Estações do ano

3.1.4.1 Ano trópico

Percorrendo a eclíptica, a declinação do Sol está variando continuamente. Mas essa variação é periódica e completa um ciclo em 1 ano trópico. O ano trópico é chamado também ano das estações. O ano trópico é o intervalo de tempo entre dois sucessivos equinócios de outono e corresponde a 365,242191 dias. Podemos dizer também que o ano trópico é o tempo transcorrido entre duas passagens sucessivas do Sol pelo ponto vernal γ. A duração de cada estação é cerca de ¼ do ano trópico, mas não exatamente. Este fato já era conhecido dos antigos como desigualdade das estações.

Eis algumas conseqüências da variação da declinação do Sol. O Sol nasce no ponto cardeal leste e se põe no ponto cardeal oeste somente nos equinócios de outono e de primavera, pois nessas datas o Sol está cruzando o equador celeste.

Em todas as outras datas (excluindo-se os lugares onde o Sol se torna circumpolar) no hemisfério sul (norte) o Sol nasce no sudeste e se põe no sudoeste durante a primavera e o verão ( o outono e o inverno), e nasce no nordeste e se põe no noroeste durante o outono e o inverno (primavera e o verão). Portanto é um erro afirmar que todos os dias o Sol nasce no leste e se põe no oeste.

A altura do Sol na passagem meridiana também varia ao longo do ano. Nos equinócios, no nosso hemisfério, o Sol se encontra no azimute norte a uma altura igual ao complemento do valor absoluto da latitude (Figura 3.9). Em outros dias do ano o Sol poderá estar até 23,4° mais ao norte ou ao sul do equador celeste (Figura 3.9).

A variação sazonal da altura meridiana do Sol pode ser facilmente constatada por meio da sombra de um gnômon na passagem meridiana do Sol. Nos dias do equinócio o período iluminado e o período escuro do dia têm igual duração em todos os pontos do globo. Em qualquer hemisfério, norte ou sul, no solstício de inverno o período claro é o mais curto e, no solstício de verão, o mais longo. Aqui estamos falando da simetria ou assimetria na divisão do dia entre os períodos claro e escuro. Na linguagem vulgar a pa- lavra dia significa, às vezes, o período claro, e então se diz que no solstício temos o dia mais curto, ou mais longo. Isso não deve ser confundido com a duração do dia significando o intervalo de tempo entre duas sucessivas passagens meridianas de um mesmo astro.

No nosso hemisfério, o círculo diurno na esfera celeste fica tombado para o norte. Pelo fato de que o Sol está ao sul do equador celeste na primavera e verão, mais da metade desse círculo fica acima do horizonte. Por isso, nessas estações o período iluminado é mais longo do que o período escuro. Quanto mais nos aproximamos do pólo, mais o período diurno é maior que o noturno, até o Sol se tornar circumpolar. Então o período noturno se torna nulo. No outono e inverno ocorre o contrário.

Mas os efeitos mais dramáticos da variação da declinação do Sol são as influências climáticas que caracterizam as quatro estações do ano. A causa das estações é a variação do ângulo de incidência dos raios solares numa localidade da Terra em diferentes épocas do ano. Quando a incidência é perpendicular à superfície da Terra, a captação de energia solar é máxma, mas ela diminui quanto mais obliqua. Isso pode ser entendido por meio da analogia simples da captação da água da chuva com um balde. Se a chuva cai verticalmente, a captação será máxima se o balde estiver com a boca voltada para cima e nula se estiver deitado. A captação é proporcional à área da boca do balde vista pela chuva, ou projetada no plano horizontal. Essa área varia com cosθ sendo θ o ângulo entre a direção da chuva e a perpendicular ao plano da boca do balde.

Figura 3.9. O observador se encontra numa localidade do hemisfério sul. O plano do papel contém o meridiano desse observador. Ao longo do ano, o Sol na passagem meridiana é visto por esse observador em diferentes alturas. No equinócio o Sol é visto no equador celeste (linha tracejada). No solstício de inverno a altura meridiana do Sol é mínima e, no solstício de verão, máxima. As direções em que o Sol é visto podem ser transportadas para o local do observador por meio de paralelas



A Figura 3.10 mostra que a variação da declinação do Sol altera a incidência dos raios solares entre os hemisférios norte e sul do globo. A incidência nos solstícios define na Terra os trópicos de Capricórnio e de Câncer, e os círculos polares Antártico e Ártico. Na faixa tropical o Sol pode passar pelo zênite na passagem meridiana. Nos círculos polares o Sol pode se tornar circumpolar.

Às vezes se tem dito que as estações são devidas à variação da distância da Terra ao Sol. Esta explicação é equivocada, pois se a proximidade fosse a causa do verão, como estaria ocorrendo o inverno ao mesmo tempo no outro hemisfério? As estações ocorrem porque a Terra orbita ao redor do Sol mantendo o eixo de rotação obliquo em relação à eclíptica.

3.1.4.2 Calendário

O calendário controla o fluxo dos dias do ano civil. Este tem um número inteiro de dias: 365 ou 366 se o ano for bissexto. Por outro lado, é neces- sário que o calendário mantenha sincronismo com o ano trópico, já que esse ciclo natural rege o plantio, a colheita, as férias escolares etc. Mas, já vimos que o ano trópico não tem um número inteiro de dias. O ano trópico tem 365,242199 dias solares médios. Toda a dificuldade de se elaborar um bom calendário reside na fração 0,242199 do dia. Se o calendário ignorar essa fração, ao cabo de n anos ficará defasado n x 0,242199 dias. Depois de vários anos essa diferença pode alcançar seis meses e, então, as estações do ano estarão invertidas!

A inserção de 1 dia a cada 4 anos foi introduzida na reforma juliana pro- movida pelo ditador romano Caio Júlio César (100-44 aC) em 46 aC. Esse procedimento tem a vantagem de manter o ano civil com um número inteiro de dias, mas equivale a considerar que o ano trópico tenha 365 + ¼ dias, ou seja, 365,25 dias. Esse valor comparado com o valor correto dado acima,

Figura 3.10. A incidência dos raios solares no equinócio não favorece nenhum dos hemisférios. Mas no solstício de verão favorece o hemisfério em que ocorre, assim como no solstício de inverno desfavorece o hemisfério em que ocorre. No hemisfério favorecido a incidência tende a ser mais vertical. Esta Figura ajuda a entender porque as estações são invertidas entre os hemisférios norte e sul

mostra que a correção é exagerada. As conseqüências desse exagero foram se acumulando com o tempo e, já na idade média, passaram a atrapalhar a fixação da data para a comemoração da Páscoa. Por isso uma nova reforma foi promovida pelo papa Gregório XIII (1502-85) em 1582. Para manter o início da primavera no hemisfério norte, e o início do ano no dia 21 de março, onze dias foram eliminados por decreto e novas regras foram estabelecidas, que eliminavam alguns anos bissextos previstos na reforma juliana. Com essas regras, em vigor até hoje, o ano trópico teria

365 + ¼ - 1/100 +1/400 = 365,2425 dias.

Permanece ainda um exagero na correção, mas o calendário ficará adian- tado de 1 dia somente depois de 3.236 anos. Fica esse problema para ser herdado pelas futuras gerações.

Desde que foi instituído, o calendário gregoriano procura coincidir o equi- nócio de outono com 21 de março ou perto dessa data. Assim o solstício de inverno, o equinócio da primavera e o solstício de verão ocorrem, respecti- vamente, por volta de 21 de junho, 23 de setembro e 22 de dezembro.

3.1.4.3 Ano sideral

Zodíaco é uma faixa da esfera celeste ao longo da eclíptica com cerca de 16° de largura. Nessa faixa estão as constelações zodiacais que, tendo no passado nomes de animais, deram origem ao nome zodíaco que tem a mes- ma raiz da palavra zoológico e significa círculo dos animais. A importância do zodíaco é que por ele transitam o Sol, a Lua e os planetas. É que esses objetos se encontram no plano da eclíptica ou não muito longe dele. Hoje o Sol passa pelas constelações zodiacais nos meses indicados na

Figura 3.11.

A constelação zodiacal pela qual o Sol transita hoje numa determinada data do ano, não é a mesma pela qual ele transitava na mesma data do ano por volta de 2 mil aC quando os babilônios estipularam os signos zodiacais utilizados ainda hoje para fins astrológicos.

Figura 3.11. O plano do papel é a eclíptica. Na órbita da Terra (tracejada) os meses indicam a posição da Terra de onde o Sol é atualmente visto projetado nas constelações zodiacais. A representação é esquemática



Os egípcios antigos controlavam o início do ano monitorando o nascer helíaco de Sótis, que hoje conhecemos como a estrela Sirius, a mais brilhante depois do Sol. Quando essa estrela era vista no horizonte leste pouco antes do nascer do Sol, depois de vários meses sem ser vista, era sinal de que logo começaria a cheia do rio Nilo. Portanto, nessa época do ano, o Sol se aproximava dessa estrela do Cão Maior enquanto transitava na constelação de Gêmeos. Se esse método continuasse sendo usado, o nascer helíaco de Sirius também teria perdido o sincronismo com a cheia do Nilo controlada pelas estações do ano.

A explicação desse descompasso é que o Sol, após completar 1 ano trópico, retorna ao ponto vernal γ, mas ainda não completou uma volta na esfera celeste. Ele somente completará essa volta uns 20 minutos depois. Isto significa que o ponto vernal γ não é fixo na esfera celeste, mas se desloca lentamente no sentido oposto ao do movimento do Sol na eclíptica. Trata- se de uma diferença pequena, mas ela se torna grande e perceptível depois de se acumular por muitos anos.

O tempo para o Sol completar uma volta de 360° na esfera celeste é o ano

sideral cuja duração é de 365,256363 dias. Compare a duração do ano sideral com a do ano trópico.