Universidade Federal do ABCEnsino de Astronomia UFABC

Michelle Rosae-mail: rosa-michelle@outlook.com

Aula n°5:

Sistema solar:

Terra, Lua e Sol

Diâmetro equatorial: 12 756 Km Diâmetro polar: 12 713 Km Volume: 1.083.000.000.000 Km³ Massa: 6.000.000.000.000.000.000.000.000 Kg

Forma e Dimensões da Terra

EXISTEM MAIS DE 30 MILHÕES DE ESPÉCIES

A Terra é o terceiro planeta mais próximo do Sol, o mais denso; e o quinto maior dos oito planetas do Sistema

Solar.

Planeta Água?

1 – Toda água ( esfera sobreo Estados Unidos Ocidentalaprox. 1384 km de diâmetro)

2 – Toda água líquida fresca em lençóis freáticos, lagos, pântanos e rios ( esfera sobre o Kentucky, aprox. 272 km de diâmetro)

3 – Toda água de lagos e rios de água doce ( esfera sobre a Georgia, aprox. 56 km de diâmetro)

Atmosfera Terrestre

• A temperatura média do planeta é de 15°C, graças ao efeito estufa. Isso nos garante água nos 3 estados.

• No planeta Terra temos diversos habitats, para se ter uma ideia, a maior temperatura registrada na terra é de 58°C em El Azizia, na Líbia; e a menor -82,9°C, na estação de Vostók, Antártida.

A vida na Terra

• A gravidade é uma força com que um astro atrai as coisas para seu centro. Assim, essa força influencia na disposição dos materiais, organizando-os por sua densidade.

Estrutura da Terra

• Além da gravidade, outras forças atuam no centro da Terra, como a pressão, o que influencia na superfície terrestre causando terremotos, vulcões e formações geológicas como cadeias de montanhas e fissuras, e até para a formação do campo magnético.

Estrutura da Terra

Campo Magnético

• O campo magnético nos protege da radiação do universo e principalmente dos ventos solares.

• Existe uma anomalia magnética que está centralizada em Santa Catarina, a Anomalia Magnética do Atlântico Sul

Aurora Boreal: Polo norteAurora Austral: Polo Sul

• A Terra, assim como os demais planetas do sistema solar, está em constante movimento.

• Seus movimentos fazem com que ocorram o dia e a noite, e determinam as estações do ano.

• Este fato causa consequências diretas à vida na Terra.

Movimentos da Terra

Rotação

• Movimento que a terra faz em torno de seu próprio eixo.

• Uma volta completa leva um dia.

• Com o passar das horas os astros no céu nascem no leste e se põem no Oeste, isso é o reflexo do movimento de rotação da Terra, que gira do Oeste para o Leste

Rotação

Se pudéssemos observar os astros durante o dia e a noite, veríamos que alguns nunca se põem, e que eles descrevem uma circunferência no sentido horário no céu. Estes astros são chamados circumpolares.

Rotação

O dia sideral é o tempo que decorre entre duas passagens sucessivas do ponto vernal no meridiano do lugar, i.e., o tempo desde que uma estrela está numa posição, dá a volta toda à esfera celeste, e volta a estar na posição anterior. Isto demora 23:56h. Decorre do movimento de rotação.

Dia Solar x Dia Sideral

Do mesmo modo, o dia solar é medido entre duas passagens sucessivas do Sol nesse mesmo meridiano e dura 24h00. A diferença entre o tempo do dia solar e do sideral deve-se ao fato de que, ao longo do período que a terra realiza a rotação, o planeta continua o seu movimento em volta do sol –translação -, movendo-se cerca de 1 grau.

Translação ou Revolução

ÓrbitasLei da Gravitação Universal de Newton: "Dois corpos atraem-secom força proporcional às suas massas e inversamenteproporcional ao quadrado da distância que separa seus centrosde gravidade."

A primeira lei de Newton queconhecemos como o princípio dainércia, nos mostra que um corpoparado tende a permanecer paradodevido as forças que atuam sobre ele, eum corpo em movimento tende apermanecer em movimento, senenhuma força estiver atuando sobreele.

• Ao mesmo tempo em que realiza a rotação, a Terra, faz o movimento de translação.

• O movimento é contínuo em torno do sol, e descreve uma órbita elíptica.

• Uma volta completa é feita em 365 dias, 5 horas e 48 minutos.

• Devido essas “6h a mais”, a cada 4 anos temos um ano bissexto, ou seja, um ano com 1 dia a mais. Fazemos isso para “ajustar” nosso calendário com a translação da Terra.

Translação

Eclíptica

A eclíptica é a projeção sobre a esfera celeste da trajetóriaaparente do Sol observada a partir da Terra.

TranslaçãoA consequência mais importante da translação da Terra em torno doSol, aliada à inclinação do eixo da Terra em relação ao eixo da eclíptica(23,5°), é que, ao longo do ano, os raios solares incidem comintensidades diferentes sobre um determinado local. Isso origina asgrandes zonas climáticas (quentes, temperadas e frias) e a sucessãodas estações (primavera, verão, outono e inverno).

As estações ocorrem de maneira invertida nos doishemisférios: por exemplo, quando em um é verão, no outro éinverno (e vice-versa). As mudanças de temperatura ficam cadavez mais nítidas quanto mais nos aproximamos dos polos.

Translação

Translação• A eclíptica é inclinada (por 23,5°) em relação ao equador celeste.

Por causa disso, o Sol fica no hemisfério sul de ~23/9 a ~20/3, e nonorte na outra metade do ano.

• Por isto, de março a setembro ele passa mais alto no céu nohemisfério sul, causando estações mais quentes (primavera everão) e dias mais longos, e o oposto no hemisfério norte (Solbaixo, estações frias, dias curtos).

O momento de posição mais austral do Sol, em torno de21/12, é chamado solstício de verão no hemisfério sul, esolstício de inverno no norte. O oposto vale para ~21/06,dia da posição mais pro norte. O Sol cruza o equadorceleste nos equinócios, ~20/03 e ~23/09, quando dia enoite têm a mesma duração na Terra inteira (tirando ospolos), isto explica o nome equinócios.

Translação

A região do Equador recebeao longo de todo o ano umaquantidade de radiação solarquase constante, por issotodas as estações são muitoparecidas e em todos os diasdo ano o Sol fica 12 horasacima do horizonte e 12 horasabaixo do horizonte; a únicadiferença é a máxima alturaque ele atinge.

• A duração dos dias e noites varia com a época do ano e com alatitude: Do lado voltado pro Sol, os dias são mais compridos, emais perto dos polos, ainda mais compridos.

• Nos polos ocorre o dia polar, respectivamente a noite polar (oSol não se põe, e não nasce).

• Anoitecer e amanhecer duram mais tempo perto dos polos.

Translação

Lua

• A Lua é o único satélite natural da Terra e o quinto maior do Sistema Solar

https://www.youtube.com/watch?v=DMdhQsHbWTs

Diâmetro equatorial: 3474,8 KmVolume: 22.000.000.000 Km³Massa: 74.000.000.000.000.000.000.000 Kg

Assim como os outros planetas e satélites, a Lua apresenta umaórbita elíptica.

Afélio: 405.700 KmPeriélio: 363.100 km

• Apogeu: ponto mais distante da órbita da Lua.

• Perigeu: ponto mais próximo da órbita da Lua.

Lua

À medida que a Lua viaja ao redor da Terra ao longo domês, ela passa por um ciclo de fases, durante o qual suaforma parece variar gradualmente. O ciclo completo dura29 dias 12 horas, 44 segundos e 2,9 segundos

As fases da Lua

Acredita-se que o grego Anaxágoras (˜ 430 a.C.), já conhecia sua causa, eAristóteles (384 - 322 a.C.) registrou a explicação correta do fenômeno: asfases da Lua resultam do fato de que ela não é um corpo luminoso, e simum corpo iluminado pela luz do Sol.

As fases da Lua

A face iluminada da Lua é aquelaque está voltada para o Sol.

A fase da Lua representa o quantodessa face iluminada pelo Sol estávoltada também para a Terra.

Tradicionalmente apenas as quatrofases mais características do ciclo -Lua Nova, Quarto-Crescente, LuaCheia e Quarto-Minguante -recebem nomes.

A fase da Lua é definida em termosdo número de dias decorridosdesde a Lua Nova (de 0 a 29,5) eem termos da fração iluminada daface visível (0 a 100%).

Lua Nova

A Lua Nova acontece quando a face visívelda Lua não recebe luz do Sol, pois os doisastros estão na mesma direção. Nessa fase,a Lua está no céu durante o dia, nascendoaproximadamente às 06h00 e se pondoaproximadamente junto com o Sol às 18h00.

Durante os dias subsequentes, a Lua vai ficando cada vez mais a lestedo Sol e, portanto, a face visível vai ficando crescentemente maisiluminada a partir da borda que aponta para o oeste, até queaproximadamente 1 semana depois temos o Quarto-Crescente, com50% da face iluminada.

Somente nessa fase ocorrem eclipses solares.

Lua Quarto-Crescente

A Lua tem a forma de um semi-círculocom a parte iluminada voltada para ooeste. Lua e Sol, vistos da Terra, estãoseparados de aproximadamente 90°.

A Lua nasce aproximadamente aomeio-dia e se põe aproximadamente àmeia-noite.

Após esse dia, a fração iluminada da face visível continua a crescer pelo lado voltado para o oeste, até que atinge a fase Cheia.

Lua Cheia

Na fase cheia 100% da face visível estáiluminada. A Lua está no céu durantetoda a noite, nasce aproximadamenteàs 18h00 quando o Sol se põe, e se põeno nascer do Sol, aproximadamente às06h00. Lua e Sol, vistos da Terra, estãoeem direções opostas, separados de aproximadamente 180°, ou12h.Nos dias subsequentes a porção da face iluminada passa a ficarcada vez menor à medida que a Lua fica cada vez mais a oeste doSol; o disco lunar vai dia a dia perdendo um pedaço maior da suaborda voltada para o oeste. Aproximadamente 7 dias depois, afração iluminada já se reduziu a 50%, e temos o Quarto-Minguante.Somente nessa fase ocorrem eclipses lunares.

Lua Quarto-Minguante

A Lua está aproximadamente90° a oeste do Sol, e tem aforma de um semi-círculo coma parte iluminada voltada parao leste.

A Lua nasce aproximadamente à meia-noite e se põeaproximadamente ao meio-dia. Nos dias subsequentes a Luacontinua a minguar, até atingir o dia 0 do novo ciclo.

https://pt.khanacademy.org/partner-content/nasa/measuringuniverse/spacemath1/p/animate-phases-of-the-moon

The Dark Side of the Moon

The lunar farside as never seenbefore! LROC WAC orthographicprojection centered at 180°longitude, 0° latitude. Credit: NASA/Goddard/Arizona StateUniversity. - 2011

O Lado oculto da Lua

A duração do período de rotação daLua é igual ao do período de translação(27,3 dias) e, consequentemente, a Luatem uma face sempre voltada para aTerra e outra que não é visível do nossoplaneta: a face oculta da Lua.

A imagem ao lado foi tirada pela sonda de reconhecimento lunar da NASA em 2011, mas

a primeira observação por satélite ocorreu em 1959.

Rotação e translação demoram o mesmo tempo para seremcompletadas, porque, ao longo de bilhões de anos, a interaçãogravitacional entre a Terra e a Lua forçou essa sincronização. É ochamado acoplamento de maré.

Six orthographic views of the Moon created from the new WAC global mosaic. From upper left to lower right the central longitude is 0°, 60°, 120°, 180°, 240°, 300°. Credit: NASA/Goddard/Arizona State University.

A Lua faz uma volta de 27.32 dias, chamado mêssideral em relação às estrelas fixas. Já que, nestetempo, o Sol avança um pouco no céu, a Lua leva29,53 dias, chamado mês sinódico, para

Mês Sideral x Mês Sinódico

alcançar a mesmaposição emrelação ao Sol,que também é otempo entre duasluas cheias.

Efeito das MarésMarés são as alterações do nível das águas do mar causadaspela interferência gravitacional da Lua e do Sol (esta última commenor intensidade, devido à distância) sobre o campogravitacional da Terra.

Efeito das Marés

https://www.youtube.com/watch?v=k6Gqmkcosm0

Efeito das Marés

Por causa da rotação da Terra e da revolução da Lua, estaselevações se propagam pela superfície da Terra, causanda marésaltas a cada 12 horas e 25 minutos, e marés baixas entre as marésaltas.

As marés também acontecem com a crosta da Terra, elevando ochão por 10 cm durante maré alta.

• Quando Terra, Lua e Solestão alinhados, o Solamplifica as forças da Luasobre a Terra, causandomarés extra altas e baixas,chamadas de sizígia(alinhamento) ou vivas.

• Durante os quartoscrescente e minguante, asforças são menores, ecausam as marés dequadratura, ou mortas.

Efeito das Marés

• As marés se propagando pela Terra causam forçasde fricção, que freiam a rotação da Terra, tal quea duração de um dia aumenta por 0.0016 s cadaséculo.

• O momento angular perdido pela Terra étransferido pra Lua, aumentando a órbita desta,tal que ela se afasta da Terra por 3 a 4 cm cadaano, e a duração do mês aumenta (mas a umataxa menor que a rotação da Terra).

Efeito das Marés

• O efeito das marés é recíproco entre a Terra e a Lua. Comoa Terra possui uma massa maior que a massa da Lua, elacausa uma força de maré muito maior na mesma. É muitoprovável que a sincronização dos períodos de rotação etranslação da Lua tenham ocorrido devido a esse efeito.

• Por outro lado, isso implica que a interação entre esses doiscorpos faz com que a velocidade de rotação da Terradiminua, aumentado a duração de um dia por 0,0016s acada século, e consequentemente a distância entre a Terrae a Lua aumentam a uma taxa de 4 cm/ano por causa daconservação do momento angular.

Efeito das Marés

Efeito das Marés

Teoricamente, isto continua até que a rotação da Terra e arevolução da Lua estejam sincronizadas. A chamadaressonância dos períodos.

Naquele momento, aTerra ficará semprecom o mesmo ladovoltado pra Lua. Vistoda Terra, a Lua ficarásempre na mesmaposição no céu.

O dia e o mês durarão o mesmo tempo de 47 dias atuais.

Precessão do eixo da Terra

Outro efeito causado pelo Sol e pela Lua além das forças de maré, é omovimento de precessão do eixo da Terra, que se assemelha aomovimento de precessão de um pião.A Terra não é perfeitamente esférica, mas sim achatada nos pólos, alémdisso, o plano do equador terrestre está inclinado 23,5° com o plano daeclíptica, por causa disso, as forças gravitacionais da Lua e do Solproduzem um torque que tende a alinhar o eixo de rotação da Terracom o eixo da eclíptica, mas como

esse torque é perpendicular aomomento angular de rotação daTerra, seu efeito é mudar adireção do eixo de rotação, semalterar sua inclinação.

Precessão do eixo da TerraPor causa disso, os pólos celestes¹ não ocupam uma posição fixano céu: cada pólo celeste se move lentamente em torno dorespectivo pólo da eclíptica, descrevendo uma circunferência emtorno dele com raio de 23,5°. O tempo necessário para descreveruma volta completa é 25 770 anos.

Atualmente o Pólo Celeste Norte está nas proximidades da estrela Polar, na constelação da Ursa Menor, mas isso não será sempre assim. Daqui a cerca de 13000 anos ele estará nas proximidades da estrela Vega, na constelação de Lira.

Caminho aparente do Polo Norte celeste no céu

Polos celestes são pontos imaginários onde o eixo de rotação daTerra intercepta a esfera celeste. Polo sul celeste é a projeçãodo polo sul geográfico sobre a esfera celeste. De modocomplementar, polo norte celeste é a projeção do polo nortegeográfico sobre a esfera celeste.

Polo Celeste

Distancia média da Terra: 149.600.000 KMDiâmetro equatorial: 1.391.400 kmMassa: 1,98892 × 1030 quilogramas - 332 900 x TerraVolume: 1,412 × 1018 km3 - 1 300 000 × Terra

• O diâmetro do Sol é de cerca de 1 400 000 km. O diâmetro da Lua é aprox. 3500 km. Portanto, o diâmetro solar vale cerca de 400 vezes o diâmetro lunar. Mas o Sol também está cerca de 400 vezes mais longe de nós do que a Lua.

• Desta coincidência espantosa resulta o fato de ambos os astros, vistos da Terra, apresentarem o mesmo tamanho aparente.

Sol

Sol

O diâmetro aparente do Sol e da Lua variam ligeiramente no decorrerdo ano, em resultado da forma elíptica da órbita da Terra em relaçãoao Sol e da órbita elíptica da Lua em relação à Terra.Estas pequenas variações nas distâncias Terra-Lua e Terra-Sol vãotraduzir-se por diferenças nos diâmetros aparentes com que, da Terra,vemos a Lua (variação de 14% do seu diâmetro aparente), e o Sol(variação de 3,3%). Se um eclipse do Sol ocorrer com a Lua no apogeu

(ou quase no apogeu), ela vaiaparecer mais pequena e nãoconseguirá ocultar totalmente oSol, mesmo que (para oobservador terrestre) ela passecentrada com o Sol.

Eclipses

Um eclipse é um evento astronômico que acontece quando umobjeto celeste se move para a sombra de outro.

Os eclipses solares ocorrem quando a Lua, em seu movimento de translaçãoem torno da Terra, passa à frente do Sol e cobre a luz, projetando um conede sombra sobre a superfície terrestre.

Nos locais que ficam essa sombra observa-se o eclipse total. A seu redor,onde existe uma zona de penumbra, o disco solar é parcialmente visível.Desta forma, nessa região, observa-se um eclipse parcial. Um eclipse do Solsó é visto no mesmo local da Terra a cada 360 anos (em média).

Eclipses Solares

Um caso especial é o eclipse híbrido, um eclipse que é anelar por parte da sua duração, e total por outra parte.

Eclipse Híbrido

Condição de ocorrência de umeclipse total 'híbrido'. A trajetóriade totalidade ocorre de A para B.Em A o eclipse é anular porque oângulo aparente da Lua é menordo que do Sol. Em B, a Lua está'mais próxima' e, seu diâmetroaparente é suficiente para cobrir oSol, causando um eclipse total.

Eclipses Lunares

Os eclipses lunares ocorrem quando a Terra se posiciona entre aLua e o Sol. Nessas condições a sombra da Terra cobretotalmente a Lua que, por não ter luz própria, perde seu brilho edeixa de ser vista. Os eclipses são totais ou parciais dependendodo quanto a Lua penetra no cone de sombra produzido pelaTerra.

Os eclipses lunares são menos frequentes do que os solares, masquando ocorrem são visíveis em grandes extensões do planeta Terra.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Eclipse_lunar#/media/File:Moon_eclipse.gif

Sol

Vimos que o efeito das Marés causa um aumento dadistância entre a Terra e a Lua com o passar do tempo.Uma das consequências é que no futuro não teremosmais eclipses solares totais

• USGS – http://water.usgs.gov/edu/earthhowmuch.html

• FESPMG– http://www.fespmg.edu.br/galeria-de-imagens/apogeu-e-perigeu-da-lua

• UFRGS – https://www.if.ufrgs.br/~lang/Textos/Fases_da_Lua_bebes.pdf

– http://www.if.ufrgs.br/cref/?area=questions&id=486

– http://www.if.ufrgs.br/cref/?area=questions&id=418

• NASA – nasa.gov/sun

– Nasa.gov/moon

– https://www.nasa.gov/topics/earth/index.html

• Khan Academy– https://pt.khanacademy.org/science/physics/centripetal-force-and-gravitation/centripetal-

acceleration-tutoria/v/centripetal-force-and-acceleration-intuition

– https://pt.khanacademy.org/partner-content/nasa/measuringuniverse/spacemath1/p/animate-phases-of-the-moon

• Slides e aulas dos anos anteriores e curso de “ noções de Astrofísica e Cosmologia” por PieterWestera

Referências

1. Qual movimento da Terra causa o dia e a noite?a) Rotação

b) Translação

c) Revolução

2. Qual movimento da Terra causa a mudança de estaçõesdurante o ano?a) Rotação

b) Translação

c) Precessão do eixo da Terra

Teste

3. A lua interage com a Terra. Um dos efeitos dessa interação é:a) Efeito das Marés altas e baixa

b) Estações do Ano

c) Dias e noites

4. Sobre as estações do ano, é correto afirmar:a) Que a lua tem grande papel neste fenômeno, pois as fases

influenciam diretamente na temperatura terrestre

b) O sol é responsável pelas estações do ano, pois quando a terra estámais próxima à ele é verão e no ponto mais longe é o inverno

c) A inclinação do eixo da Terra em relação ao eixo da eclíptica, aliada arevolução da Terra são as principais causas das estações do ano.

Teste