, o percurso descrito é menor (num local qualquer da superfície da Terra, a velocidade de um observador (devida ao movimento de rotação do nosso planeta) calcula-se facilmente (em km/s), multiplicando 1670 pelo co-seno da latitude desse local - a latitude de Lisboa é 38,71º).
As estações do ano
Se o movimento de rotação da Terra nos faz ter a sensação de serem todos os astros a girarem à nossa volta, de leste para oeste, sabe-se também que o aspecto do céu observável a uma mesma hora se vai alterando com o decorrer das semanas e dos meses. Se no fim de um dia de Outubro, por exemplo, olharmos o céu junto ao horizonte a oeste, poderemos avistar ainda as estrelas que constituem a constelação do Escorpião, já muito baixo, a sudoeste. Um mês depois, essa constelação já não será visível, em consequência de, no seu movimento aparente de oeste para leste, o Sol se ter deslocado o suficiente para que o seu brilho ofusque aquelas estrelas, fazendo mergulhar no crepúsculo aquela constelação. Na verdade o movimento anual do Sol não é um movimento real da nossa estrela, mas antes uma consequência do movimento de translação da Terra à sua volta.
O plano do equador terrestre está inclinado cerca se 23,5º (23,26º) relativamente ao plano da órbita da Terra (obliquidade da eclíptica). Por outro lado, devido à lentidão do movimento de precessão da Terra, o eixo do nosso planeta mantém praticamente a mesma orientação no espaço, no decorrer de cada translação. Devido a estas duas razões, ao longo do ano os hemisférios norte e sul da Terra são diferentemente iluminados e aquecidos pelo Sol.
Esta iluminação diferenciada dos dois hemisférios, está directamente relacionada com o maior ou menor aquecimento da superfície terrestre. De facto, a altura do sol (traduzida pela inclinação dos raios solares em relação à horizontal do lugar) é o factor mais influente no aquecimento produzido pela radiação solar em cada região: imaginando um feixe de raios solares incidindo sobre certa região, é óbvio que quando o Sol está baixo [situação (1) - figura ao lado], a radiação solar vai atravessar uma maior espessura de atmosfera e, ao chegar ao solo, distribui-se por uma maior área, produzindo assim muito menor aquecimento do que na situação (2), por exemplo, em que são bem inferiores a espessura da camada atmosférica e superfície terrestre pela qual se distribui a respectiva energia solar. De facto, a atmosfera terrestre absorve, inevitavelmente, uma parte da energia que nos chega do Sol. Esta absorção é tanto maior quanto maior for a espessura da atmosfera atravessada pela radiação solar. Como é evidente, essa espessura é mínima quando a radiação solar incide verticalmente [situação (3)] e vai sendo maior à medida que os raios solares atravessam a atmosfera mais obliquamente [situações (1) e (2)]. Portanto a inclinação dos raios solares adquire dupla importância: as diferentes inclinações fazem com que a radiação se distribua por diferentes áreas e determinam também a maior ou menor absorção atmosférica.
O tempo de permanência do Sol acima do horizonte é também importante, visto que determina a duração da exposição diária do solo à radiação solar.
Em face do que se acaba de referir, será mais fácil compreender o mecanismo das estações do ano que a seguir se apresenta
- A 20 ou 21 de Junho de cada ano, o pólo norte da Terra está o mais inclinado possível para o Sol. Nestas condições, nas regiões temperadas do hemisfério norte, a iluminação do Sol é menos obliqua (Sol a maior altura) do que nas do hemisfério sul. Por outro lado, nesta data, o Sol apresenta a máxima declinação norte (solstício de Junho).
- A 20 ou 21 de Março, os dois hemisférios terrestres são igualmente iluminados e a declinação do Sol é nula (equinócio de Março). Por esta data, o Sol, cruza o equador celeste movendo-se de sul para norte.
- A 22 ou 23 de Setembro, os dois hemisférios são igualmente iluminados e a declinação do Sol é nula (equinócio de Setembro). Por esta data, o Sol, percorrendo a eclíptica, cruza o equador celeste movendo-se de norte para sul.
- Em 20 ou 21 de Dezembro, é o pólo sul da Terra que está o mais inclinado possível para o Sol. è agora que nas regiões temperadas do hemisfério sul, a iluminação do sol é menos oblíqua que nas do hemisfério norte. O hemisfério sul, é deste modo, mais aquecido que o hemisfério norte. Nesta data o Sol apresenta a máxima declinação sul (solstício de Dezembro).
As diferentes situações que acabámos de referir marcam o início de cada estação do ano. Contudo, as estações do ano alternam-se nos dois hemisférios da terra, de acordo com o que se resume no quadro seguinte. Este quadro diz apenas respeito às chamadas regiões temperadas.
As estações do ano nos dois hemisférios da terra
Acontecimento e data | No hemisfério norte | No hemisfério sul |
equinócio de Março (20 ou 21 de Março) | início da Primavera | início do Outono |
solstício de Junho (20 ou 21 de Junho) | início do Verão | início do Inverno |
equinócio de Setembro (22 ou 23 de Setembro) | início do Outono | início da Primavera |
solstício de Dezembro (20 ou 21 de Dezembro) | início do Inverno | início do Verão |
Como é óbvio cada estação termina quando começa a estação seguinte. É ainda necessário referir que as diferentes estações do não têm igual duração. De facto, a órbita da Terra em volta do Sol é uma elipse em que a nossa estrela ocupa um dos focos. Por esta razão a distância entre o Sol e a Terra varia, durante o ano, movendo-se o nosso planeta mais rapidamente quando está mais próximo do Sol, e mais lentamente quando está mais afastado.
As linhas que ligam os pontos solsticiais e os pontos equinociais, cruzam-se perpendicularmente, mas não dividem essa elipse em quatro partes iguais. Por isso a duração das estações do ano não é igual. Assim, para um habitante da região temperada do hemisfério norte, a Primavera que começa a 20 ou 21 de Março, quando o sol atinge o ponto equinocial de Março, acaba cerca de 92 dias e 20 horas depois, no momento do solstício de Junho. Inicia-se então o Verão, a 20 ou 21 de Junho, que dura um pouco mais de 93,5 dias.
A 22 ou 23 de Setembro, começa o Outono que termina 89 dias e 19 horas (aproximadamente) depois, quando o Sol passa pelo ponto solsticial de Dezembro. Esse momento - o solstício de Dezembro - marca o inicio da estação mais curta - o Inverno - com apenas 89 dias.
Ao contrário do que muitas vezes se supõe, o Verão nada tem a ver com uma hipótese de proximidade entre a Terra e o Sol. O facto de a menor distância se verificar no Inverno, leva a concluir que esse factor não tem, praticamente, influência no clima de cada região. Na verdade, o que mais conta para o aquecimento de cada lugar é o tempo de permanência do Sol acima do horizonte e, principalmente, a altura máxima por ele atingida.
Devido à inclinação do eixo de rotação da Terra, relativamente ao plano da sua órbita, o Sol atinge, na parte norte do planeta maiores alturas na Primavera e no Verão, período em que os dias são maiores que as noites. Por isso, e apesar da distância que separa os dois astros ser superior à que se verifica noutra épocas, o aquecimento dessas regiões é consideravelmente maior.
Movimento aparente do Sol na esfera celeste
O movimento aparente do Sol, para norte e para sul do equador, no decorrer do ano, dá origem a que os observadores terrestres verifiquem o seu aparecimento em pontos diferentes do horizonte, o mesmo sucedendo quanto ao ocaso. Pela mesma razão, o tempo de permanência do Sol acima do horizonte, bem como a sua altura máxima ao cruzar o meridiano do lugar, variam de acordo com a época do ano e o local de observação.
No hemisfério norte, e nos dias dos equinócios, o Sol nasce rigorosamente a leste e põe-se rigorosamente a oeste. Nasce a sul do ponto cardeal leste, no período correspondente às estações do ano Outono e Inverno, alcançando no inicio desta última estação a menor de todas as suas alturas máximas.
A figura ao lado mostra, para as nossas latitudes, os arcos diurnos descritos pelo Sol nas datas dos solstícios e dos equinócios. Note-se que estes arcos diurnos não são igualmente interceptados pelo horizonte. No dia do solstício de Junho, a maior parte do arco diurno está acima do horizonte, contrariamente ao que acontece no dia do solstício de Dezembro. Nos dias dos equinócios, o plano do horizonte divide os arcos diurnos em partes iguais. Por esse motivo, a amplitude dos arcos diurnos, acima do horizonte, é variável sendo a mais pequena possível, no dia correspondente ao inicio do Inverno, e atingindo a maior amplitude no início do Verão.
Nos dias correspondentes aos equinócios, metade dos arcos diurnos está acima do horizonte. Como é evidente, o tempo de permanência do Sol acima do horizonte será tanto maior quanto maior for a amplitude do arco diurno que a nossa estrela descreve acima dessa linha de referência.
Em rigor, o Sol nasce exactamente a leste, no principio da Primavera e no do Outono, e a sul ou a norte desse ponto cardeal, consoante a sua declinação seja negativa ou positiva, respectivamente. Portanto, nos dias dos equinócios, os dias e as noites têm igual duração.
Dado que a declinação do Sol se altera de dia para dia, a amplitude dos arcos diurnos, acima do horizonte, vai-se também modificando. Por isso à medida que a Primavera vai decorrendo, os dias vão ficando maiores que as noites. No dia do solstício de Verão, ocorre o dia mais longo e a noite mais curta.
Depois, os dias vão diminuindo e as noites aumentando, igualando-se as suas durações no dia do equinócio do Outono, como já foi referido. Após este último equinócio as noites tornam gradualmente menores que os dias. No solstício de Inverno ocorre (na região temperada do norte), o dia mais curto e a noite mais longa do ano. Portanto, na Primavera e no Verão, o Sol eleva-se mais alto sobre o horizonte e aquece o solo durante mais tempo. Embora no dia do solstício de Verão esses factores sejam máximos, não é nessa altura que se alcançam as temperaturas mais elevadas do ano. É devido à acumulação de calor recebido, comparativamente com o calor que a Terra reflecte para o espaço, que se vai produzindo o aquecimento do nosso planeta. Por isso há um atraso de várias semanas entre o solstício de Verão e os dias mais quentes do ano. O mesmo se pode dizer relativamente ao solstício do Inverno, no que diz respeito às baixas temperaturas.
