A Terra e seus movimentos

A TERRA NO SISTEMA SOLAR 

Há muito tempo, o ser humano vem observando o céu, seus incontáveis pontos brilhantes e tantos outros astros. Um astro é qualquer tipo de corpo celeste, como uma estrela, um cometa, um planeta. 

A Terra é um planeta localizado no Sistema Solar, um dos muitos sistemas planetários existentes no Universo. 

O Sistema Solar, conjunto de corpos celestes que orbitam o Sol – isto é, que se movimentam ao redor do Sol –, é composto de oito planetas: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. 

Todos os planetas do Sistema Solar realizam movimentos, assim como a Terra. Um desses movimentos é o que a Terra faz ao redor do Sol; outro movimento, é o que a Terra faz em torno do próprio eixo imaginário.

Movimento da Terra e a marcação do tempo

A espécie humana, como a conhecemos atualmente, surgiu há pelo menos 200 mil anos. Desde então, a humanidade passou por transformações e desenvolveu ferramentas e técnicas para otimizar a busca por alimentos e a sobrevivência. Por exemplo, a linguagem humana pode ter se desenvolvido há cerca de 70 mil anos, o que facilitou a comunicação e a vida em comunidade.

Medir a passagem do tempo foi uma das habilidades essenciais para a sobrevivência das primeiras comunidades humanas. Ao saírem para caçar e coletar comida, era muito importante que os membros dessas comunidades tivessem certa noção de quanto tempo ainda restava até o anoitecer; assim, evitavam voltar aos abrigos ao cair da noite, quando havia maior presença de predadores.

Atualmente, podemos prever o início da noite consultando um relógio. Mas você sabe como nossos antepassados faziam isso? Uma das principais formas de registrar a passagem do tempo, e que foi utilizada por diferentes civilizações, é a observação da sucessão dos dias e das noites.

Todos os dias, desde o nascer até o pôr do sol, temos a impressão de que o Sol se move no céu. Muito embora tenhamos a percepção de que o Sol se move no céu ao longo do dia, esse movimento é apenas aparente para um observador na Terra. Vista do espaço, é a Terra que está em movimento em torno do Sol.

O terceiro planeta 

Além de revelar o formato da Terra, imagens obtidas no espaço podem trazer informações sobre as mudanças atmosféricas. As previsões do tempo são feitas com base na análise de dados gerados por satélites colocados em órbita especialmente para esse fim. A luz e o calor solar influenciam as condições meteorológicas de cada lugar em diferentes épocas do ano. 

Existem períodos do ano em que os dias claros têm maior duração do que as noites. Em outras épocas acontece o contrário. Além disso, há locais em que as noites e os dias claros têm duração parecida na maior parte do ano e, ainda, lugares em que tanto os dias claros quanto as noites podem durar muitas semanas.

Os movimentos de rotação e translação ou revolução em torno do Sol nos permitem compreender a razão dessas diferenças de duração em todo o planeta. Conhecendo melhor as durações dos dias, vamos aprender a construir um relógio de sol.

A expressão “terceiro planeta” substitui o nome da Terra, principalmente quando falamos do Sistema Solar. A Terra é o terceiro de um conjunto de oito planetas que giram em torno do Sol. Poderíamos chamá-la de planeta azul e até mesmo de “lar” ou “casa”, num sentido mais amplo. Porém, nem sempre foi assim. Os conceitos de “planeta” e de “Sistema Solar”, entre outros, foram construídos com base em muitas suposições, hipóteses, pesquisas, reflexões e debates de ideias ao longo da História.

Estamos acostumados a ver lançamentos de foguetes transportando satélites e seres humanos para orbitar o nosso planeta. Muitos desses satélites artificiais foram enviados para fora da Terra com finalidades específicas: alguns para serem usados em telecomunicações; outros para monitorar ambientes como a Amazônia; existem ainda aqueles que ajudam a prever as condições meteorológicas, coletando dados e informações essenciais para a agricultura ou que têm impacto sobre a vida cotidiana das pessoas. 

Atualmente, existem empresas privadas que comercializam o lançamento de satélites para telecomunicações e para internet. Trata-se de um negócio bastante lucrativo. 

Além disso, também são comercializados pacotes turísticos de alto luxo para levar poucas pessoas em voos que chegam aos limites de nossa atmosfera (voos suborbitais) ou que realizam algumas voltas em torno do planeta Terra. 

Geoide 

A palavra “geoide” deriva do prefixo geo-, que está relacionado com a Terra. As palavras “geologia” (ciência que estuda a origem, história e estrutura da Terra), “geografia” (ciência que trata da descrição da Terra e do estudo dos fenômenos físicos, biológicos e humanos que nela ocorrem), “geostático” (Terra parada), “geocêntrico” (Terra no centro) e “georreferenciamento” (usar satélites para se localizar na Terra) são apenas alguns exemplos do uso do prefixo geo- para referir-se à Terra. 

Assim, geoide é todo corpo que tem formato semelhante ao da Terra. Os cientistas chegaram à forma geoide da Terra ao estudar as pequenas grandezas físicas ligadas à gravidade terrestre ao longo de toda a sua superfície. 

A gravidade é uma propriedade complexa, que, a princípio, se relaciona com uma força de atração que depende da massa dos corpos. Por exemplo, a Lua e a Terra se atraem e isso é o que faz a Lua girar em torno da Terra. Os satélites artificiais, dos quais falamos há pouco, também são atraídos pela Terra.  Fazer essas medições não é fácil, mas é assim que os cientistas definem a forma do planeta. Foi dessa maneira que se chegou ao formato geoide. 

Porém, nem sempre foi assim... Estudos científicos sobre o formato da Terra continuam sendo desenvolvidos nos tempos atuais, mas a preocupação com o formato e a localização da Terra existe desde a Antiguidade. 

Em outras palavras, os chineses, os sumérios e, posteriormente, os gregos e os romanos daquela época já discutiam esse tema e tinham suas concepções a respeito do formato de nosso planeta.

Os movimentos da Terra

Desde a ampla aceitação do modelo heliocêntrico, no século XVII, pesquisadores e cientistas passaram a admitir que a Terra realiza diversos movimentos que, muitas vezes, nós nem percebemos. Entre os movimentos da Terra, há dois principais que afetam diretamente nosso cotidiano e são responsáveis pela sucessão dos dias e das noites e pela mudança das estações ao longo do ano: a rotação e a translação.

Rotação

No movimento de rotação, a Terra gira em torno do próprio eixo no sentido da direção oeste para a direção leste. O eixo de rotação da Terra é uma linha imaginária que a atravessa do polo norte até o polo sul do planeta e é perpendicular a um plano formado por outra linha imaginária, o equador.

Uma volta completa da Terra em torno de seu eixo dura 23 horas, 56 minutos e 4 segundos, caracterizando o que chamamos dia terrestre. Na prática, arredondamos a duração do dia terrestre para 24 horas.

Dessas 24 horas, cada região do planeta pode permanecer iluminada pelo Sol durante 12 horas, em média. Nesse período, a posição aparente do Sol no céu vai sendo alterada da direção leste para a direção oeste, de forma que as sombras são projetadas da direção oeste para a direção leste no decorrer do dia.

Esse movimento giratório faz que as regiões da Terra iluminadas pelo Sol se alternem: quando uma região está iluminada pela luz solar, dizemos que é dia; na região oposta, não iluminada, dizemos que é noite.

O eixo de rotação da Terra é inclinado em relação ao plano que contém a órbita da Terra ao redor do Sol. Isso significa que o ângulo com que os raios solares chegam à superfície da Terra varia ao longo do ano.

A inclinação do eixo imaginário terrestre 

A duração dos períodos claros e escuros varia de acordo com a região do globo terrestre e também ao longo do ano. Isso se relaciona a outra característica terrestre: o eixo de rotação da Terra é inclinado em relação ao plano orbital terrestre. 

Dessa forma, a linha do Equador não está alinhada a esse plano e a quantidade de luz solar que atinge cada hemisfério varia ao longo do ano.

Translação

Além de girar ao redor de si, a Terra percorre uma trajetória ao redor do Sol. Ela completa uma volta ao redor do Sol em aproximadamente 365 dias e esse tempo foi definido, por tradição, como sendo a duração de um ano.

Na translação, a Terra percorre uma trajetória elíptica aproximadamente circular ao redor do Sol. Essa trajetória é chamada órbita.

Desde a Antiguidade, o Universo desperta a curiosidade do ser humano. O desejo de compreendê-lo motivou o ser humano a elaborar diferentes explicações sobre o movimento observado dos astros. Uma delas foi o geocentrismo (do grego geo = Terra). De acordo com o modelo geocêntrico, a Terra estaria no centro do Universo e os outros astros (inclusive o Sol) se moveriam ao redor dela. Alguns defensores dessa ideia foram Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.), na Grécia Antiga, e o astrônomo grego Ptolomeu (cerca de 100 d.C.-170 d.C.), no século II d.C. 

Já de acordo com o heliocentrismo (do grego helios = Sol) a Terra e os demais planetas é que giravam ao redor do Sol, que ocupava o centro do Universo. O estudioso grego Aristarco (310 a.C-230 a.C) e o matemático e astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543) defenderam essa ideia. 

A trajetória da Terra em torno do Sol também é chamada de órbita e é apenas um pouco mais oval do que uma circunferência, formando uma figura geométrica chamada elipse. A órbita da Terra é uma elipse tão sutil que é quase uma circunferência.

A ocorrência das estações do ano – primavera, verão, outono e inverno – é resultado da translação da Terra combinada com a inclinação de seu eixo de rotação. Em uma mesma época do ano (ou seja, para uma mesma posição da Terra em sua trajetória ao redor do Sol), a estação que se apresenta no hemisfério norte é diferente daquela que se apresenta no hemisfério sul. Isso porque a iluminação dos raios solares chega de maneira diferente em cada uma das regiões do planeta, especialmente devido à inclinação do eixo de rotação da Terra.

Quatro momentos muito importantes dessa trajetória são os equinócios e os solstícios. No solstício de junho, a incidência de raios solares é máxima no hemisfério norte e mínima no hemisfério sul. Já no solstício de dezembro, ocorre o contrário: a incidência é máxima no hemisfério sul e mínima no hemisfério norte. Os equinócios de março e setembro correspondem ao momento em que a incidência de raios é equivalente para os hemisférios sul e norte.

A combinação da translação da Terra com a inclinação do planeta em relação ao plano da órbita faz com que a luz do Sol ilumine os hemisférios norte e sul de modo diferente em momentos diferentes do ano.

Em 20 ou 21 de junho temos o início do inverno no hemisfério sul e o início do verão no hemisfério norte. Chamamos esse evento de solstício de verão ou inverno, dependendo do hemisfério em que se está. No solstício de verão, o dia é o mais longo da estação, enquanto no solstício de inverno a noite é a mais longa da estação.

Em 21 ou 22 de dezembro acontece o solstício de verão no hemisfério sul e o de inverno no hemisfério norte.

Já em 22 ou 23 de setembro, ambos os hemisférios da Terra são iluminados da mesma forma. Nessa ocasião, os dias e as noites têm a mesma duração: 12 horas. Temos o início da primavera no hemisfério sul e o início do outono no hemisfério norte. Esse evento é chamado de equinócio de primavera ou de outono, dependendo do hemisfério em que se está.

O outro equinócio acontece em 20 ou 21 de março: é o início do outono no hemisfério sul e o início da primavera no hemisfério norte.

Portanto, a rotação é responsável pela sucessão de dias e noites, e a translação, somada à inclinação do eixo de rotação da Terra, é responsável pela existência das diferentes estações do ano.

Como consequência da inclinação do eixo terrestre, que provoca a iluminação desigual dos hemisférios da Terra em momentos diferentes do ano, podemos observar que o Sol não nasce sempre no mesmo ponto do horizonte.

A Terra e o Sol

A expressão “nascer do sol” corresponde ao momento em que o Sol aparece no horizonte, na direção leste. O nascer do sol ocorre todos os dias, e esse período é também conhecido por alvorada. O pôr do sol também acontece todos os dias e pode ser chamado de crepúsculo. Ele ocorre na direção oeste. A duração do dia, assim como a da noite, varia ao longo do ano, com momentos específicos em que essa variação pode ser bastante acentua da. No hemisfério sul, o solstício de dezembro, que marca o começo do verão, corresponde ao dia mais longo do ano e à noite mais curta. Já no solstício de junho, quando começa o inverno, temos a noite mais longa do ano e o dia mais curto.

Chamamos a posição do nascer do sol nos equinócios de primavera e outo no de ponto cardeal leste. A partir desse ponto, podemos determinar os pontos cardeais norte, sul e oeste.

Ao longo da história, diferentes civilizações criaram observatórios astronômicos, construções destinadas, principalmente, a prever com precisão datas como equinócios e solstícios e a facilitar a determinação dos pontos cardeais.

Como exemplo desse tipo de construção, podemos citar o observatório mais antigo encontrado nas Américas, o Chankillo (Templo das 13 Torres), que foi construído há mais de 2 mil anos e fica localizado em Casma, no Peru.

É importante ressaltar que uma mesma es tação do ano pode não ter as mesmas características, se considerarmos lugares diferentes da Terra. O clima local depende de uma série de fatores, como a distância em relação ao mar, a disponibilidade de água, a latitude e a altitude. Além disso, quanto mais próximo da região equatorial, menor é a variação da duração da noite e do dia ao longo das estações.

Latitude: coordenada que informa o quão longe um ponto está da linha do equador.

Altitude: altura de um local em relação ao nível do mar.

As sombras formadas pelo Sol na Terra

Com o objetivo de compreender a regularidade de fenômenos astronômicos, muitas civilizações antigas fizeram construções que permitiam observar a posição de determinados astros no céu, principal mente o Sol e a Lua. Muitos desses locais, chamados atualmente observatórios astronômicos, são constituídos de blocos de pedras posicionados de maneira que marquem a posição de alguns astros em épocas específicas.

O primeiro observatório astronômico de que se tem registro foi construído há mais de 7 mil anos no Egito, em uma região chamada Nabta Playa. Nesse observatório, as pedras são alinhadas de modo a permitir marcar o que hoje chamamos solstício de verão. Essa data era importante para os povos da região porque correspondia ao início da estação das chuvas.

Círculo de blocos de pedras em Nabta Playa (Egito). Considerado o primeiro observatório astronômico da história, foi construído há mais de 7 mil anos.

A formação de sombras

Sombra é uma região do espaço que não recebe luz direta de uma fonte porque um corpo opaco bloqueia a passagem dessa luz. No caso dos relógios de sol e dos monumentos de blocos de pedras, como o de Nabta Playa, a fonte de luz é o Sol. Quando a luz do Sol incide nos blocos de pedras, eles impedem sua passagem e formam sombras.

Os aspectos da sombra de um corpo, como seu comprimento e direção, dependem do formato do corpo e da posição da fonte de luz em relação a ele. Podemos perceber isso em um teatro de sombras com as mãos: a fonte de luz pode ser uma lanterna, e a sombra projetada na parede varia de acordo com a disposição das mãos.

O Sol é a principal fonte de luz da Terra. Como todas as estrelas, o Sol tem for mato esférico, mas ele está tão distante da Terra (aproximadamente 150 milhões de quilômetros) que percebemos os raios solares como paralelos.

Gnômon e suas aplicações

O gnômon é um dos mais antigos instrumentos astronômicos construídos pelo ser humano. Esse instrumento possibilitou às antigas civilizações fazer a observação indireta do movimento aparente do Sol por meio da projeção das sombras no chão.

O gnômon é uma haste vertical fincada em uma superfície horizontal plana e exposta à luz solar. Um aparato simples como esse pode nos ajudar a marcar as horas do dia e a investigar os movimentos da Terra. Isso porque, durante o dia e ao longo do ano, o movimento aparente do Sol no céu provoca mudanças no comprimento e na direção da sombra projetada pelo gnômon.

A observação das mudanças de posição e comprimento das sombras ao longo do dia permite medir a passagem do tempo com mais precisão do que simplesmente saber que o dia começou com o nascer do sol e que ele acabará com o pôr do sol. Por esse motivo, o gnômon é uma ferramenta que permitiu a construção de um dos primeiros relógios usados por nossos antepassados – o relógio de sol.

Relógios de sol

A técnica de construir relógios de sol é chamada gnomônica. A haste que usamos na atividade anterior para a determinação das direções dos pontos cardeais recebe o nome de gnômon. Neles, a projeção da sombra de um objeto posicionado verticalmente em uma superfície permite aferir as horas do período iluminado do dia. Vamos entender o princípio desses relógios e os fatores que podem influenciar o funcionamento deles. Ao amanhecer, a sombra é mais comprida e vai diminuindo até atingir o seu menor comprimento ao meio-dia, quando o Sol está em sua posição mais alta no céu. Em seguida, a sombra volta a aumentar. A direção da sombra também muda de acordo com o movimento aparente do Sol.

Como já vimos, o movimento aparente do Sol no céu é resultado da rotação da Terra em torno de seu eixo imaginário. Portanto, as mudanças na sombra do gnômon ao longo de um dia são evidências do movimento de rotação da Terra.

Relógio de sol na Igreja Matriz de Santo Antônio, no município de Tiradentes (MG), 2019. O relógio marca aproximadamente 10 horas e 30 minutos.

Diferentes escalas de tempo 

Sabemos que a rotação da Terra define a duração do dia em 24 horas, enquanto a translação define a duração do ano em 365 dias. Mas, entre um dia e um ano, temos outra medida importante – os meses. De janeiro até dezembro, o ano é dividido em doze meses. A divisão do tempo em dias, semanas e meses é registrada em calendários. 

Os primeiros calendários usados pela humanidade datam de, aproximadamente, 2700 a.C. e surgiram na Mesopotâmia, em um território onde hoje estão localizados os países Síria, Ira que e Irã. Tais calendários já contavam com uma divisão em doze meses. Na mesma época, os chineses também desenvolveram seu próprio calendário, que é usado até hoje e cujo ano-novo não coincide com o início do ano do calendário que adotamos no Brasil. 

Enquanto aqui o fim do ano ocorre em 31 de dezembro, na China o ano-novo é marcado pela lua nova que ocorre entre 21 de janeiro e 20 de fevereiro. Além disso, o calendário chinês é organizado em ciclos de doze anos, e cada ano desse período é relacionado a um animal: rato, boi, tigre, coelho, dragão, serpente, cavalo, carneiro, macaco, galo, cachorro e porco.

O calendário que adotamos atualmente é chamado gregoriano e foi instituído em 1582 pelo papa Gregório XIII (1502-1585). Esse calendário deriva de uma antiga versão romana na qual o ano era dividido em dez meses. O nono e o décimo meses eram chamados, respectivamente, de novembro e dezembro. A esse calendário foram adicionados dois meses, incluídos no início do ano (janeiro e fevereiro). 

O período real de translação da Terra ao redor do Sol é de 365 dias, 6 horas e 8 minutos. Para corrigir as 6 horas e 8 minutos adicionais a cada ano, no calendário gregoriano, temos o acréscimo de 1 dia a cada 4 anos, formando o chamado ano bissexto. O mês escolhido para contemplar essa correção é o mês de fevereiro. 

Os povos indígenas brasileiros marcam o tempo geralmente com base na observação do movimento aparente das constelações e de diferentes eventos ambientais e sociais, o que pode ser considerado um calendário baseado em um ciclo anual. 

Solstícios e equinócios

Os dois pontos extremos, de máximo distanciamento para o Hemisfério Sul ou para o Hemisfério Norte, são chamados de solstícios. Nesses dias, o Sol também nasce e se põe muito próximo aos pontos de maior afastamento em relação aos pontos cardeais leste e oeste, respectivamente. 

A palavra “solstício” nasce da junção de duas palavras latinas, sol (Sol) e statis (parado), e se refere ao momento quando o Sol chega a seu limite de distanciamento angular para um hemisfério celeste. No solstício de verão para o Hemisfério Norte, o Sol passa sobre o Trópico de Câncer, e no solstício de verão para o Hemisfério Sul, o Sol passa sobre o Trópico de Capricórnio. 

Os pontos intermediários são chamados de equinócios. O termo está relacionado com o equilíbrio entre as durações do dia claro e da noite para os dois hemisférios do planeta.

Os equinócios se referem aos momentos do ano em que a luz solar incide de maneira equilibrada sobre os dois hemisférios, fazendo com que os dias e as noites tenham durações próximas entre si em grande parte do planeta.

Dependendo da latitude, o Sol realiza trajetórias maiores, iluminando e aquecendo mais a superfície da Terra. Em outras épocas, ele fica menos tempo acima do horizonte, iluminando menos a superfície. Isso varia de lugar para lugar, e os nossos antepassados entenderam que essas diferenças eram importantes para períodos de preparação da terra, plantios, colheitas ou, no caso dos caçadores-coletores, disponibilidade de alimento no ambiente.