Está fazendo frio na primavera. As estações do ano estão doidas?

Há algum tempo eu estava vendo TV pela manhã. Em uma emissora, uma reporter falava sobre o tempo em Recife. Estava chovendo bastante, e ela dizia que a chuva refrescava mas logo após a chuva, ocorria uma sensação de abafamento desagradável (o que realmente ocorre no verão). Era mês de janeiro. Após essa informação, a repórter começou a falar sobre as previsões climáticas para os meses de janeiro, fevereiro e março. Tudo corria bem, quando então a repórter disse algo assim:

– E a situação vai piorar em Março, mês do equinócio, quando O SOL VAI ESTAR MAIS PERTO DA TERRA e vai aquecer mais.

A frase dita pela repórter é um engano muito comum. Já vi livros de ciências de ensino fundamental com esta mesma informação equivocada. Já ouvi professores de ciências e pais cometerem este engano. Por essa razão, este post tem o objetivo de esclarecer dois mitos:

1) É verdade que em certas épocas do ano Sol está mais próximo da Terra e por isso aquece mais?
2) Está fazendo frio na primavera. As estações do ano estão doidas?

As estações do ano não são definidas pela variação da proximidade entre Terra e o Sol. Esse é um grande equívoco, que na minha opinião é provocado por desenhos assim:

Figura 1: Ilustração do movimento de Translação. Figuras semelhantes a esta são muito comuns em livros didáticos e são meramente ilustrativas.

Mas o que há de errado na figura 1?
Destaco em primeiro lugar os problemas com a escala,  tanto com relação ao tamanho dos astros e com relação a distância Terra-Sol. O Sol, como podemos ver na figura 2, que foi reduzida proporcionalmente, é muito maior do que a Terra. Além disso, a distância entre a Terra e o Sol é de aproximadamente 150.000.000 de km (que varia um pouco no afélio e no periélio, veremos a seguir).

Vamos supor que tívessemos que fazer uma maquete para representar a Terra e o Sol. Se usássemos uma bolinha de isopor de 16,51cm de diâmetro para representar o Sol, a bolinha usada pra representar a Terra teria de ser de aproximadamente 0,15cm de raio (aproximadamente o tamanho de um grão de areia), para manter a proporção! Sendo assim, o diâmetro do Sol é aproximadamente 100 vezes maior que o da Terra!

Agora, nessa mesma maquete, vamos falar sobre as distâncias.  Mantendo as bolinhas com os diâmetros acima, a distância entre elas teria que ser de aproximadamente 17,7m (o que equivale a aproximadamente 18 passos) para manter a proporção da distância. Seria muito difícil fazer a maquete ou até mesmo um desenho do proporcionalmente! Por isso, a Figura 1 é usada como ilustração em vários livros didáticos.

Figura 2: Comparação proporcional apenas entre os tamanhos da Terra e do Sol.  Para saber a proporção entre as distâncias, veja o quadro explicativo acima. Fonte: Meteorópole.

 

Além dos problemas com a escala, a figura acentua a excentricidade da  órbita da Terra em torno do Sol. De fato, a órbita da terra em torno do sol possui o formato de uma elipse.

Figura 3: Elipse animada. Fonte: Wikimedia Commons

 

A figura 3 ensina como desenhar uma elipse. Pegue um fio de barbante do tamanho que quiser. Prenda as extremidades desse barbante em duas tachas. Fixe as tachas em uma superfície (pode ser um pedaço de isopor ou um painel de feltro). As tachinhas devem estar separadas entre si. Na figura 3, as tachinhas  são representadas pelos dois pontos pretos. Depois, posicione um lápis entre os barbantes, deixando o lápis solto. Na figura 3, o lápis é representado pelo ponto vermelho. Movimente lápis de maneira semelhante ao movimento da figura 3. Faça vários testes, com as tachinhas mais próximas ou mais separadas entre si.

As tachinhas da elipse serão seus focos. Quando os focos coincidem, ou seja, correspondem ao mesmo ponto, não temos mais uma elipse, mas sim um círculo.

A elipse que descreve a órbita da Terra não possui uma excentricidade tão grande quanto a figura 1 destaca. A órbita da terra é uma elipse ‘suave’, tão suave que tem baixa excentricidade. Quanto maior a excentricidade de uma elipse, mais ‘achatada’ ela é.

Figura 4: Elipses com diferentes excentricidades.

Ter baixa excentricidade signica que a órbita de nosso planeta em torno do Sol é quase, eu disse, quase, QUASE,  um círculo.
Um outro problema na figura 1 é que o Sol nesta figura está no centro da elipse, quando na verdade o Sol encontra-se em um dos focos da elipse que descreve a órbita da Terra em torno dele. As elipses possuem dois focos, conforme vemos nos dois pontos destacados na figura 3.  Quanto maior a excentricidade, mais distante estão os focos da elipse. Como a elipse que descreve a órbita da terra em torno do Sol não é muito achatada, os focos estão muito próximos do centro da elipse, quase coincidindo com ele.
Mesmo com essa elipse pouco achatada, há um dia do ano em que a Terra fica ligeiramente mais perto do Sol e outro dia em que a Terra fica ligeiramente mais afastada. Esses dias são chamados respectivamente de periélio e afélio.

No periélio, que ocorre próximo do dia 4 de janeiro de todos os anos, a distância entre a Terra e o Sol é de 147.098.290 km.
No afélio, que ocorre próximo do dia 4 de julho todos os anos, a distância entre a Terra e o Sol é de 152.098.232 km.

A diferença entre a distância no períelio e no afélio é de 4.999.942m, que é um valor muito pequeno face a distâncias tão grandes (apenas 3% das distâncias do afélio e do periélio).
Sendo assim, a variação de distância até o centro dessa elipse que descreve a órbita solar varia pouco ao longo da translação da Terra. A variação de distância é tão pequena (cerca de 3%, como vimos)  que não afeta a quantidade de radiação recebida na Terra.
Assim, a figura 1 é meramente ilustrativa. Os professores e os livros didáticos precisam deixar isso muito claro aos alunos. Figuras semelhantes com a figura 1 servem apenas para ilustrar o sistema Terra-Sol, não refletindo totalmente a verdade!

Sendo assim, o mito 1) é falso! A distância entre a Terra e o Sol varia muito pouco a ponto de justificar maior ou menor aquecimento.

Se admitíssemos o mito 1) como verdade, logo surgiria um problema. No dia 4 de Janeiro, estamos no verão aqui no Hemisfério Sul e o Sol encontra-se no periélio (está mais próximo do Sol). Como no verão a temperatura média é mais elevada, o mito 1) estaria satisfeito. Mas, no Hemisfério Norte, na mesma data, é inverno!

Como explicaríamos o inverno no Hemisfério Norte, que ocorre na mesma época do ano?

É aqui que entra uma informação importantíssima:  a Terra possui o eixo de rotação inclinado.Isso significa que eixo do movimento de rotação (que determina o dia e a noite) não é perpendicular ao plano da órbita da Terra em torno o Sol. Veja a figura abaixo:

Figura 5: Inclinação do eixo da Terra. Fonte: adaptado de Wikipedia Commons

A inclinação entre o eixo de rotação da terra e o plano de sua órbita em torno do sol é de aproximadamente 23° (veja a figura 5). Essa inclinação é que vai determinar as estações do ano! Essa inclinação é constante e é mantida ao longo de todo movimento de translação. Sendo assim, durante metade do período de de translação o Hemisfério Sul estará totalmente voltado para o Sol, enquanto o Hemisfério Norte receberá menos radiação. Durante a outra metade, a situação se inverte.

Na animação abaixo (com distâncias, tamanhos e excentricidade da órbita meramente ilustrativos), é possível ver como o  movimento de translação faz com que em certas épocas do ano um hemisfério da Terra  receba mais radiação do que outro o hemisfério.

Como usar a animação abaixo:

Arraste o cursor na base da figura para a direita e veja qual hemisfério está recebendo mais radiação e em qual época do ano. Abaixo, na figura, é possível ver o mês correspondente àquela posição.

Durante o movimento de translação, algumas datas são frequentemente muito citadas e conhecidas:

– O Equinócio de primavera (no Hemisfério Norte) e de outono (no Hemisfério Sul): aproximadamente em 20 de março.

– O Equinócio de outono (Hemisfério Norte) e de primavera (no Hemisfério Sul): aproximadamente em 23 de setembro.

– O Solstício de verão (Hemisfério Norte) e de inverno (no Hemisfério Sul): aproximadamente 21 de junho

– O Solstício de inverno (Hemisfério Norte) e de verão (no Hemisfério Sul): aproximadamente 22 de dezembro

Essas datas são utilizadas para marcar o início das estações do ano. E assim como o afélio e o periélio, usa-se a palavra aproximadamente porque essas datas flutuam um pouco ao longo dos anos. Isso ocorre porque a translação da Terra em torno do Sol não é exatamente de 365 dias. É na verdade de 365 e uns ‘quebradinhos’ (365 dias, 5 horas e 48 minutos).

Figura 6: Solstícios e equinócio marcam o início das estações do ano.  Plano da eclíptica é o plano em que ocorre o movimento de translação. Figura meramente ilustrativa, com distâncias, tamanhos e excentricidade da órbita adaptados para compreensão. Fonte: CDCC/USP

Muitos livros didáticos definem as estações do ano da seguinte maneira:

Primavera: nesse período, as flores surgem e o frio vai embora!

Verão:  nesse período, o calor é intenso

Outono: nesse período, as folhas caem e já não faz tanto calor

Inverno:   muito frio!

Claro que de um modo geral, realmente presenciamos isso nessas épocas do ano. Mas, há alguns pontos aí que devem ser observados com muito cuidado:

– Essa divisão ‘perfeita’ das estações do ano é muito mais perceptível em latitudes médias e altas. Ou seja, no Rio Grande do Sul, no Uruguai, no sul do Chile e na Argentina, esse padrão é muito observado. Em algumas regiões da Argentina, a temperatura passa dos 40°C no verão e é muito próxima de 0°C no inverno! Na Europa e nos Estados Unidos, o mesmo ocorre. Temos neve no inverno e belíssimas decorações de Natal. E no verão, parte dessas regiões sofre com ondas de calor

–  Porém, a maior parte do Brasil encontra-se em uma área tropical. Nas regiões tropicais, as definições de estação do ano da forma didática explicada no quadro acima não fazem sentido. Vamos pensar em uma cidade muito próxima da linha do Equador, como Manaus. A quantidade de radiação que chega no verão ou no inverno não varia tanto. Em climas tropicais, apenas um fator pode definir as estações. A chuva. E é dessa forma que podemos definir estações em climas tropicas: a estação chuvosa e a estação seca.  Sobre este ponto, lembra do climograma da Cidade de São Paulo-SP que apresentei no post sobre tempo x clima? Repare como a chuva é mal distribuída ao longo do ano, pois há meses em que chove muito mais do que outros. São Paulo apresenta um clima tropical de altitude, já na zona de transição para um clima com características temperadas (que aí tem as estações do ano bem definidas). Em climas tropicais, diz-se que existem uma estação seca e outra chuvosa:

Figura 7: Climograma de São Paulo. Dados da Estação Meteorológica do IAG-USP

Agora, veja o climograma para a cidade de Bagé-RS, que já apresenta um clima com características temperadas:

Figura 8: Climograma de Bagé-RS. Dados do site Weather Channel.

No climograma da cidade de Bagé-RS, a chuva é mais bem distribuída ao longo do ano. As ‘barras’, que indicam a chuva, tem mais ou menos o mesmo tamanho. Por outro lado, a linha azul que representa a temperatura é mais ‘cavada’, indicando que a temperatura no inverno é bem menor que a temperatura no verão. Assim, as diferenças são bem marcadas e o inverno é realmente muito frio!

– Um outro ponto a ser considerado é que a Terra não é um globo homogêneo e sem movimento de rotação em torno do próprio eixo. A Terra é um planeta com diferentes distribuições de continente e oceano, diferentes relevos e diferentes vegetações.  Esses fatores também são muito importantes para determinar os climas na Terra, além das conhecidas estações do ano com suas datas bem estabelecidas, determinadas pela translação da Terra em torno do Sol.
Desse modo, retorno a pergunta feita no título dessa postagem, o mito 2). Quando alguém disser:
“Está fazendo frio na primavera. As estações do ano estão doidas?”
Você já sabe que as estações do ano não estão doidas. =)

Mais informações:

 – Estações do ano. CDCC (Centro de Divulgação Científica e Cultural)-USP
Translação da Terra. Wikipedia, a enciclopédia livre.
Estações do Ano. Wikipedia, a enciclopédia livre.