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Pergunte a Ethan: Quando é o nascer do sol mais cedo e o pôr do sol mais recente do ano?

Com uma grande quantidade de atmosfera para passar, a luz do Sol (ou da Lua) avermelha tremendamente quando está perto do horizonte. Nem o último pôr do sol do ano nem o primeiro nascer do sol do ano correspondem ao solstício de verão. (MAX PIXEL / FREEGREATPICTURE.COM )

O solstício de verão é o dia mais longo do ano, mas não tem o nascer do sol mais cedo ou o pôr do sol mais tarde. Aqui está o porquê.

A duração de um dia no planeta Terra pode sempre parecer a mesma, às 24 horas, mas a quantidade de luz solar que recebemos muda drasticamente ao longo do ano. O solstício de verão nos dá a maior quantidade de luz do dia, com as latitudes mais polares experimentando os dias de maior duração. Se você estiver perto do equador, no entanto, dificilmente há diferença entre o número de horas que o Sol passa no céu durante todo o ano, do solstício de verão ao equinócio, ao solstício de inverno e vice-versa. Mas os solstícios não determinam tudo sobre a duração de um dia, e é isso que Apoiador do Patreon Ben Turner quer saber, perguntando:

Todos nós sabemos que os solstícios são os dias mais longos/mais curtos do ano, mas dado o analema, quando são os primeiros/últimos horários de nascer/pôr do sol? É consistente em todas as latitudes?

Não é consistente, e é uma história muito complicada. Vamos explorar o porquê.

À medida que a Terra gira em seu eixo e orbita o Sol em uma elipse, a posição aparente do Sol parece mudar de dia para dia nesta forma particular: o analema da Terra. A inclinação do analema corresponderá à hora do dia em que a imagem é tirada, mas essa forma é sempre reproduzida da Terra se você tirar uma fotografia no mesmo horário todos os dias. (GIUSEPPE DONATIELLO/FLICKR)

Este é o analema: a forma que você obtém se tirar uma foto do Sol todos os dias ao longo do ano, no mesmo local e na mesma hora do dia. Este analema em particular foi tirado do hemisfério norte da Terra, e foi tirado em algum momento da tarde. Você pode dizer isso pela forma e orientação do analema. Do hemisfério norte, o pequeno laço desta figura-8 é sempre mais alto; do sul, o laço maior está no topo.

Se você fotografar o analema ao meio-dia, quando o Sol atinge sua maior altura angular acima do horizonte, o analema seria completamente vertical, enquanto ele se inclina como se fosse girado no sentido anti-horário no início do dia e no sentido horário no final do dia. Em todos os casos, o solstício de verão é a ponta do longo eixo do analema, enquanto o solstício de inverno está na ponta oposta.

Embora a Terra sempre gire em torno de seu eixo, que é inclinado em 23,5 graus, os equinócios são especiais por terem essa inclinação axial perpendicular ao plano Sol-Terra, e não em ângulo, o que ocorre em todos os outros dias do ano . Da mesma forma, os solstícios são o que ocorre nos pontos médios entre os equinócios: quando o eixo da Terra é inclinado ao máximo em relação ao plano orbital da Terra ao redor do Sol. A natureza elíptica da nossa órbita é extremamente importante. (LARRY MCNISH / RASC CALGARY CENTRE)

A razão pela qual o analema tem a forma particular que tem é devido a dois fatores que trabalham em combinação:

1. a Terra está inclinada em seu eixo, a 23,5° em relação ao plano orbital da Terra, à medida que gira,
2. e a Terra se move ao redor do Sol de forma elíptica, em vez de em um círculo perfeito.

Se o eixo da Terra não estivesse inclinado ao girar, e nosso planeta também orbitasse em um círculo perfeito ao redor do Sol, nosso analema seria apenas um único ponto: o Sol seguiria o mesmo caminho todos os dias. A cada dia que passava, nosso planeta giraria 360° completos em 23 horas e 56 minutos, e então gastaria 4 minutos extras para alcançar a posição anterior do Sol no céu, já que também estamos girando em torno do Sol . Esses 4 minutos extras são o motivo pelo qual nossos dias são 24 horas: porque temos que girar mais de 360° para completar um dia inteiro.

Viajar uma vez ao redor da órbita da Terra em um caminho ao redor do Sol é uma jornada de 940 milhões de quilômetros. Os 3 milhões de quilômetros extras que a Terra viaja pelo espaço, por dia, garante que girar 360 graus em nosso eixo não restaurará o Sol à mesma posição relativa no céu de um dia para o outro. É por isso que nosso dia dura mais de 23 horas e 56 minutos, que é o tempo necessário para girar 360 graus. (LARRY MCNISH NO RASC CALGARY CENTRE)

Uma vez que percebemos que é assim que o Sistema Solar funciona, podemos começar a adicionar os outros efeitos. Nosso planeta está inclinado em seu eixo, o que significa que o caminho do Sol no céu mudará ao longo do ano. Quando você compara o solstício de junho com o solstício de dezembro, a diferença na posição aparente do Sol diferirá em duas vezes nossa inclinação axial: 47°. Se você examinar a escala angular de cima para baixo de nosso analema, em seu longo eixo, descobrirá que é 47° no céu de todos os locais da Terra.

Se nosso planeta estivesse apenas inclinado, mas ainda orbitando em um círculo perfeito, nosso analema seria uma figura-8 perfeitamente simétrica. Ambos os lobos do 8 seriam simétricos e se cruzariam no meio: durante os equinócios. Na primavera e no outono, após os equinócios, o Sol nasce e se põe mais tarde do que a média, enquanto no verão e no inverno, após os solstícios, o Sol nasce e se põe mais cedo do que a média.

O efeito da natureza elíptica de nossa órbita (esquerda) e nossa inclinação axial (meio) na posição do Sol no céu se combinam para criar a forma de analema (direita) que observamos do planeta Terra . (IMAGEM GERADA POR AUTODESK VIA O REINO UNIDO)

Mas a excentricidade adiciona outro efeito. Quando a Terra está mais longe do Sol (mais perto do afélio), ela orbita o Sol mais lentamente do que a média, de modo que nosso planeta avança mais do que o necessário em um período de 24 horas. Quando a Terra está mais próxima do Sol (perto do periélio), ela orbita mais rápido que a média, então nosso planeta gira um pouco menos do que o necessário para retornar o Sol à mesma posição exata após 24 horas.

Devido a este efeito, e ao fato de que o periélio ocorre logo após o solstício de dezembro (com o afélio ocorrendo logo após o solstício de junho), o lado do solstício de dezembro do analema é muito maior, com maiores diferenças de tempo, enquanto o lado do solstício de junho é muito maior. mais estreito, com menores desvios do tempo médio. Há interferência construtiva desses dois efeitos no final do ano, mas interferência destrutiva no meio do ano.

A equação do tempo é determinada pela forma da órbita de um planeta e sua inclinação axial, bem como pelo alinhamento. Durante os meses mais próximos do solstício de junho (quando a Terra se aproxima do afélio, sua posição mais distante do Sol), ela se move mais lentamente, e é por isso que essa seção do analema é comprimida, enquanto o solstício de dezembro, que ocorre próximo ao periélio, é alongado . (USUÁRIO ROB COOK DA WIKIMEDIA COMMONS)

O equação do tempo , que é o efeito combinado de nossa revolução ao redor do Sol e sua excentricidade orbital com o efeito de nossa rotação e inclinação axial, é o mesmo em todas as latitudes da Terra. Quando estamos perto do solstício de junho, tudo é mais cedo.

No hemisfério norte, embora os dias sejam mais longos, o nascer e o pôr do sol são deslocados para horários um pouco mais cedo em datas anteriores. Alguém próximo ao círculo ártico verá seu primeiro nascer do sol ocorrer 1 a 3 dias antes do solstício, enquanto alguém em latitudes médias (perto de onde Washington, DC) fica cerca de uma semana antes do solstício e alguém próximo ao Trópico de Câncer recebe o nascer do sol mais cedo cerca de duas semanas antes do solstício. No hemisfério sul, mudanças semelhantes ocorrem de forma dependente da latitude, exceto que isso lhe dá os primeiros pores do sol, pois os dias são mais curtos.

Os telescópios Pan-STARRS2 e PanSTARS1 no topo de Haleakala, na ilha de Maui, no Havaí, cujos dados foram fundamentais para mapear a poeira da Via Láctea. Os primeiros e últimos amanheceres e entardeceres no cume do Mauna Kea, perto do Trópico de Câncer, serão deslocados do solstício por várias semanas. (COLABORAÇÃO PAN-STARRS)

Da mesma forma, devido à forma como a equação do tempo muda (onde muda de sinal muito perto de cada solstício), os últimos pores do sol para observadores do hemisfério norte veem as mesmas mudanças dependentes da latitude, exceto após o solstício de junho. Perto do círculo ártico, os últimos pores do sol ocorrem 1 a 3 dias após o solstício; as latitudes médias veem seus últimos pores-do-sol cerca de uma semana após o solstício; As latitudes semelhantes ao Trópico de Câncer obtêm seus últimos pores do sol por volta do dia 4 de julho.

No hemisfério sul, mudanças semelhantes ocorrem da mesma forma dependente da latitude. A grande diferença é que você terá seus últimos nascer do sol do ano nesses momentos.

A Terra em órbita ao redor do Sol, com seu eixo de rotação mostrado. Todos os mundos em nosso sistema solar têm estações determinadas por sua inclinação axial, a elipticidade de suas órbitas ou uma combinação de ambos. (USUÁRIO WIKIMEDIA COMMONS TAU'OLUNGA)

O interessante de tudo isso é que o que o hemisfério norte e sul experimenta durante o solstício de junho não é exatamente invertido durante o solstício de dezembro. Como a equação do tempo tem mudanças muito mais pronunciadas quando os efeitos da obliqüidade e da elipticidade interferem construtivamente, as mudanças de tempo são maiores em torno do solstício de dezembro do que no solstício de junho.

Isso é algo que você pode ter intuído olhando para a forma do analema. No lado onde o lóbulo da figura-8 é maior e exibe maiores diferenças de tempo, você pode esperar que os horários do pôr do sol/nascer do sol sejam deslocados em uma quantidade maior do que onde o lóbulo da figura-8 é menor. O lobo grande, correspondente ao solstício de dezembro, vê mudanças muito mais dramáticas.

Se você fotografar o Sol todos os dias ao meio-dia, seu analema aparecerá perfeitamente vertical (esquerda). Antes do meio-dia (canto superior direito), o analema parece girar no sentido anti-horário em direção ao horizonte, enquanto depois do meio-dia, parece girar no sentido horário em relação ao horizonte. Essas imagens são mais uma prova, para os que duvidam, de que a Terra é redonda. (O ARAUTO DA MANHÃ DE SYDNEY)

Como resultado, você não só precisa inverter os hemisférios e os efeitos do nascer/pôr do sol de junho a dezembro, mas os efeitos combinados de obliquidade e elipticidade aumentam os efeitos dos horários de nascer/pôr do sol cedo/tardio em aproximadamente 50%. Quando o planeta Terra se aproxima do Sol, seu movimento é significativamente mais rápido do que em qualquer outro momento, o que significa que experimentamos grandes mudanças no quanto nossos relógios se afastam de um tempo médio astronômico entre o nascer e o pôr do sol.

Há dois outros pontos em que a equação do tempo volta a um estado simétrico: em 14 de abril e 30 de agosto. Esses pontos, aproximadamente 3 semanas após o equinócio de março e 3 semanas antes do equinócio de setembro, não têm significado especial. Eles são determinados pela maneira como nossas estações, determinadas pela inclinação axial, se alinham com a órbita do nosso planeta ao redor do nosso Sol.

Ao longo de um ano de 365 dias, o Sol parece se mover não apenas para cima e para baixo no céu, conforme determinado por nossa inclinação axial, mas para frente e para trás, conforme determinado por nossa órbita elíptica ao redor do Sol. Quando ambos os efeitos são combinados, a figura 8 comprimida resultante é conhecida como analema. As imagens do Sol mostradas aqui são 52 fotografias selecionadas das observações de César Cantú no México ao longo de um ano civil. (CÉSAR CANTU / ASTROCOLORS)

A forma do nosso analema e a equação do tempo da Terra não são fixas. Aproximadamente daqui a 5.000 anos, o periélio e o afélio do nosso planeta estarão alinhados com nossos equinócios, o que significa que nosso analema mudará da forma de 8 para a forma de lágrima.

Quando esse alinhamento atingir a perfeição, vindo em nosso caminho em um futuro relativamente distante, nosso primeiro nascer do sol e o último pôr do sol ocorrerão no solstício de verão, e nosso último nascer do sol e o primeiro pôr do sol ocorrerão no solstício de inverno. Embora os horários específicos em que esses eventos ocorrem variem de acordo com a latitude, todos eles ocorrerão nas mesmas datas para todos os observadores na Terra. Enquanto o eixo do nosso planeta estiver em precessão, o que deve continuar por mais tempo do que o nosso Sol brilha, nossos horários de pôr do sol e nascer do sol continuarão a mudar de ano para ano. Graças à nossa inclinação axial e órbita elíptica, podemos finalmente entender como.

Envie suas perguntas Ask Ethan para beginwithabang no gmail ponto com !

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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