1 - Nos
livros didáticos, via de regra, só apresentam 2 dos 14 movimentos
da Terra. Gostaria de contar com o consórcio dos estudiosos do
tema para poder esclarecer a minha filha
Antes de mais nada, o planeta Terra só possui um movimento, o seu
próprio. Este movimento pode ser, todavia, subdividido em suas
diversas componentes. Ademais, não é possível falar
do movimento da Terra como um movimento absoluto. É necessário
antes fixar um referencial, isto é, um ponto fixo com relação
ao qual o movimento em questão possa ser descrito. Os movimentos
normalmente considerados, são na verdade as componentes do movimento
terrestre tomando o Sol como referencial, ou seja: 1)
Translação: componente devida ao fato da Terra
pertencer ao sistema planetário que órbita a estrela Sol.
O período desta componente é de aproximadamente 365,2422
dias, durante os quais a Terra descreve uma elipse (quase uma circunferência)
em torno do Sol.
2) Rotação (do latim rotatio, giro sobre
si mesmo): componente do movimento da Terra que designa a rotação
sobre o seu próprio eixo. A rotação da Terra dura
aproximadamente 24 horas (23h 56m 04s).
3) Precessão: a Terra não é um corpo
rigorosamente esférico e regular e também não é
absolutamente sólido. Sendo assim, a direção do
seu eixo de rotação e o período de sua revolução
não são constantes. O resultado disso é que o eixo
da Terra efetua no espaço um movimento bastante complexo: o eixo
descreve, vagarosamente, um cone em torno do eixo perpendicular ao seu
plano órbital. Este movimento do eixo é chamado precessão.
A variação da direção do eixo da Terra é
de aproximadamente 50 segundos de arco por ano ou 360 graus em cerca
de 26000 anos. O fenômeno não se realiza uniformemente,
mas sofre oscilações periódicas (nutação).
4) Nutação: o eixo da Terra sofre diversas
oscilações pequenas em torno da sua posição
media; essa oscilação ou ondulação periódica
é chamada de nutação do eixo terrestre. As oscilações
devem-se ao fato das forças responsáveis pela precessão,
aplicadas pelo Sol e pela Lua, mudarem continuamente de valor e direção:
são nulas quando o Sol e a Lua estão no plano do equador
da Terra e atingem o valor máximo quando estes astros estão
mais afastados do equador. A nutação tem um período
de 18,6 anos.
5) Movimento dos pólos: a Terra não é
um corpo rígido e está sujeita a deformações
elásticas: o corpo da Terra sofre um certo deslocamento em relação
ao seu eixo de rotação. Este deslocamento não exerce
nenhuma influência sobre o eixo de rotação da Terra,
cuja direção se mantêm fixa no espaço, e
por isso, existem vários pontos na superfície terrestre
que coincidem, em instantes diferentes, com os pólos de rotação.
Quer dizer que os pólos "vagueiam" pela superfície terrestre.
Como conseqüência disso, as latitudes dos lugares sobre a
superfície terrestre variam, desviando de até 0,3 segundos
de arco do seu valor médio.
Se fixarmos, por outro lado, o centro de nossa Galáxia como referencial,
será possível identificarmos mais uma componente do movimento
terrestre:
6) A componente devida ao fato do Sistema Solar órbitar
o núcleo de nossa Galáxia: o Sol arrasta seus
planetas, cometas e asteróides em seu movimento ao redor do
núcleo galático num movimento de duração
estimada em 200 milhões de anos.
A nossa Galáxia, porém, não constitui todo o
Universo conhecido. De início, ela pertence a um grupo de galáxias
denominado como "Grupo Local". A nossa Galáxia se move com relação
ao centro de gravidade deste grupo. Mas este grupo, como um todo, também
se move na direção de uma grande concentração
de massa, chamada genericamente de "grande atrator". A Terra, pertencente
ao Sistema Solar, que por sua vez pertence a nossa Galáxia (a
Via Láctea) e que, por sua vez peretence ao Grupo Local, possui
também, como componentes de seu movimento no Universo os movimentos
da Via Láctea em torno do centro do Grupo Local e o movimento
do Grupo Local em torno do grande atrator.
2 - Ninguém
nunca achou estranho que a velocidade de rotação da Lua
em torno da Terra seja exatamente igual a sua velocidade de rotação
em torno de si mesma? Será que isto não passa de uma coincidência
astronômica ou será que tal fato pode ser uma pista ainda
não explorada para algo? Se, por outro lado, existe uma explicação
óbvia que desconheço para o fato, poderiam vocês me
elucidar?
Não é uma coincidência o fato do período rotacional
da Lua ser precisamente igual ao seu período órbital. Essa
sincronização de rotação é uma situação
altamente estável pois ela minimiza a perda de energia do sistema
Terra-Lua. Quando essa sincronização de rotação
é alcançada, ela se mantem e, se o período órbital
mudar lentamente, o período rotacional se ajustará a essa
mudança. A maior parte dos satélites do Sistema Solar estão
em rotação sincrônica com os seus primários
(os planetas em torno dos quais órbitam).
3 - A
força gravitacional (que inclui obviamente a massa e o quadrado
da distância) do Sol sobre a Terra e cerca de 1.000.000 de vezes
maior que a força gravitacional da Lua sobre a Terra. Neste caso
porque a Lua influi tanto nas marés? Não seria a influência
do Sol 1.000.000 de vezes maior e a da Lua, portanto, desprezível?
Devido ao fato de que a Terra não é um corpo pontual, a
força de atração gravitacional varia de um lugar
da superfície terrestre para outro. A ação dessa
força na superfície terrestre é conhecida como marés,
ou seja, duas subidas e duas descidas alternadas do nível das águas
do mar num período de 24 h e 50 min (dia Lunar). Para entendermos
melhor este efeito considere que a Terra está coberta uniformemente
pelas águas do oceano (figura abaixo). Vamos considerar que a Terra
é um corpo extenso e não um ponto onde toda a massa se concentra.
Nos pontos A e B da figura a aceleração devido a atração
gravitacional da Lua é obtida da seguinte maneira:
aceleração no ponto T: wt=Gm/r2, onde
m é a massa da Lua , r é a distância centro
da Terra/centro da Lua e G é a constante gravitacional
aceleração no ponto A: wa=Gm/(r-R)2,
onde R é o raio da Terra aceleração no ponto
B: wb=Gm/(r+R)2. A aceleração
relativa (isto é , em relação ao centro da Terra)
no ponto A é igual a diferença wa=wt:
wa-wt = Gm[(1/(r-R)2)
- 1/r2]
wa-wt = Gm[(2rR-R2)/(r-R)
2 ´ r2]
Uma vez que o raio da Terra, em comparação a distância
r, é muito pequeno, podemos desprezar R2 no numerador,
e no numerador substituir (r-R) por r. Então teremos que a aceleração
relativa provocada pela Lua (wL) é dada por:
wL = wa-wt = Gm[2rR/r4]
= Gm[2R/r3]. (1)
Esta diferença de acelerações está dirigida
do centro da Terra para a Lua, uma vez que wa>wt.
A diferença de acelerações wb-wt
tem um valor aproximadamente igual a wa-wt e tem
o mesmo sentido, uma vez que wb<wt. Sendo assim,
nos pontos A e B a ação diminui o efeito da força
de gravidade na superfície terrestre. A equação
(1) é aproximada, mas nos dá uma idéia de como ocorrem
as marés. Nos pontos A e B esta aceleração produz
um efeito de diminuir a atração gravitacional da Terra.
Nos pontos C e D a ação da Lua aumenta a força gravitacional
terrestre. Consequentemente, o invólucro de água da terra
sujeito a ação gravitacional lunar toma a forma de um elipsóide
alongado na direção da Lua, produzindo uma subida do nível
das águas nos pontos A e B e uma descida nos pontos C e D.
O invólucro da água da Terra também está sujeito
às marés causadas pelo Sol, mas a intensidade deste efeito
é aproximadamente 2.2 vezes menor que o efeito da Lua. Isso pode
ser verificado aplicando-se a equação 1 para o Sol para
determinarmos a aceleração relativa provocada por ele (wS):
wS = G M [2R/a3]
(2)
onde M é a massa do Sol e a é a distância
Terra/Sol. Dividindo a equação 1 pela equação
2 e substituindo as distâncias e massas por seus valores numéricos
(r = 1.49 ´ 108 km, a = 3.84
´ 105 km, M = 1.99 ´
1030 kg e m = 7.38 ´ 1022
kg) teremos
wL / wS = [m ´
a3 ] / [M ´ r3]
~ 2.2
4 - Os terremotos
acontecidos em 1997, notadamente na Itália, são única
e exclusivamente causados pelo movimento das placas tectônicas ou
podem também terem sido provocados pela atração/repulsão
gravitacional de um corpo celeste próximo à Terra, como
a Lua ou o Sol por exemplo?
Os terremotos na Terra são causados principalmente pelo movimento
das placas tectônicas. A influência de outros planetas, mesmo
Júpiter ou Saturno, é insignificante. A Lua, porém,
pode deflagar um terremoto que esteja prestes a acontecer. Caso existam
placas em uma situação de equilíbrio muito instável,
os efeitos de maré causados pela Lua podem acelerar o movimento
das placas e causar o terremoto. Os efeitos de maré, sozinhos,
não podem causar terremotos. Por outro lado, a Terra parece produzir
um efeito de maré muito maior sobre a Lua e pode ter uma contribuição
maior nos terremotos da Lua (moonquakes): já foi observado
que o número de abalos na Lua atinge um máximo justamente
quando a Lua se encontra mais próxima da Terra.
5 - É verdade
que a causa para a mudança climática e outras coisas que
vêm acontecendo na Terra é a mudança do eixo terrestre
para zero grau de inclinação? Como os astronônomos
fazem para determinar tal eixo?
Felizmente, o eixo da Terra não está em movimento de regressão
a zero de sua inclinação, muito menos já o realizou.
Isto não significa que a inclinação do eixo terrestre
seja inteiramente estável, mas sua variação é
lenta e diminuta. Em um milhão de anos, esta variação,
positiva ou negativa, é de apenas 1,3 graus em torno do valor médio
de 23,3 graus. Este fator é, entretanto, suficiente para que ocorram
variações de até 20% da insolação recebida
no verão a 65 graus de latitude. É em virtude desta variação
que a Terra por vezes entra em períodos glaciares. O que permite
que a variação do eixo terrestre se dê numa faixa
tão diminuta é a presença de seu satélite,
a Lua. Se a Lua não existisse, a inclinação do eixo
terrestre poderia variar, em alguns poucos milhões de anos, de
zero a 85 graus. As variações climáticas seriam imensas
e, possivelmente, a vida não teria se desenvolvido tal qual a conhecemos
pois tanto quanto pudemos reconstruir de sua história, a vida na
forma refinada como aparece na Terra, necessita das condições
estáveis que o sistema Terra-Lua oferece. Há diversas
evidências observacionais da inclinação do eixo terrestre.
A mais imediata é o fato da duração do dia Solar
variar continuamente ao longo do ano. Outra evidência são
as estações do ano, que são devidas às diferenças
de insolação ao longo do ano sobre a mesma região
considerada do globo terrestre. Uma evidência mais sutil é
a da variação da posição do Sol ao longo do
ano se o observarmos a cada dia numa dada hora.
6 - Se o eixo
da Terra não fosse inclinado com seria nosso planeta? Haveria alterações
climáticas? A duração dos dias seria diferente? O
Seu movimento de translação e rotação seriam
afetados? É conhecido em que época ele se inclinou?
O eixo de rotação terrestre tem uma inclinação
de aproximadamente 23,3 graus em relação à direção
perpendicular ao seu plano órbital. O principal efeito da inclinação
do eixo terrestre é a alternância das estações
do ano. Isto ocorre porque, sendo o eixo inclinado, os dois hemisférios
são iluminados de forma desigual pelo Sol. Conforme a Terra segue
em sua órbita, a área que é efetivamente iluminada
pelo Sol varia, de modo que há dois momentos quando um dos hemisfério
tem um máximo de iluminação (verão) enquanto
o outro hemisfério recebe uma iluminação mínima
(inverno) e dois momentos quando os dois hemisférios são
igualmente iluminados (primavera/outono). Concomitantemente, a duração
do dia (intervalo de tempo durante o qual o Sol esta acima do horizonte)
varia, sendo máxima no verão e mínima no inverno.
Portanto, caso o eixo da Terra não fosse inclinado, ou seja, se
ele fosse perpendicular ao plano de rotação da Terra em
torno do Sol, não haveria estações climáticas,
e a duração do dia seria a mesma durante todo o ano. O clima
da Terra seria bem mais monótono. Não haveria nenhuma conseqüência
para o movimento de translação terrestre. Para a rotação,
no entanto, a situação não é tão clara.
Desde sua formação, o período de rotação
terrestre tem aumentado devido a ação das forças
de maré da Lua e, em menor escala, do Sol. Se, desde o início
o eixo de rotação da Terra fosse perpendicular, provavelmente
hoje seu período de rotação seria ligeiramente maior
do que 24 horas, embora a presença da Lua torne difícil
afirmar categoricamente. Quanto à origem da inclinação,
ela provavelmente está ligada a uma ou varias colisões com
outros corpos que nosso planeta deve ter sofrido em estágios iniciais
de sua formação.
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