Bola de Cristal?


Figura 1: Foto de um heliógrafo da Estação Meteorológica do IAG-USP. Foto: Samantha Martins

O divertido Daniel, do Ciência em Show brincou neste vídeo que esse instrumento da foto acima é uma bola de cristal. Na verdade, essa esfera é realmente de cristal, mas a finalidade não é realizar advinhações. Esse instrumento chama-se heliógrafo e faz o registro da quantidade de horas que o Sol brilha por dia. Esse registro é feito em tiras de papel cartão, que são posicionadas antes do nascer do Sol e são retiradas após o por do Sol.

Os raios solares são focalizados por essa esfera de cristal e então queimam o papel cartão posicionado abaixo dela. O princípio físico é o mesmo da brincadeira da lupa, que é usada para queimar papel, por exemplo . A energia solar é focalizada pela esfera de cristal, que então queima a tira de papel cartão.

Atenção! Essa brincadeira da lupa é muito perigosa! Além do risco de queimaduras sérias, devo lembrar que jamais deve-se olhar diretamente para o sol, seja a olho nu,  através de binóculos, telescópios ou lupas. Leia o guestpost do Vlamir, sobre observar solar com segurança e instrumentos apropriados.

Figura 2: Ilustração de um heliógrafo, mostrando em detalhe a fita queimada. Fonte: Adaptado de Kalipedia

Essas tiras de papel são feitas especialmente para o instrumento e são fabricadas em 3 modelos diferentes, cada um para uma época do ano:

– A tira curva comprida, feita para o período de 16 de outubro até 28 ou 29 de fevereiro do ano seguinte  (um pouco antes e um pouco depois do solstício de verão)

– A tira reta, feita para o período de 1° de março a 15 de abril e para o período de 1° de setembro a 15 de outubro (um pouco antes e um pouco depois do equinócio de outono; um pouco antes e um pouco depois do equinócio de primavera)

– A tira curva curta, feita para o período 16 de abril até 31 de agosto (um pouco antes e um pouco depois do solstício  de inverno)

Lembrando que as datas acima valem para o Hemisfério Sul. No Hemisfério Norte, as datas referentes a tira curva comprida e curva reta trocam. Para saber o que são solstícios e equinócios, leia este post sobre estações do ano.

Além do cuidado de usar as tiras certas para os períodos corretos, o instrumento precisa ser instalado de maneira correta, observando alguns cuidados:

– Precisa ser instalado em um local alto, para que não seja sombreado por construções ou árvores e assim fazer a medida corretamente, principalmente quando o Sol estiver no horizonte;

– O arco que envolve a esfera é graduado em graus. Esse arco precisa ser ajustado de acordo com a latitude do local. O movimento aparente do Sol no céu depende fortemente da latitude do local de interesse. Por exemplo: no inverno do Hemisfério Sul, o Sol aparece mais baixo no céu quanto maior a latitude (quando mais próximo do Pólo Sul) e especificamente no Pólo Sul, o Sol mal aparece ao longo de todo período de inverno.

– O instrumento precisa ser orientado na direção N-S (geográfico e não da bússola) durante a instalação.

Esses cuidados na instalação são importantes, pois fazem com que o instrumento meça corretamente o número de horas de brilho solar ao longo do dia todo, recebendo a luz solar sempre que o Sol estiver visível. Em dias completamente nublados, com nuvens tipo St (stratus) ou Sc (stratocumulus), não conseguimos ver o disco solar.Em dias assim, o heliógrafo não registra brilho solar e a fita registradora fica sem nenhuma marca. Durante a noite, também não ocorre nenhum registro, tanto que as próprias fitas do heliógrafo possuem marcação de horas apenas para o período de dia claro (Figura 3), já que não há necessidade para mais. Em dias com nuvens passageiras, quando elas cobrem o disco solar e logo depois vão embora, o instrumento pára de queimar a tira, e depois volta a queimar, quando a nuvem sai da frente do disco solar e o Sol volta a ficar visível.

As tiras (seja qual for o modelo) são divididas em horas. É a partir dessa divisão que conseguimos contar por quantas horas o Sol brilhou em um determinado dia. A figura 3 mostra essas divisões. A figura 3 mostra fitas com cores diferentes. Embora alguns trabalhos concluam que a cor da fita pode influenciar na queima do papel, as cores diferentes devem-se apenas a fabricantes diferentes.

 

Figura 3: diferentes modelos de fitas de heliógrafo. Os números 1, 2 e 3 correspondem ao modelo curva comprida; 4 e 5 ao modelo reto e 6,7 e 8 ao modelo curva curta. Fonte: Falck e Foster, 2006

 

Figura 4: exemplos de fitas de heliógrafo queimadas. Fonte: UFES / DEPT. DE GEOGRAFIA / CLIMATOLOGIA

Veja mais:

Veja mais: aprenda mais sobre instrumentos meteorológicos neste link do CPTEC/INPE.

Leia mais sobre heliógrafo aqui.

Leia sobre radiação solar aqui (em espanhol).

Veja estudo feito por Aline Falck e Paulo Foster sobre tiras de heliógrafo (trabalho de onde a Figura 3 foi retirada) aqui.